2020届高三物理一轮复习第九章第3讲带电粒子在复合场中的运动课时作业（含解析）.docx

带电粒子在复合场中的运动一、单项选择题1如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域不计重力，则()A若电子以相同的速率从右向左飞入，电子也沿直线运动B若电子以相同的速率从右向左飞入，电子将向下偏转C若电子以相同的速率从左向右飞入，电子将向下偏转D若电子以相同的速率从左向右飞入，电子也沿直线运动解析：若电子从右向左飞入，电场力向上，洛伦兹力也向上，所以向上偏，A、B选项错误；若电子从左向右飞入，电场力向上，洛伦兹力向下由题意知电子受力平衡将做匀速直线运动，D选项正确，C选项错误答案：D2(2016高考全国卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍此离子和质子的质量比约为()A11B12C121 D144解析：带电粒子在加速电场中运动时，有qUmv2，在磁场中偏转时，其半径r，由以上两式整理得r .由于质子与一价正离子的电荷量相同，B1B2112，当半径相等时，解得144，选项D正确答案：D3(2019辽宁大连高三模拟)如图所示为研究某种带电粒子的装置示意图，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的O点，出现一个光斑在垂直于纸面向里的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为r的圆弧运动，打在荧光屏上的P点，然后在磁场区域再加一竖直向下，场强大小为E的匀强电场，光斑从P点又回到O点关于该粒子(不计重力)，下列说法正确的是()A粒子带负电B初速度为vC比荷为 D比荷为解析：在垂直于纸面向里的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场后，粒子束打在荧光屏上的P点，根据左手定则可知，粒子带正电，选项A错误；当电场和磁场同时存在时qvBEq，解得v，选项B错误；在磁场中时，由qvBm，可得，故选项D正确，C错误答案：D4如图所示，两导体板水平放置，两板间电势差为U，带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又沿垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U和v0的变化情况为()Ad随v0增大而增大，d与U无关Bd随v0增大而增大，d随U增大而增大Cd随U增大而增大，d与v0无关Dd随v0增大而增大，d随U增大而减小解析：设粒子从M点进入磁场时的速度大小为v，该速度与水平方向的夹角为，故有v，粒子在磁场中做匀速圆周运动半径为r，而MN之间的距离为d2rcos ，联立解得d，故选项A正确答案：A5(2019江西南昌三校联考)中国科学家发现了量子反常霍尔效应，杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级的成果如图所示，厚度为h、宽度为d的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应下列说法正确的是()A上表面的电势高于下表面的电势B仅增大h时，上下表面的电势差增大C仅增大d时，上下表面的电势差减小D仅增大电流I时，上下表面的电势差减小解析：因电流方向向右，则金属导体中的自由电子是向左运动的，根据左手定则可知上表面带负电，则上表面的电势低于下表面的电势，A选项错误当电子达到平衡时，电场力等于洛伦兹力，即qqvB，又Inqvhd(n为导体单位体积内的自由电子数)，得U，则仅增大h时，上下表面的电势差不变；仅增大d时，上下表面的电势差减小；仅增大I时，上下表面的电势差增大，故C正确，B、D错误答案：C二、多项选择题6(2019湖北华中师范大学第一附属中学模拟)美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，其基本原理如图所示现有一回旋加速器，当外加磁场一定时，可把质子的速度从零加速到v，质子获得的动能为Ek.在不考虑相对论效应的情况下，用该回旋加速器加速原来静止的粒子(氦核)时，有()A. 能把粒子从零加速到B能使粒子获得的动能为2EkC加速粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为12D加速粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为21解析：粒子在洛伦兹力作用下，做匀速圆周运动，根据qvBm，解得v，则粒子的最大动能Ekmmv2，因质子与粒子的质量数之比为14，而电荷量之比为12，所以粒子加速到的速度为，动能仍为Ek，故A正确，B错误；加速器所接交流电的频率应与粒子做匀速圆周运动的频率相同，粒子做匀速圆周运动的频率为f，所以加速粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为12，故C正确，D错误答案： AC7质量为m、电荷量为q的微粒以与水平方向成角的速度v从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的叠加场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法正确的是()A该微粒一定带负电荷B微粒从O到A的运动可能是匀变速运动C该磁场的磁感应强度大小为D该电场的场强为Bvcos 解析：若微粒带正电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向左的电场力qE和垂直OA斜向右下方的洛伦兹力qvB，知微粒不能做直线运动，据此可知微粒应带负电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向右的电场力qE和垂直OA斜向左上方的洛伦兹力qvB，又知微粒恰好沿着直线运动到A，可知微粒应该做匀速直线运动，故选项A正确，B错误；由平衡条件得qvBcos mg，qvBsin qE，得磁场的磁感应强度B，电场的场强EBvsin ，故选项C正确，D错误答案：AC8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质量相同的甲、乙、丙三个小球中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电现将三个小球在轨道AB上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道的最高点，则()A经过最高点时，三个小球的速度相等B经过最高点时，甲球的速度最小C甲球的释放位置比乙球的高D运动过程中三个小球的机械能均保持不变解析：设磁感应强度为B，圆形轨道半径为r，三个小球质量均为m，它们恰好通过最高点时的速度分别为v甲、v乙和v丙，则mgBv甲q，mgBv乙q，mg，显然，v甲v丙v乙，选项A、B错误；三个小球在运动过程中，只有重力做功，即它们的机械能守恒，选项D正确；甲球在最高点处的动能最大，因为重力势能相等，所以甲球的机械能最大，甲球的释放位置最高，选项C正确答案：CD能力题组一、选择题9如图所示，一平行板电容器，右极板接电源正极，板长为2d，板间距离为d.一带电荷量为q、质量为m的负离子(重力不计)以速度v0贴近左极板沿极板方向射入，恰从右极板下边缘射出在右极板右侧空间存在垂直纸面方向的匀强磁场(未标出)要使该负离子在磁场中运动后，又恰能直接从右极板上边缘进入电场，则() A磁场方向垂直纸面向里B磁场方向垂直纸面向外、向里都有可能C磁感应强度大小为D在磁场中运动时间为解析：粒子在电场中做类平抛运动，离开电场后做匀速圆周运动，轨迹如图粒子带负电荷，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外，故A、B错误；对于类平抛运动，速度偏向角的正切值等于位移偏向角正切值的两倍，即tan 2tan 21，故45，又由于tan ，故vyv0，vv0，根据几何关系，圆周运动的轨道半径为Rd，圆周运动中，洛伦兹力提供向心力，有qvBm，解得B，故C正确；磁场中运动时间为tT，故D错误答案：C10(多选)带电小球以一定的初速度v0竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1；若加上水平方向的匀强磁场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h2；若加上水平方向的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h3；若加上竖直向上的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h4，如图所示不计空气阻力，则()A一定有h1h3B一定有h1h4Ch1与h4无法比较Dh1与h2无法比较解析：第1个图：由竖直上抛运动的最大高度公式得h1.第3个图：当加上电场时，由运动的分解可知，在竖直方向上有，v022gh3，所以h1h3，故A正确；而第2个图：洛伦兹力改变速度的方向，当小球在磁场中运动到最高点时，小球应有水平速度，设此时的球的动能为Ek，则由能量守恒得mgh2Ekmv02，又由于mv02mgh1，所以h1h2，所以D错误；第4个图：因小球电性不知，则电场力方向不清，则高度可能大于h1，也可能小于h1，故C正确，B错误答案：AC11(多选)如图所示，空间中存在一水平方向的匀强电场和一水平方向的匀强磁场，且电场方向和磁场方向相互垂直在电磁场正交的空间中有一足够长的固定粗糙绝缘杆，与电场正方向成60夹角且处于竖直平面内一质量为m、带电荷量为q的小球套在绝缘杆上初始，给小球一沿杆向下的初速度v0，小球恰好做匀速运动，电荷量保持不变已知，磁感应强度大小为B，电场强度大小为E，则以下说法正确的是()A小球的初速度为v0B若小球的初速度为，小球将做加速度不断增大的减速运动，最后停止C若小球的初速度为，小球将做加速度不断增大的减速运动，最后停止D若小球的初速度为，则运动中克服摩擦力做功为解析：对小球进行受力分析，如图所示，电场力的大小FqEqmg，由于重力的方向竖直向下，电场力的方向水平向左，二者垂直，合力FGF2mg，由几何关系可知，重力与电场力的合力与杆的方向垂直，所以重力与电场力的合力不会对小球做功，而洛伦兹力也不会对小球做功所以，当小球做匀速直线运动时，没有摩擦力，说明小球与杆之间就没有支持力的作用，则洛伦兹力大小与重力、电场力的合力大小相等，方向相反，所以qv0B2mg，所以v0，故A正确；若小球的初速度为，则洛伦兹力F洛qv0B3mgFGF，则在垂直于杆的方向上，小球还受到垂直于杆向下的支持力，则摩擦力FfFN，小球将做减速运动，随着速度的减小，洛伦兹力减小，则支持力逐渐减小，摩擦力减小，小球做加速度不断减小的减速运动，最后当速度减小到时，小球开始做匀速直线运动，故B错误；若小球的初速度为，则洛伦兹力F洛qv0BmgFGF，则在垂直于杆的方向上，小球还受到垂直于杆向上的支持力，而摩擦力FfFN，小球将做减速运动；随着速度的减小，洛伦兹力减小，则支持力逐渐增大，摩擦力逐渐增大，小球的加速度增大，所以小球将做加速度不断增大的减速运动，最后停止，故C正确；若小球的初速度为，小球将做加速度不断增大的减速运动，最后停止，运动中克服摩擦力做功等于小球的动能的改变量，所以Wmv02，故D错误答案：AC二、非选择题12(2019重庆市高三一诊)如图所示，竖直平面内，两竖直线MN、PQ间(含边界)存在竖直向上的匀强电场和垂直于竖直平面向外的匀强磁场，MN、PQ间距为d，电磁场上下区域足够大一个质量为m、电荷量为q的带正电小球从左侧进入电磁场，初速度v与MN夹角60，随后小球做匀速圆周运动，恰能到达右侧边界PQ并从左侧边界MN穿出不计空气阻力，重力加速度为g.求：(1)电场强度大小E；(2)磁场磁感应强度大小B；(3)小球在电磁场区域运动的时间t.解析：(1)由小球在电磁场区域做匀速圆周运动有qEmg得E(2)设小球做匀速圆周运动的半径为r，有qvBm解得B由几何关系可得r2d磁场磁感应强度大小B(3)小球做匀速圆周运动周期T小球在电磁场区域运动时间tT答案：(1) (2) (3)13(2019山东潍坊模拟)在如图所示的坐标系中，第一和第二象限(包括y轴的正半轴)内存在磁感应强度大小为B、方向垂直xOy平面向里的匀强磁场；第三和第四象限内存在平行于y轴正方向、大小未知的匀强电场p点为y轴正半轴上的一点，坐标为(0，l)；n点为y轴负半轴上的一点，坐标未知现有一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子由p点沿y轴正方向以一定的速度射入匀强磁场，该粒子经磁场偏转后以与x轴正半轴成45角的方向进入匀强电场，在电场中运动一段时间后，该粒子恰好垂直于y轴经过n点粒子的重力忽略不计求：(1)粒子在p点的速度大小；(2)第三和第四象限内的电场强度的大小；(3)带电粒子从由p点进入磁场到第三次通过x轴的总时间解析：粒子在复合场中的运动轨迹如图所示(1)由几何关系可知rsin