浙江省高考物理 能力突破 8.3带电粒子在复合场中的运动B.doc

浙江2013年物理高考能力突破：8.3带电粒子在复合场中的运动b(40分钟 100分)一、单项选择题(本题共4小题，每小题7分，共28分，每小题只有一个选项符合题意)1.(易错题)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域.如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度b垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流i，c、d两侧面会形成电势差ucd,下列说法中正确的是( )a.电势差ucd仅与材料有关b.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差ucd0c.仅增大磁感应强度时，电势差ucd变大d.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平2.(预测题)如图，空间某一区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子以某一初速度由a点进入这个区域沿直线运动，从c点离开区域;如果这个区域只有电场，则粒子从b点离开场区;如果这个区域只有磁场，则粒子从d点离开场区;设粒子在上述三种情况下，从a到b点、a到c点和a到d点所用的时间分别是t1、t2和t3，比较t1、t2和t3的大小，则有(粒子重力忽略不计)( )a.t1=t2=t3b.t2t1t3c.t1=t2t3d.t1=t3t23.(2012南京模拟)如图所示，从s处发出的热电子经加速电压u加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转.设两极板间电场强度为e，磁感应强度为b.欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是( )a.适当减小电场强度eb.适当减小磁感应强度bc.适当增大加速电场极板之间的距离d.适当减小加速电压u4.(2012潍坊模拟)如图所示，质量为m，带电荷量为-q的微粒以速度v与水平方向成45角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里.如果微粒做匀速直线运动，则下列说法正确的是( ) a.微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用b.微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用c.匀强电场的电场强度d.匀强磁场的磁感应强度二、不定项选择题(本题共3小题，每小题7分，共21分，每小题至少一个选项符合题意)5.在某地上空同时存在着匀强的电场与磁场，一质量为m的带正电小球，在该区域内沿水平方向向右做直线运动，如图所示.关于场的分布情况可能的是( )a.该处电场方向和磁场方向重合b.电场竖直向上，磁场垂直纸面向里c.电场斜向里侧上方，磁场斜向外侧上方，均与v垂直d.电场水平向右，磁场垂直纸面向里6.(创新题)如图所示，空间存在正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场方向竖直向上，匀强磁场的方向垂直纸面向里.有一内壁光滑、底部有带正电小球的试管.在水平拉力f作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口处飞出.已知小球质量为m，带电量为q，场强大小为.关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确的是( )a.洛伦兹力对小球不做功b.洛伦兹力对小球做正功c.小球的运动轨迹是一条抛物线d.维持试管匀速运动的拉力f应逐渐增大7.(易错题)质谱仪是测带电粒子的质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后,垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子质量，其工作原理如图所示，虚线为某粒子运动轨迹，由图可知( )a.此粒子带负电b.下极板s2比上极板s1电势高c.若只增大加速电压u值，则半径r变大d.若只增大入射粒子的质量，则半径r变小三、计算题(本大题共3小题，共51分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)8.(15分)两块金属板a、b平行放置，板间存在与匀强电场正交的匀强磁场，假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域.一束电子以一定的初速度v0从两极板中间，沿垂直于电场、磁场的方向射入场中，无偏转地通过场区，如图所示，已知板长，两板间距d=3.0 cm,两板间电势差u=150 v,v0=2.0107 m/s.(1)求磁感应强度b的大小;(2)若撤去磁场，求电子穿过电场时偏离入射方向的距离，以及电子通过场区后动能的增加量(电子所带电量的大小与其质量之比,电子带电量的大小e=1.6010-19 c).9.(2012汕头模拟)(18分)如图所示，在一底边长为2l,=45的等腰三角形区域内(o为底边中点)有垂直纸面向外的匀强磁场，现在一质量为m，电量为q的带正电粒子从静止开始经过电势差为u的电场加速后，从o点垂直于ab进入磁场，不计重力与空气阻力的影响.(1)求粒子经电场加速射入磁场时的速度.(2)磁感应强度b为多少时，粒子能以最大的圆周半径偏转后打到oa板？(3)增加磁感应强度的大小，可以再延长粒子在磁场中的运动时间，求粒子在磁场中运动的极限时间.(不计粒子与ab板碰撞的作用时间，设粒子与ab板碰撞前后，电量保持不变并以相同的速率反弹)10.(2012衢州模拟)(18分)如图所示，poy区域内有沿y轴正方向的匀强电场，pox区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，op与x轴成角.不计重力的负电荷，质量为m、电量为q,从y轴上某点以初速度v0垂直电场方向进入，经电场偏转后垂直op进入磁场，又垂直x轴离开磁场.求：(1)电荷进入磁场时的速度大小.(2)电场力对电荷做的功.(3)电场强度e与磁感应强度b的比值.答案解析1. 【解析】选c.根据=qbv,得u=bdv,所以电势差ucd取决于b、d、v，故a错误，c正确.电子带负电，根据左手定则，可确定b错误.赤道上方地磁场磁感线方向是水平的，而霍尔元件的工作面需要和磁场方向垂直，故工作面应竖直放置，d错误.2.【解析】选c.在复合场中沿直线运动时，带电粒子速度大小和方向都不变，只有电场时，粒子沿初速度方向的分速度不变，故t1=t2.只有磁场时，粒子做匀速圆周运动，速度大小不变，方向时刻改变.沿初速度方向的分速度不断减小.故t1=t2t3,c正确.【变式备选】(2012黄冈模拟)质量为m的带电小球在正交的匀强电场、匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道平面在竖直平面内，电场方向竖直向下，磁场方向垂直圆周所在平面向里，如图所示，由此可知( )a.小球带正电，沿顺时针方向运动b.小球带负电，沿顺时针方向运动c.小球带正电，沿逆时针方向运动d.小球带负电，沿逆时针方向运动【解析】选b.带电小球在复合场中做匀速圆周运动的条件是电场力和重力平衡，故电场力应竖直向上，则小球带负电，洛伦兹力提供向心力，再根据左手定则可以确定小球沿顺时针方向运动，故b正确.3.【解析】选a.欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，则qe=qvb,而电子流向上极板偏转，则qeqvb，故应减小e或增大b、v.故a正确，b、c、d错误.4.【解析】选a.因为微粒做匀速直线运动，所以微粒所受合力为零，受力分析如图所示，微粒在重力、电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，可知qe=mg, ,得电场强度，磁感应强度,因此a正确.5.【解析】选a、b、c.带电小球在复合场中运动一定受重力和电场力，是否受洛伦兹力需具体分析.a选项中若电场、磁场方向与速度方向垂直，则洛伦兹力与电场力垂直，如果与重力的合力为零就会做直线运动.b选项中电场力、洛伦兹力都向上，若与重力合力为零,小球也会做直线运动.c选项电场力斜向里侧上方，洛伦兹力向外侧下方，若与重力合力为零，就会做直线运动.d选项三个力合力不可能为零，因此本题选a、b、c.6.【解题指南】(1)求洛伦兹力时是求小球运动的合速度.(2)判定运动轨迹可用速度的合成与分解.(3)与f平衡的力是洛伦兹力的分力.【解析】选a、c、d.洛伦兹力方向始终与小球运动速度方向垂直，不做功，故a正确，b错误；小球在竖直方向受向上的电场力与向下的重力，二者大小相等，试管向右匀速运动，小球的水平速度保持不变，则竖直向上的洛伦兹力分量大小不变，小球竖直向上做加速运动，即小球做类平抛运动，故c正确；小球竖直分速度增大，受水平向左的洛伦兹力分量增大，为维持试管匀速运动拉力f应逐渐增大，d正确.7.【解析】选c.粒子从s3小孔进入磁场中，速度方向向下，粒子向左偏转，由左手定则可知粒子带正电.带正电的粒子在s1和s2两板间加速，则要求场强的方向向下，那么s1板的电势高于s2板的电势.粒子在电场中加速，由动能定理有，在磁场中偏转，则有,联立两式解得，由此式可以看出只增大u或只增大m时，粒子的轨道半径都变大.8.【解析】(1)电子进入正交的电、磁场不发生偏转，则满足 (5分)(2)设电子通过场区偏转的距离为y1 (5分) (5分)答案：(1)2.510-4 t(2)1.110-2 m55 ev9.【解析】(1)依题意，粒子经电场加速射入磁场时的速度为v,由(2分)得(2分)(2)要使圆周半径最大，则粒子的圆周轨迹应与ac边相切，设圆周半径为r,由图中几何关系有(2分)由洛伦兹力提供向心力,则(2分)联立解得(2分)(3)设粒子运动圆周半径为r, ,当r越小，最后一次打到ab板的点越靠近a端点，在磁场中圆周运动累积路程越大，时间越长.当r为无穷小，经过n个半圆运动，最后一次打到a点.有：(2分)圆周运动周期：(2分)最长的极限时间(2分)由式得： (2分)答案：(1) (2) (3) 【总结提升】带电粒子在组合场中运动的分析方法 (1)弄清组合场的情况，将粒子的运动分为不同的阶段，准确画出粒子的轨迹.(2)确定粒子在不同区域运动的规律.如电场中的加速类平抛运动、磁场中的圆周运动等，应用动能定理、运动的合成与分解、洛伦兹力提供向心力等规律列出各阶段方程.(3)将各阶段的运动联立起来，第一阶段的末速度就是