高考物理 能力提升知识点优化 9.3带电粒子在复合场中的运动.doc

2013高考物理能力提升知识点优化：9.3带电粒子在复合场中的运动一、单项选择题(本大题共4小题，每小题6分，共24分，每小题只有一个选项符合题意)1.如图所示，匀强电场方向竖直向上，匀强磁场方向水平指向纸外，有一电子(不计重力)，恰能沿直线从左向右飞越此区域，若电子以相同的速率从右向左水平飞入该区域，则电子将()a.沿直线飞越此区域 b.向上偏转c.向下偏转 d.向纸外偏转2.一个水平放置的挡板ab中间有一小孔s，一个质量为m、带电量为q的带电小球，从s处无初速度地进入一个足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为b，如图所示.小球最后将向右做匀速直线运动，则()a.小球最后的速度为 b.小球最后与ab的距离为c.磁场对小球共做功d.以上说法都不对3.(创新题)如图所示，质量为m，电荷量为e的质子以某一初速度从坐标原点o沿x轴正方向进入场区，若场区仅存在平行于y轴向上的匀强电场时，质子通过p(d，d)点时的动能为5ek；若场区仅存在垂直于xoy平面的匀强磁场时，质子也能通过p点.不计质子的重力.设上述匀强电场的电场强度大小为e，匀强磁场的磁感应强度大小为b，则下列说法中正确的是()a.e b.ec.b d.b4.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.t1t2t3b.t2t1t3c.t1t2t3 d.t1t3t2二、双项选择题(本大题共5小题，每小题8分，共40分，每小题有两个选项符合题意)5.(易错题)场强为e的匀强电场与磁感应强度为b的匀强磁场正交，复合场的水平宽度为d，竖直方向足够长，如图所示.现有一束带电荷量为q、质量为m的粒子以各不相同的初速度v0沿电场方向射入场区，则那些能飞出场区的粒子的动能增量ek可能为()a.dq(eb)b.c.qed d.06.(易错题)在空间某一区域中既存在匀强电场，又存在匀强磁场.有一带电粒子，以某一速度从不同方向射入到该区域中(不计带电粒子受到的重力)，则该带电粒子在区域中的运动情况可能是()a.做匀速直线运动 b.做匀速圆周运动c.做匀变速直线运动 d.做匀变速曲线运动7.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，ab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板而进入bc区域，bc区域的宽度也为d，所加电场大小为e，方向竖直向上，磁感应强度方向垂直纸面向里，磁场磁感应强度大小等于e/v0，重力加速度为g，则下列关于粒子运动的有关说法正确的是()a.粒子在ab区域的运动时间为b.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，圆周半径rdc.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，运动时间为d.粒子在ab、bc区域中运动的总时间为8.北半球某处，地磁场水平分量b10.8104 t，竖直分量b20.5104 t，海水向北流动，海洋工作者测量海水的流速时，将两极板插入此海水中，保持两极板正对且垂线沿东西方向，两极板相距d20 m，如图所示，与两极板相连的电压表(可看做是理想电压表)示数为u0.2 mv，则()a.西侧极板电势高，东侧极板电势低b.西侧极板电势低，东侧极板电势高c.海水的流速大小为0.125 m/sd.海水的流速大小为0.2 m/s9.环形对撞机是研究高能粒子的重要装置，其核心部件是一个高度真空的圆环状的空腔.若带电粒子初速度可视为零，经电压为u的电场加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为b.带电粒子将被限制在圆环状空腔内运动.要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动，下列说法中正确的是()a.对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度b越大b.对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度b越小c.对于给定的带电粒子，加速电压u越大，粒子运动的周期越小d.对于给定的带电粒子，不管加速电压u多大，粒子运动的周期都不变三、计算题(本大题共2小题，共36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)10.(创新题)(16分)一种半导体材料称为“霍尔材料”， 用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为q1.61019 c，霍尔元件在自动检测、控制领域得到了广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等.在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab1.0102 m、长bc4.0102 m、厚h1.0103 m，水平放置在竖直向上的磁感应强度b2.0 t的匀强磁场中，bc方向通有i3.0 a的电流，如图所示，由于磁场的作用，稳定后，在沿宽度方向上产生1.0105 v的横向电压.(1)薄板中载流子定向运动的速率为多大？(2)这块霍尔材料中单位体积内的载流子个数为多少？11.(预测题)(20分)如图所示，m、n是竖直正对放置的两个平行金属板，s1、s2是m、n板上的两个小孔；n板的右侧有一个在竖直面内，以o为圆心的圆形区域，该区域内存在垂直圆面向外的匀强磁场，另有一个同样以o为圆心的半圆形荧光屏aoc，已知s1、s2、o和荧光屏的中间位置o在同一直线上，且acs1o.当在m、n板间加恒定电压u时，一带正电离子在s1处由静止开始加速向s2孔运动，最后打在图示的荧光屏上的p处，cop30.若要让上述带正电离子(不计重力)仍在s1处由静止开始加速，最后打在图示的荧光屏下边缘c处，求m、n板间所加电压的大小. 答案解析1.【解析】选c.电子在复合场中从左边进入时受力如图(a)，沿直线从左向右飞越此区域，则ff电；电子从右边进入复合场区域时受力如图(b)所示.由电子受力方向与速度方向的关系知电子应在速度和力决定的平面内向下偏转做曲线运动.故选项c正确.2.【解析】选b.由于洛伦兹力不做功，故c错误.小球最后向右做匀速直线运动，则qvbmg，v，a错误.由机械能守恒得，mghmv2，故h，故b正确.3.【解析】选d.质子在电场中，dv0t，dt，m()25ek，vyat，a，解得e，a、b错误.再根据ev0b，b，故c错误、d正确.【变式备选】带电粒子(不计重力)以初速度v0从a点进入匀强磁场，如图.运动中经过b点，oaob.若撤去磁场，加一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从a点进入电场，粒子仍能通过b点，那么电场强度e与磁感应强度b之比e/b为()a.v0b.1c.2v0d.【解析】选c.粒子在磁场中运动时，qv0b，粒子在电场中运动时，rv0t，rat2，a.解得2v0，故c正确. 4.【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t1t2.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t1t2t3，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.5.【解析】选c、d.带电粒子可从左侧或右侧飞出场区，由于洛伦兹力不做功，电场力做功与路径无关，所以从左侧飞出时ek0，从右侧飞出时ekqed，选项c、d正确.6.【解析】选a、c.如果粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡，则粒子做匀速直线运动，a正确；如果粒子速度方向与磁感线平行，则粒子做匀变速直线运动，c正确.7.【解题指南】解题时应注意以下几点：(1)由题意，本题需考虑带电微粒的重力.(2)在ab区域，粒子竖直方向在重力作用下做减速运动，水平方向在电场力作用下做加速运动.(3)在bc区域，粒子受重力、电场力和洛伦兹力.【解析】选a、d.粒子在ab区域运动时，竖直方向在重力作用下做匀减速运动，故v0gt，t，a正确.在水平方向，v0at，a，则qemg.在bc区域，由于粒子所受电场力竖直向上，且qemg，故粒子只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.其轨道半径r，又qemg，v2gd，所以r2d，故b错误；设粒子在bc区域转过的角度为，则sin，则30，所以粒子在bc区域做匀速圆周运动的时间t2t，或t2.故c错.粒子在电场中运动时间t1，故总时间tt1t2，故d正确.8.【解析】选a、d.由于海水向北流动，地磁场有竖直向下的分量，由左手定则可知，正电荷偏向西侧极板，负电荷偏向东侧极板，即西侧极板电势高，东侧极板电势低，故选项a正确；对于流过两极板间的带电粒子有：qvb2q，即v m/s0.2 m/s，故选项d正确.9.【解析】选b、c.带电粒子经过加速电场后速度为v，带电粒子以该速度进入对撞机的环状空腔内，且在圆环内做半径确定的圆周运动，因此r，对于给定的加速电压，即u一定，则带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度b应越小，a错误，b正确；对于给定的带电粒子，运动周期t，加速电压越大，粒子的速度越大，则周期越小，故c正确，d错误.10. 【解析】(1)稳定时载流子在沿宽度方向上受到的磁场力和电场力平衡qvbq， (5分)v m/s5104m/s (5分)(2)由电流的微观解释可得：inqvs.sabh故ni/qvs3.751027 个/m3 (6分)答案：(1)5104m/s(2)3.751027个/m311.【解析】设离子的质量为m，电荷量为q，磁场的磁感应强度为b、所在区域的半径为r，离子加速后获得的速度为v.当电压为u时，由动能定理有qumv2 (4分)在磁场中，离子做匀速圆周运动，如图.由牛顿运动定律可知qvb (4分)由式得u (2分)其中，rrtan60r (2分)当电压为u时，离子