【名师一号】高考物理一轮 83带电粒子在复合场中的运动双基练 新人教版.doc

2014名师一号高考物理一轮双基练：8-3带电粒子在复合场中的运动1.练图831带电质点在匀强磁场中运动，某时刻速度方向如练图831所示，所受的重力和洛伦兹力的合力恰好与速度方向相反，不计阻力，则在此后的一小段时间内，带电质点将()a可能做直线运动 b可能做匀减速运动c一定做曲线运动 d可能做匀速圆周运动解析带电质点在运动过程中，重力做功，速度大小和方向发生变化，洛伦兹力的大小和方向也随之发生变化，故带电质点不可能做直线运动，也不可能做匀减速运动或匀速圆周运动，c项正确答案c2.练图832如练图832所示，真空中存在竖直向上的匀强电场和水平向里的匀强磁场，一质量为m、带电荷量为q的物体以速度v在竖直平面内做半径为r的匀速圆周运动，假设t0时刻物体在轨迹最低点且重力势能为零，电势能也为零，下列说法错误的是()a物体带正电且逆时针转动b匀强电场的场强e，匀强磁场的磁感应强度bc物体运动过程中，机械能随时间的变化关系为emv2mgrd物体运动过程中，机械能的变化量随时间的变化关系为emgr解析带电物体做匀速圆周运动，则电场力与重力平衡，电场力方向向上，物体带正电洛伦兹力提供向心力，结合左手定则知，带电物体沿逆时针方向转动，a项正确；因qemg，qvbm，则e，b，b项正确；物体运动过程中动能不变，重力势能随时间的变化epepmgr(1cos)mgr，所以机械能随时间的变化关系为emv2mgr，c项正确；机械能的变化等于电场力做的功，则eqer(1cos)mgr(1cos)mgr，d项错误本题答案为d.答案d 3(多选题)练图833如练图833所示，一束粒子(不计重力，初速度可忽略)缓慢通过小孔o1进入极板间电压为u的水平加速电场区域，再通过小孔o2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域，其中磁场的方向如图所示，磁感应强度大小可根据实际要求调节，收集室的小孔o3与o1、o2在同一条水平线上则收集室收集到的是()a具有特定质量的粒子 b具有特定比荷的粒子c具有特定速度的粒子 d具有特定动能的粒子解析粒子在加速电场中由动能定理可得：qumv2v ，粒子沿直线o1o2o3运动，则在相互正交的恒定匀强电场、磁场区域中必定受力平衡，可得qebqvv为某一定值故选项b、c正确答案bc4.练图834(多选题)如练图834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、带电荷量为q，场强大小为e.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应逐渐增大解析洛伦兹力总是与带电粒子速度的方向垂直，所以不做功，a项正确，b项错；小球在水平方向上做匀速运动，在竖直方向上的合力等于洛伦兹力的竖直分力，即f合bqv，故竖直方向做匀加速运动，所以运动轨迹是一条抛物线，选项c正确；由于小球在竖直方向上的速度增大，洛伦兹力的水平分力增大，而试管又向右做匀速运动，所以f要逐渐增大，故d项正确答案acd5.练图835磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景其发电原理示意图如练图835所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场区域有两块面积为s、相距为d的平行金属板与外电阻r相连构成一电路，设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g.则()a两板间电势差为ubdvb上板是电源的正极，下板是电源的负极c流经r的电流为id流经r的电流为 i解析等离子体喷射入磁场后，在洛伦兹力f1qbv的作用下正离子向上偏，负离子向下偏，则上板是电源的正极，下板是电源的负极，b项对；两板间形成向下的电场，正负离子将受到电场力f2q阻碍其偏转，假设外电路断路，则qbvq，即ubdv为电源电动势，a项错电源内阻为r，由闭合电路欧姆定律得i，c、d项错答案b6(多选题)(2013江西百校联考)练图836是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个d形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连带电粒子在磁场中运动的动能ek随时间t的变化规律如练图836所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法中正确的是()练图836a在ekt图中应有t4t3t3t2t2t1b高频电源的变化周期应该等于tntn1c要使粒子获得的最大动能增大，可以增大d形盒的半径d在磁感应强度b、d形盒半径、粒子的质量m及其电荷量q不变的情况下，粒子的加速次数越多，粒子的最大动能一定越大解析根据回旋加速器的原理可知，带电粒子运动周期相同，每经过半个周期加速一次，在ekt图中应有t4t3t3t2t2t1，选项a正确；高频电源的变化周期应该等于2(tntn1)，选项b错误；粒子的最大动能只与回旋加速器的d形盒半径和磁感应强度有关，与加速电压和加速次数无关，要使粒子获得的最大动能增大，可以增大d形盒的半径，选项c正确，d错误答案ac7.练图837如练图837所示，在xoy直角坐标系中，第象限内分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场，第象限内分布着方向沿y轴负方向的匀强电场初速度为零、带电荷量为q、质量为m的粒子经过电压为u的电场加速后，从x轴上的a点垂直x轴进入磁场区域，经磁场偏转后过y轴上的p点且垂直y轴进入电场区域，在电场中偏转并击中x轴上的c点已知oaocd.求电场强度e和磁感应强度b的大小(粒子的重力不计)解析设带电粒子经电压为u的电场加速后速度为v，qumv2带电粒子进入磁场后，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律qbv依题意可知rd联立可解得b带电粒子在电场中偏转，做类平抛运动，设经时间t从p点到达c点，由dvtdt2联立可解得e.答案8如练图838所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场，在虚线的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为b，一绝缘轨道由两段直杆和一半径为r的半圆环组成，固定在纸面所在的竖直平面内，pq、mn水平且足够长，半圆环map在磁场边界左侧，p、m在磁场边界线上，nmap段光滑，pq段粗糙现在有一质量为m、带电荷量为q的小环套在mn杆上，它所受电场力为重力的.现将小环从m点右侧的d点由静止释放，小环刚好能到达p点练图838(1)求dm间距离x0；(2)求上述过程中小环第一次通过与o等高的a点时半圆环对小环作用力的大小；(3)若小环与pq间动摩擦因数为(设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等)，现将小环移至m点右侧5r处由静止开始释放，求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功解析(1)小环从d经m到p，由动能定理有qex0mg2r0，解得x04r.(2)设到a点的速度为v，qe(x0r)mgrmv2，在a点由牛顿第二定律得fnbvqqem，解得fnqbmg.(3)若mgqe，即，小环在pq上运动到某点速度为零后静止，距p点距离为s，则qe(5rs)mg2rmgs0，sr，wfmgr.若mgqe，小环会往复运动，最后在p、d间往复运动qe5rmg2rw0，得wmgr.答案(1)4r(2)qbmg(3)见解析b级能力提升1(多选题)练图839如练图839所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压u加速后，水平进入互相垂直的匀强电场e和匀强磁场b的复合场中(e和b已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则()a小球可能带正电b小球做匀速圆周运动的半径为r c小球做匀速圆周运动的周期为td若电压u增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加解析小球在复合场中做匀速圆周运动，则小球受的电场力和重力满足mgeq，则小球带负电，a项错误；因为小球做圆周运动的向心力为洛伦兹力，由牛顿第二定律和动能定理可得：bqv，uqmv2，联立两式可得：小球做匀速圆周运动的半径r ，由t，可以得出t，所以b、c项正确，d项错误答案bc2(多选题)练图8310在某次发射科学实验卫星“双星”中，放置了一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度磁强计的原理如练图8310所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方体，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为i的电流已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e.金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动测出金属导体前后两个侧面间的电势差为u.则下列说法正确的是()a电流方向沿x轴正方向，正电荷受力方向指向前侧面，因此前侧面电势较高b电流方向沿x轴正方向，电子受力方向指向前侧面，因此后侧面电势较高c磁感应强度的大小为bd磁感应强度的大小为b解析金属导体中有自由电子当电流形成时，金属导体内的自由电子逆着电流的方向做定向移动在磁场中受到洛伦兹力作用的是自由电子由左手定则可知，自由电子受到的洛伦兹力沿z轴正方向，自由电子向前侧面偏转，故后侧面电势较高，a项错误，b项正确；设自由电子匀速运动的速度为v，则由电流的微观表达式有ineabv，金属导体前后两个侧面间的电场强度e，达到稳定状态时，自由电子所受洛伦兹力与电场力平衡，则有：evbee，解得磁感应强度的大小为：b，c项正确，d项错误答案bc3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，如练图8311所示，不计空气阻力，则()练图8311ah1h2h3 bh1h2h3ch1h2h3 dh1h3h2解析加电场时，小球在竖直方向上的运动与不加任何场时相同，故h1h3，加匀强磁场时，粒子做曲线运动，在最高点具有水平速度，由机械能守恒可知h2h1，故d项对答案d4(多选题)(2013江苏模拟)如练图8312所示为一个质量为m、电荷量为q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为b的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象可能是下图中的()练图8312解析由左手定则可判断洛伦兹力方向向上，圆环受到竖直向下的重力、垂直杆的弹力及向左的摩擦力，当洛伦兹力初始时刻小于重力时，弹力方向竖直向上，圆环向右减速运动，随着速度减小，洛伦兹力减小，弹力越来越大，摩擦力越来越大，故做加速度增大的减速运动，直到速度为零而处于静止状态，选项中没有对应图象；当洛伦兹力初始时刻等于重力时，弹力为零，摩擦力为零，故圆环做匀速直线运动，a项正确；当洛伦兹力初始时刻大于重力时，弹力方向竖直向下，圆环做减速运动，速度减小，洛伦兹力减小，弹力减小，在弹力减小到零的过程中，摩擦力逐渐减小到零，故做加速度逐渐减小的减速运动，摩擦力为零时，开始做匀速直线运动，d项正确答案ad5.练图8313如练图8313所示，匀强电场场强e4 v/m，方向水平向左，匀强磁场的磁感应强度b2 t，方向垂直纸面向里，质量m1 kg的带正电小物体a，从m点沿绝缘粗糙的竖直墙壁无初速度下滑，它滑行h0.8 m到n点时脱离墙壁做曲线运动，在通过p点瞬时a受力平衡，此时其速度与水平方向成45角，且p点与m点的高度差为h1.6 m，g取10 m/s2.试求：(1)a沿墙壁下滑时，克服摩擦力做的功w阻是多少？(2)p点与m点的水平距离x是多少？解析(1)小物体a在n点有fn0，qvnbqe，vn.对小物体a从m到n的运动应用动能定理得mghw阻mv0，w阻mghmv6 j.练答图831(2)根据小物体a通过p点的瞬时受力分析，45，qemg，q2.5 c，cos，vp2 m/s.对小物体a从n到p的运动应用动能定理得mg(hh)qexmvmv，故x0.6 m.答案(1)6 j(2)0.6 m6如练图8314所示，在第二象限内有水平向右的匀强电场，在第一、第四象限内分别存在匀强磁场，磁感应强度大小相等，方向如图所示；现有一个带电粒子在该平面内从x轴上的p点，以垂直于x轴的初速度v0进入匀强电场，恰好经过y轴上的q点且与y轴成45角射出电场，再经过一段时间又恰好垂直于x轴进入下面的磁场已知op之间的距离为d，(不计粒子的重力)求：练图8314(1)q点的坐标；(2)带电粒子自进入电场至在磁场中第二次经过x轴的时间解析(1)设q点的纵坐标为h，到达q点的水平分速度为vx，则由类平抛运动的规律可知hv0t，dvxt/2，tan45vx/v0，得h2d，故q点的坐标为(0,2d)(2)粒子在电、磁场中的运动轨迹如练答图832所示，设粒子在磁场中运动的半径为r，周期为t.则由几何关系可知：练答图832r2d，t2r/v，vv0，粒子在磁场中的运动时间为t2，t27t/8粒子在电场中的运动时间为t1，t12d/v0，得总时间tt1t2(74)d/(2v0)答案(1)(0,2d)(2)(74)d/(2v0)7如练图8315，直线mn上方有平行于纸面且与mn成45的有界匀强电场，电场强度大小未知；mn下方为方向垂直于纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度大小为b.今从mn上的o点向磁场中射入一个速度大小为v、方向与mn成45角的带正电粒子，该粒子在磁场中运动时的轨道半径为r.若该粒子从o点出发记为第一次经过直线mn，而第五次经过直线mn时恰好又通过o点不计粒子的重力求：练图8315(1)电场强度的大小；(2)该粒子再次从o点进入磁场后，运动轨道的半径；(3)该粒子从o点出发到再次回到o点所需的时间解析粒子的运动轨迹如练答图833，先是一段半径为r的1/4圆弧到a点，接着恰好逆电场线匀减速运动到b点速度为零再返回a点速度仍为v，再在磁场中运动一段3/4圆弧到c点，之后垂直电场线进入电场做类平抛运动练答图833(1)由图可知，2r，类平抛运动的垂直和平行电场方向的位移都为sssin452r所以类平抛运动的时间为t3又satt再者r由可得evb(2)由平抛知识得tan2tan2，所以v2vtan2v，v v.则第五次经过mn进入磁场后的圆弧半径rr.(3)粒子在磁场中运动的总时间为t1粒子在电场中的加速度为a，粒子做直线运动所需时间为t2由式求得粒子从出发到第五次到达o点所需时间tt1t2t3(2)答案(1)vb(2)r(3)(2)8如练图8316所示，真空中有一个半径r0.5 m的圆形磁场，与坐标原点相切，磁场的磁感应强度大小b2103 t，方向垂直于纸面向外，在xr处的虚线右侧有一个方向竖直向上的宽度为l10.5 m的匀强电场区域，电场强度e1.5103 n/c