高考物理一轮总复习 第9章 磁场 第3讲 带电粒子在复合场中的运动.doc

带电粒子在复合场中的运动时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分。其中15为单选，68为多选)12017陕西宝鸡质检如图所示，abc为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中ab为倾斜直轨道，bc为与ab相切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。现将甲、乙、丙三个小球从轨道ab上的同一高度处由静止释放，都能通过圆形轨道的最高点。已知甲、乙、丙三个小球的质量相同，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电。则()a由于到达最高点时受到的洛伦兹力方向不同，所以到达最高点时，三个小球的速度不等b经过最高点时，甲球的速度最小c经过最高点时，甲球对轨道的压力最小d在轨道上运动的过程中三个小球的机械能不守恒答案c解析洛伦兹力不做功，只有重力做功，三个小球的机械能守恒，到达最高点时，三个小球的速度相等，选项a、b、d错误；三个小球在最高点的向心力大小相等，甲球带正电，在最高点受到的洛伦兹力方向向下，所以甲球对轨道的压力最小，选项c正确。22016吉林模拟如图所示，一带电塑料小球质量为m，用丝线悬挂于o点，并在竖直平面内摆动，最大摆角为60，水平磁场垂直于小球摆动的平面。当小球自左方摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，则小球自右方最大摆角处摆到最低点时悬线上的张力为()a0b2mgc4mgd6mg答案c解析设小球自左方摆到最低点时速度为v，则mv2mgl(1cos 60)，此时qvbmgm，当小球自右方摆到最低点时，v大小不变，洛伦兹力方向发生变化，ftmgqvbm，得ft4mg，故c正确。3如图所示为一个质量为m、电荷量为q的圆环，可在水平放置的粗糙细杆上自由滑动，细杆处在磁感应强度为b的匀强磁场中，圆环以初速度v0向右运动直至处于平衡状态，则圆环克服摩擦力做的功不可能为()a0b.mvc.d.m答案c解析若圆环所受洛伦兹力等于重力，圆环对粗糙细杆压力为零，摩擦力为零，圆环克服摩擦力做的功为零，选项a正确；若圆环所受洛伦兹力不等于重力，圆环对粗糙细杆压力不为零，摩擦力不为零，圆环以初速度v0向右做减速运动。若开始圆环所受洛伦兹力小于重力，则一直减速到零，圆环克服摩擦力做的功为mv，选项b正确；若开始圆环所受洛伦兹力大于重力，则减速到洛伦兹力等于重力达到稳定，稳定速度v，由动能定理可得圆环克服摩擦力做的功为wmvmv2m，选项c错误，d正确。4如图所示，宽度为d、厚度为h的导体放在垂直于它的磁感应强度为b的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明：当磁场不太强时，电势差u、电流i和磁感应强度b的关系为：uk，式中的比例系数k称为霍尔系数。设载流子的电荷量为q，下列说法正确的是()a载流子所受静电力的大小fqb导体上表面的电势一定大于下表面的电势c霍尔系数为k，其中n为导体单位长度上的电荷数d载流子所受洛伦兹力的大小f洛，其中n为导体单位体积内的电荷数答案d解析导体中的电场强度e，载流子所受电场力feqq，a项错误；由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力向上，由于载流子的电性不确定，b项错误；稳定时，电场力与洛伦兹力相等，即qvbqubhv，又电流的微观表达式：inqsvnqhdv，解两式得：u，式中n为单位体积内的电荷数，c项错误；由f洛bqv，d项正确。5如图所示，竖直放置的两块很大的平行金属板a、b相距为d，a、b间的电场强度为e，今有一带正电的微粒从a板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场，当它飞到b板时，速度大小不变，而方向变为水平方向，且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板进入bc区域，bc区域的宽度也为d，所加匀强电场的场强大小为e，方向竖直向上，所加匀强磁场磁感应强度方向垂直纸面向里，磁感应强度大小等于，重力加速度为g，则下列关于微粒运动的说法不正确的是()a微粒在ab区域的运动时间为b微粒在bc区域中做匀速圆周运动，圆周半径r2dc微粒在bc区域中做匀速圆周运动，运动时间为d微粒在ab、bc区域中运动的总时间为答案c解析将粒子在电场中的运动沿竖直和水平正交分解，沿水平方向做匀加速运动有v0at，沿竖直方向做匀减速运动，末速度为零，有v0gt，d，计算得ag，t，a选项正确；粒子在复合场中做匀速圆周运动，bqv0得r，得r2d，b选项正确；由几何关系可知，做圆周运动的圆心角为30，在复合场中的运动时间t2，c选项错误；在电场中的运动时间t1故总时间tt1t2，d选项正确。62017安徽六校联考地面附近空间中存在着纸面内水平方向的匀强电场(图中未画出)和垂直于纸面向里的匀强磁场(如图所示)，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成角的直线mn运动。由此可以判断()a如果油滴带正电，它是从n点运动到m点b如果油滴带正电，它是从m点运动到n点c如果水平电场方向向右，油滴是从n点运动到m点d如果水平电场方向向右，油滴是从m点运动到n点答案bc解析根据做直线运动的条件和受力情况(如图所示)可知，如果油滴带正电，由左手定则判断可知，油滴只能从m点运动到n点，故a错误，b正确；如果水平电场方向向右，若油滴带正电，油滴所受的合力不可能为零，速度变化，洛伦兹力也随之变化，油滴做曲线运动，若油滴带负电，油滴是从n点运动到m点，故c正确，d错误。7磁流体发电是一项新兴技术。如图表示了它的原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子，而从整体来说呈电中性)喷射入磁场，在场中有两块金属板a、b，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体速度均为v，板间距离为d，板平面的面积为s，匀强磁场的磁感应强度为b，方向垂直于速度方向，负载电阻为r，电离气体充满两板间的空间，其电阻率为，当发电机稳定发电时，a、b就是一个直流电源的两个电极。下列说法正确的是()a图中a板是电源的负极ba、b间的电压即为该发电机的电动势c正对面积s越大，该发电机电动势越大d电阻r越大，该发电机输出效率越高答案ad解析根据左手定则，正电荷向下偏转，所以b板带正电，为直流电源的正极，a板为电源的负极，a正确；由于两极板积累的电荷量逐渐增多，其间的电场力逐渐增大，最终电荷在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有qvb，解得电动势ebdv，与正对面积无关，c错误；由于气体也有电阻，因此两极板之间的电压为路端电压，b错误；该电源的效率为，因为i，整理可得，显然外电阻r越大，电源的效率越高，d正确。8如图所示，甲带正电，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的固定斜面上，地面上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现用平行于斜面的力f拉乙物块，使甲、乙一起无相对滑动沿斜面向上作匀加速运动的阶段中()a甲、乙两物块间的摩擦力不断增大b甲、乙两物块间的摩擦力保持不变c甲、乙两物块间的摩擦力不断减小d乙物块与斜面之间的摩擦力不断减小答案bd解析甲、乙一起无相对滑动沿斜面向上做匀加速运动，则甲、乙之间是静摩擦力，以甲为研究对象，沿斜面方向由牛顿第二定律得：f1m甲gsinm甲a，所以甲、乙之间的摩擦力f1不变，b选项正确，a、c错。乙和斜面之间属于滑动摩擦力，大小f2fn，其中乙与斜面间正压力因洛伦兹力变大而减小，故f2变小，d选项正确。二、非选择题(本题共3小题，共52分)9(15分)如图所示，在xoy平面的第象限内有半径为r的圆分别与x轴、y轴相切于p、q两点，圆内存在垂直于xoy面向外的匀强磁场。在第象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度为e。一带正电的粒子(不计重力)以速率v0从p点射入磁场后恰好垂直y轴进入电场，最后从m(3r，0)点射出电场，出射方向与x轴正方向夹角为，且满足45，求：(1)带电粒子的比荷；(2)磁场磁感应强度b的大小；(3)粒子从p点射入磁场到m点射出电场的时间。答案(1)(2)b(3)r解析(1)在m点处：vyv0tan，qema，竖直方向：vyat3，水平方向：3rv0t3，得。(2)粒子运动轨迹如图，设o1为磁场的圆心，o2为粒子轨迹圆心，p为粒子射出磁场的位置，则po2po1，o1o2po1o2p，粒子的轨迹半径为：rr，bqv0m，得b。(3)粒子从n进入电场，ony，yat，qeam,3rv0t3，得yr，t3。又yrrcos，得。p到p的时间为t1：t1t，得t1。pnrrsin，所以t2r。p到m的总时间tt1t2t3r。102017广东省六校联考(18分)如图所示，在竖直平面直角坐标系xoy的第一象限有垂直xoy面向外的水平匀强磁场和竖直向上的匀强电场，磁感应强度和电场强度的大小分别为b和e；第四象限有垂直xoy面向里的水平匀强电场，大小也为e；第三象限内有一竖直放置的半径为r的绝缘光滑半圆轨道，轨道最高点与坐标原点o相切，最低点与绝缘光滑水平面相切于n点。一质量为m的带电小球从y轴上(y0)的p点沿x轴正方向进入第一象限后做圆周运动，恰好通过坐标原点o，且水平切入半圆轨道并沿轨道内侧运动，过n点后水平进入第四象限，并在电场中运动(已知重力加速度为g)。(1)判断小球的带电性质并求出其所带的电荷量；(2)p点距坐标原点o至少多高？(3)若该小球以满足(2)中op最小值的位置和对应速度进入第一象限，通过n点时开始计时，经时间t2小球与坐标原点o的距离s为多大？答案(1)正电(2)(3)2r解析(1)小球进入第一象限后，在垂直磁场的平面内做圆周运动，说明重力与电场力平衡，设小球所带的电荷量为q，则qemg，解得q。又电场方向竖直向上，故小球带正电。(2)设小球做匀速圆周运动的速度为v、轨迹半径为r，由洛伦兹力提供向心力得qbv。当小球恰能通过半圆轨道的最高点并沿轨道内侧运动时，p、o距离有最小值，此时应满足：mg，得r，即p、o的最小距离为y2r。(3)小球由o运动到n的过程中由机械能守恒定律得mg2rmvmv2，解得vn小球从n点进入电场区域后，在绝缘光滑水平面上做类平抛运动，设加速度为a，则：沿x轴方向xvnt，沿电场方向zat2，由牛顿第二定律得a，t时刻小球距o点的距离为s2r。112016河南商丘模拟(19分)如图a所示的xoy平面处于变化的匀强电场和匀强磁场中，电场强度e和磁感应强度b随时间做周期性变化的图象如图b所示，y轴正方向为e的正方向，垂直于纸面向里为b的正方向。t0时刻，带负电粒子p(重力不计)由原点o以速度v0沿y轴正方向射出，它恰能沿一定轨道做周期性运动。v0、e0和t0为已知量，图b中，在0t0时间内粒子p第一次离x轴最远时的坐标为。求：(1)粒子p的比荷；(2)t2t0时刻粒子p的位置；(3)带电粒子在运动中距离原点o的最远距离l。答案(1)(2)(3)解析(1)0t0时间内粒子p在匀强磁场中做匀速圆周运动，当粒子所在位置的纵、横坐标相等时，粒子在磁场中恰好经过圆周，所以粒子p第一次离x轴的最远距离等于轨道半径r，即：r。又qv0b0m，代入，解得。(2)设粒子p在磁场中运动的周期为t，则t，联立解得t4t0。即粒子p做圆周运动后磁场变为电场，粒子以速度v0垂直电场方向进入电场后做类平