高中物理二轮复习专题练习带电粒子在复合场中的运动.doc

高考物理二轮复习专题练习带电粒子在复合场中的运动一、选择题(共10小题，每小题6分，共60分，在每小题给出的四个选项中至少有一项符合题意，全部选对的得6分，漏选的得3分，错选的得0分)1(高考北京理综)如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O点(图中未标出)穿出若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b()A穿出位置一定在O点下方B穿出位置一定在O点上方C运动时，在电场中的电势能一定减小D在电场中运动时，动能一定减小【解析】本题考查带电粒子在磁场和电场中的运动，意在考查考生发散思维的能力带电粒子的电性可正也可负，当只有电场作用时，粒子穿出位置可能在O点上方，也可能在O点下方电场力一定对粒子做正功，粒子的电势能减小，动能一定增加【答案】C2(广东)如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中质量为m、带电量为Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是()A滑块受到的摩擦力不变B滑块到达地面时的动能与B的大小无关C滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下DB很大时，滑块可能静止于斜面上【解析】本题考查洛伦兹力意在考查考生对带电物体在磁场中运动的受力分析滑块受重力、支持力、洛伦兹力、摩擦力，如图所示由左手定则首先容易判断洛伦兹力的方向为垂直斜面向下，C正确；由f洛QvB，当速度发生变化时，洛伦兹力变化，由FNf洛mgcos，支持力也随之变化，由fFN知摩擦力也随之变化，A错误；磁场B的大小最终影响摩擦力的大小，影响滑块到达地面的过程中摩擦力做功的大小，滑块到达地面时的动能与B的大小有关，B错误；滑块从斜面顶端由静止下滑，所以中间不可能静止在斜面上，D错误【答案】C3(高考辽宁、宁夏理综)医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零在某次监测中，两触点间的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160V，磁感应强度的大小为0.040T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3m/s，a正、b负B2.7m/s，a正、b负C1.3m/s，a负、b正 D2.7m/s，a负、b正【解析】本题考查带电粒子在复合场中的运动、磁流体发电机、左手定则等知识点，意在考查考生对带电粒子在复合场中的运动、力的平衡、左手定则的综合运用能力根据左手定则，可知a正b负，所以CD错误；因为离子在场中所受合力为零，Bqvq，所以v1.3m/s，A正确B错误【答案】A4(高考广东卷)如图是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小【解析】本题考查质谱仪的工作原理，意在考查考生分析带电粒子在电场、磁场中的受力和运动的能力粒子先在电场中加速，进入速度选择器做匀速直线运动，最后进入磁场做匀速圆周运动在速度选择器中受力平衡：EqqvB得vE/B，方向由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外，BC正确；进入磁场后，洛伦兹力提供向心力，qvB0得，R，所以比荷不同的粒子偏转半径不一样，所以，A正确；D错误【答案】ABC5(江西重点中学联考)如图所示，从离子源发射出的正离子，经加速电压U加速后进入相互垂直的电场(E方向竖直向上)和磁场(B方向垂直纸面向外)中，发现离子向上偏转要使此离子沿直线通过电磁场，需要()A增加E，减小B B增加E，减小UC适当增加U D适当减小E【解析】离子所受的电场力FqE，洛伦兹力fqvB，qUmv2，离子向上偏转，电场力大于洛伦兹力，故要使离子沿直线运动，可以适当增加U，增加速度，洛伦兹力增大，C正确；也可适当减小E，电场力减小，D正确【答案】CD6(武昌区调研)回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，连接好高频交流电源后，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都能得到加速两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直盒面向下，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出，如果用同一回旋加速器分别加速氚核(H)和粒子(He)，比较它们所需的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，下列说法正确的是()A加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的最大动能较大B加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的最大动能较小C加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的最大动能较小D加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的最大动能较大【解析】考查回旋加速器相关知识对于粒子在匀强磁场中的运动，由R可知，随着粒子速度的增大，粒子的运动半径也逐渐增大，设氚核的质量为3m，电荷量为e，在窄缝间被加速的次数为a，则由3mv2aeU和R(其中R为氚核在D形盒中运动的最大圆周半径)可得，a，同理，若粒子在D形盒中被加速的次数为b，则b，故ab23，故氚核的加速次数少于粒子的加速次数，获得的动能较少；由T可知，T与成正比，故加速氚核的交流电源的周期较大，获得的动能较小，B正确【答案】B7(2010天津五校联考)如图所示，相距为d的两平行金属板水平放置，开始开关S1和S2均闭合使平行板电容器带电板间存在垂直纸面向里的匀强磁场一个带电粒子恰能以水平速度v向右匀速通过两板间在以下方法中，有可能使带电粒子仍能匀速通过两板的是(不考虑带电粒子所受重力)()A保持S1和S2均闭合，减小两板间距离，同时减小粒子射入的速率B保持S1和S2均闭合，将R1、R3均调大一些，同时减小板间的磁感应强度C把开关S2断开，增大两板间的距离，同时减小板间的磁感应强度D把开关S1断开，增大板间的磁感应强度，同时减小粒子入射的速率【解析】带电粒子恰能以水平速度v向右匀速通过两板间，说明电场力与洛伦兹力平衡保持S1和S2均闭合，两板之间电压不变，减小两板间距离，由EU/d可知两板之间的电场强度E增大，带电粒子所受电场力增大，减小粒子射入的速率，洛伦兹力减小，电场力与洛伦兹力不平衡，粒子不能够匀速通过两板，选项A错误；保持S1和S2均闭合，将R3调大一些，不影响两板之间电压，将R1调大一些，减小了两板之间电压，带电粒子所受电场力减小，同时减小板间的磁感应强度，带电粒子所受洛伦兹力减小，有可能使带电粒子仍能匀速通过两板，选项B正确；把开关S2断开，平等板电容器极板上带电荷量不变，增大两板间的距离，两板之间的电场强度不变，带电粒子所受电场力不变，同时减小板间的磁感应强度，洛伦兹力减小，电场力与洛伦兹力不平衡，粒子不能够匀速通过两板，选项C错误；把开关S1断开，带电的平行板电容器放电，带电粒子所受电场力消失，增大板间的磁感应强度，同时减小粒子入射的速率，不能使带电粒子匀速通过两板，选项D错误【答案】B8如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于纸面向里，一个带电微粒由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上运动，下列说法正确的是()A微粒一定带负电B微粒动能一定减小C微粒的电势能一定增加D微粒的机械能一定增加【解析】根据做直线运动的条件和受力情况可知，微粒一定带负电，且做匀速直线运动，A对B错由于电场力向左对微粒做正功，电势能一定减小，C错由能量守恒可知电势能减小，机械能一定增加，D正确【答案】AD9如图所示，质量为m、电荷量为q的微粒，在竖直向下的匀强电场、水平指向纸内的匀强磁场以及重力的共同作用下做匀速圆周运动，下列说法中正确的是()A该微粒带负电，电荷量qmg/EB若该微粒在运动中突然分成比荷相同的两个粒子，分裂后只要速度不为零且速度方向仍与磁场方向垂直，它们均做匀速圆周运动C如果分裂后，它们的比荷相同，而速率不同，那么它们运动的轨道半径一定不同D只要一分裂，不论它们的比荷如何，它们都不可能再做匀速圆周运动【解析】微粒在竖直向下的匀强电场、水平指向纸内的匀强磁场以及重力场的共同作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，必有重力与电场力为平衡力，则qmg/E，得q/mg/E，Eq的方向向上，与电场的方向相反，故该微粒带负电；若该微粒在运动中突然分成比荷相同的两个粒子，则qq1q2，mm1m2，mvm1v1m2v2，只有粒子分裂后的比荷与分裂前的比荷相同，才能做匀速圆周运动，此时r，半径一定不同【答案】AC10狄拉克曾经预言，自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子，其周围磁感线呈均匀辐射状分布(如图甲所示)，距离它r处的磁感应强度大小为B(k为常数)，其磁场分布与负点电荷Q的电场(如图乙所示)分布相似现假设磁单极子S和负点电荷Q均固定，有带电小球分别在S极和Q附近做匀速圆周运动则关于小球做匀速圆周运动的判断正确的是()A若小球带正电，其运动轨迹平面可在S的正上方，如图甲所示B若小球带正电，其运动轨迹平面可在Q的正下方，如图乙所示C若小球带负电，其运动轨迹平面可在S的正上方，如图甲所示D若小球带负电，其运动轨迹平面可在Q的正下方，如图乙所示【解析】如图甲所示，在磁单极子上方平面内的小球，受到垂直磁感线斜向上的洛伦兹力(正电荷逆时针绕向，负电荷顺时针绕向都可使洛伦兹力斜向上)和重力的作用，合力提供向心力，故A、C选项正确；在负点电荷下方的平面，带正电小球受到沿电场线方向斜向上的电场力，可以做圆周运动，但带负电小球受到与电场线方向相反斜向下的电场的作用，不能做圆周运动，所以B项正确D错误【答案】ABC二、论述、计算题(本题共3小题，共40分，解答时应写出必要的文字说明、计算公式和重要的演算步骤，只写出最后答案不得分，有数值计算的题，答案中必须明确数值和单位)11.(辽宁、宁夏理综)如图所示，在第一象限有一匀强电场，场强大小为E，方向与y轴平行；在x轴下方有一匀强磁场，磁场方向与纸面垂直一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场，在x轴上的Q点处进入磁场，并从坐标原点O离开磁场粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点已知OPl，OQ2l.不计重力求：(1)M点与坐标原点O间的距离；(2)粒子从P点运动到M点所用的时间【解析】(1)带电粒子在电场中做类平抛运动，沿y轴负方向上做初速度为零的匀加速运动，设加速度的大小为a；在x轴正方向上做匀速直线运动，设速度为v0；粒子从P点运动到Q点所用的时间为t1，进入磁场时速度方向与x轴正方向的夹角为，则at1v0其中x02l，y0l.又有tan联立式，得30因为M、O、Q点在圆周上，MOQ90，所以MQ为直径从图中的几何关系可知，R2lMO6l(2)设粒子在磁场中运动的速度为v，从Q到M点运动的时间为t2，则有vt2带电粒子自P点出发到M点所用的时间t为tt1t2联立式，并代入数据得t(1).12(高考重庆理综)如图，离子源A产生的初速度为零、带电荷量均为e、质量不同的正离子被电压为U0的加速电场加速后匀速通过准直管，垂直射入匀强偏转电场，偏转后通过极板HM上的小孔S离开电场，经过一段匀速直线运动，垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场已知HOd，HS2d，MNQ90.(忽略离子所受重力)(1)求偏转电场场强E0的大小以及HM与MN的夹角；(2)求质量为4m的离子在磁场中做圆周运动的半径；(3)若质量为4m的离子垂直打在NQ的中点S1处，质量为16m的离子打在S2处，S1和S2之间的距离以及能打在NQ上的正离子的质量范围【解析】(1)由得E0U0/d由tan得45(2)由得R2将4m代入上式得质量为4m的离子在磁场中做圆周运动的半径为4(3)将4m和16m代入R，得R1、R2，由SR1，将R1、R2代入得S4(1)由R2(2R1)2(RR1)2得RR1由R1RR1得mmx25m13(2010南京十三中月考)如图所示，在直角坐标系的第象限0x4m区域内，分布着电场强度E106N/C的匀强电场，方向竖直向上；第象限中的两个直角三角形区域内，分布着磁感应强度大小均为B5.0102T的匀强磁场，方向分别垂直于纸面向外和向里质量为m1.61027kg、电荷量为q3.21019C的带电粒子(不计粒子的重力)，从坐标点M(4m，m)处，以107m/s的速度平行于x轴向右运动，并先后通过匀强磁场区域和匀强电场区域(1)求带电粒子在磁场中的运动半径r；(2)求粒子在两个磁场及电场区域偏转所用的总时间；(3)在图中画出粒子从直线x4m到x4m之间的运动轨迹，并求出轨迹与y轴和直线x4m交点的纵坐标【解析】(1)带电粒子在磁场中偏转，由洛伦兹力提供向心力qvB解得r代入数