（新课标）2017届高考物理一轮总复习 必修部分 第8章 磁场 第3讲 带电粒子在复合场中的运动限时规范特训.doc

第3讲 带电粒子在复合场中的运动时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分。其中15为单选，68为多选)1.2016冀州月考如图是磁流体发电机的示意图，在间距为d的平行金属板a、c间，存在磁感应强度为b、方向垂直纸面向外的匀强磁场，两金属板通过导线与变阻器r相连，等离子体以速度v平行于两金属板垂直射入磁场。若要减小该发电机的电动势，可采取的方法是()a.增大d b增大bc.增大r d减小v答案d解析发电机的电动势ebdv，要想减小电动势，则可以通过减小b、d或v 实现。故d正确，a、b、c错误。2.2016绵阳二诊如图所示，一个不计重力的带电粒子以v0沿各图的虚线射入场中。a中i是两条垂直纸平面的长直导线中等大反向的电流，虚线是两条导线连线的中垂线；b中q是两个位置固定的等量同种点电荷的电荷量，虚线是两位置连线的中垂线；c中i是圆环线圈中的电流，虚线过圆心且垂直圆环平面；d中是正交的匀强电场和匀强磁场，虚线垂直于电场和磁场方向，磁场方向垂直纸面向外。其中，带电粒子不可能做匀速直线运动的是()答案b解析图a中两条垂直纸平面的长直导线中通有等大反向的电流，在中垂线上产生的合磁场方向水平向右，带电粒子将沿中垂线做匀速直线运动；图b中等量同种正点电荷在中垂线上的合场强先水平向左后水平向右，带电粒子受力方向不同，粒子不可能做匀速直线运动；图c中粒子运动方向与磁感线平行，粒子做匀速直线运动；图d是速度选择器的原理图，只要v0，粒子也会做匀速直线运动，故选b。3. 2016长春质监如图所示，宽度为d、厚度为h的导体放在垂直于它的磁感应强度为b的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明：当磁场不太强时，电势差u、电流i和磁感应强度b的关系为：uk，式中的比例系数k称为霍尔系数。设载流子的电荷量为q，下列说法正确的是()a.载流子所受静电力的大小fqb.导体上表面的电势一定大于下表面的电势c.霍尔系数为k，其中n为导体单位长度上的电荷数d.载流子所受洛伦兹力的大小f洛，其中n为导体单位体积内的电荷数答案d解析导体中的电场强度e，载流子所受电场力feqq，a项错；由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力向上，由于载流子的电性不确定，b项错；稳定时，电场力与洛伦兹力相等，即qvbqubhv，又电流的微观表达式：inqsvnqhdv，解两式得：u，式中n为单位体积内的电荷数，c项错；由f洛bqv，d项正确。4.2016浙江模拟电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛应用。如图所示，泵体是一个长方体，ab边长为l1，两侧端面是边长为l2的正方形；流经泵体内的液体密度为，在泵头通入导电剂后液体的电导率为(电阻率的倒数)，泵体所在处有方向垂直向外的磁场b，把泵体的上下两表面接在电压为u(内阻不计)的电源上，则()a泵体上表面应接电源负极b.通过泵体的电流iul1/c.增大磁感应强度可获得更大的抽液高度d.增大液体的电阻率可获得更大的抽液高度答案c解析当泵体上表面接电源的正极时，电流从上向下流过泵体，这时受到的磁场力水平向左拉动液体，故a错误；根据电阻定律，泵体内液体的电阻：r；因此流过泵体的电流iul1，故b错误；增大磁感应强度b，受到的磁场力变大，因此可获得更大的抽液高度，故c正确；若增大液体的电阻率，可以使电流减小，受到的磁场力减小，使抽液高度减小，故d错误。5. 2016日照三校联考如图所示，匀强磁场垂直于纸面向里，匀强电场平行于斜面向下，斜面是粗糙的。一带正电物块以某一初速度沿斜面向上滑动，经a点后到b点时速度减为零，接着又滑了下来。设物块带电荷量保持不变，则从a到b和从b回到a两过程相比较()a.加速度大小相等b.摩擦产生热量不相同c.电势能变化量的绝对值不相同d.动能变化量的绝对值相同答案b解析两过程中，重力、电场力恒定、支持力方向不变，洛伦兹力、摩擦力方向相反，故物块所受合外力不同，由牛顿第二定律知，加速度必定不同，a项错；上滑过程中，洛伦兹力垂直斜面向上，物块所受滑动摩擦力ff(mgcosqvb)，下滑过程中，洛伦兹力垂直斜面向下，物块所受滑动摩擦力ff(mgcosqvb)，摩擦产生热量qffx，两过程位移大小相等，摩擦力大小不同，故产生热量不同，b项正确；a、b两点电势确定，由epq可知，两过程中电势能变化量的绝对值相等，c项不正确；整个过程中，重力做功为零，电场力做功为零，摩擦力做功不为零，故物块动能一定变化，所以上滑和下滑两过程中动能变化量绝对值一定不同，d项错。6.2015邢台摸底如图所示，甲带正电，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的固定斜面上，地面上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现用平行于斜面的力f拉乙物块，使甲、乙一起无相对滑动沿斜面向上作匀加速运动的阶段中()a甲、乙两物块间的摩擦力不断增大b.甲、乙两物块间的摩擦力保持不变c.甲、乙两物块间的摩擦力不断减小d.乙物块与斜面之间的摩擦力不断减小答案bd解析甲、乙一起无相对滑动沿斜面向上做匀加速运动，则甲、乙之间是静摩擦力，以甲为研究对象，沿斜面方向由牛顿第二定律得：f1m甲gsinm甲a，所以甲、乙之间的摩擦力f1不变，b选项正确，a、c错。乙和斜面之间属于滑动摩擦力，大小f2fn，其中乙与斜面间正压力因洛伦兹力变大而减小，故f2变小，d选项正确。7.2015吉林二模如图，一个质量为m、带电量为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。现给圆环一个水平向右的初速度v0，在以后的运动中，下列说法正确的是()a圆环可能做匀减速运动b.圆环可能做匀速直线运动c.圆环克服摩擦力所做的功不可能为mvd.圆环克服摩擦力所做的功可能为mv答案bd解析当qv0bmg时，圆环做减速运动到静止，速度在减小，洛伦兹力减小，杆的支持力和摩擦力都发生变化，所以不可能做匀减速运动，故a错误。当qv0bmg时，圆环不受支持力和摩擦力，做匀速直线运动，故b正确。当qv0bmg时，圆环先做减速运动；当qvbmg时，不受摩擦力，做匀速直线运动。当qvbmg时得v，根据动能定理得：wmv2mv，代入解得：wmv，故c错误，d正确。82015南充适应性考试如图所示，直角坐标系xoy位于竖直平面内，第、象限内有垂直于坐标平面向外的匀强磁场，第象限同时存在方向平行于y轴的匀强电场(图中未画出)，一带电小球从x轴上的a点由静止释放，恰好从p点垂直于y轴进入第象限，然后做圆周运动，从q点垂直于x轴进入第象限，q点距o点的距离为d，重力加速度为g。根据以上信息，不能求出的物理量有()a.圆周运动的速度大小b.电场强度的大小和方向c.小球在第象限运动的时间d.磁感应强度大小答案bd解析带电小球从p到q做圆周运动，满足eqmg，bqv，且由左手定则知小球带负电，那么电场强度方向竖直向下。带电小球从a运动到p，重力做功为mgd，洛伦兹力不做功，由动能定理得mgdmv2，所以v，小球在第象限的时间为周期的，tt。要想计算e和b则需知道比荷，则a、c错误，b、d选项正确。二、非选择题(本题共3小题，共52分)9.2015泰安期末(15分)如图所示，在无限长的竖直边界ac和de间，上、下部分分别充满方向垂直于adec平面向外的匀强磁场，上部分区域的磁感应强度大小为b0，of为上、下磁场的水平分界线。质量为m、带电荷量为q的粒子从ac边界上与o点相距为a的p点垂直于ac边界射入上方区域，经of上的q点第一次进入下方区域，q与o点的距离为3a。不考虑粒子重力。(1)求粒子射入时的速度大小；(2)要使粒子不从ac边界飞出，求下方区域的磁感应强度应满足的条件；(3)若下方区域的磁感应强度b3b0，粒子最终垂直de边界飞出，求边界de与ac间距离的可能值。答案(1)(2)b1b0(3)l4na(n1,2,3，)解析(1)设粒子在of上方做圆周运动的半径为r，由几何关系知：(ra)2(3a)2r2得：r5a由牛顿第二定律qvb0整理得v(2)当粒子恰好不从ac边界飞出时，设粒子在of下方做圆周运动的半径为r1，由几何关系得r1r1cos3a而cos，所以r1a。根据qvb1，b1b0。当b1b0时，粒子不会从ac边界飞出。(3)当b3b0时，粒子在of下方的运动半径为r，由bqv，得：ra。设粒子的速度方向再次与射入磁场时的速度方向一致时的位置为p1，则p与p1的连线一定与of平行，根据几何关系：4a所以若粒子最终垂直de边界飞出，边界de与ac间的距离为：ln4na(n1,2,3)10.2016商丘模拟(18分)如图所示，在xoy平面的第象限内有半径为r的圆分别与x轴、y轴相切于p、q两点，圆内存在垂直于xoy面向外的匀强磁场。在第象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度为e。一带正电的粒子(不计重力)以速率v0从p点射入磁场后恰好垂直y轴进入电场，最后从m(3r,0)点射出电场，出射方向与x轴正方向夹角为，且满足45，求：(1)带电粒子的比荷；(2)磁场磁感应强度b的大小；(3)粒子从p点射入磁场到m点射出电场的时间。答案(1)(2)b(3)r解析(1)在m点处：vyv0tanqeam竖直方向：vyat3水平方向：3rv0t3得：。(2)粒子运动轨迹如图，设o1为磁场的圆心，o2为粒子轨迹圆心，p为粒子射出磁场的位置，则po2po1，o1o2po1o2p，粒子的轨迹半径为：rrbqv0m，得b(3)粒子从n进入电场，onyyat，qeam,3rv0t3得yr，t3又yrrcos，。p到p的时间为t1：t1t得t1pnrrsin，所以t2rp到m的总时间tt1t2t3r。11.2016洛阳二统(19分)在光滑绝缘的水平面上，左侧平行极板间有水平方向匀强电场，右侧圆筒内有竖直方向匀强磁场，磁感应强度大小为b，俯视图如图所示。圆筒的圆心为o点，半径大小为r。一质量为m、电荷量大小为q的带电小球(可视为质点)，初始位置在a点，现由静止经电场加速后从c孔沿直径射入磁场区域，粒子和圆筒壁的碰撞没有动能和电荷量损失。b、r、m、q为已知量，圆筒仅有一个出入口c。(1)求平行板间电压u和小球在磁场中运动半径r的函数关系式；(2)如果小球能从出入口c返回，求它在磁场中运动的最短时间；(3)求小球能从出入口c返回且在磁场中运动时间最短情况下，平行板间所加电压u的可能值。答案(1)u(2)tm(3)utan2(k1,2,3)解析(1)如图所示，小球沿直线由a运动到c，再沿圆弧运动到p点，圆弧运动的圆心在d点，设圆弧运动的线速度为v，半径为r，cop，两板间电压为u。小球在电场中运动时，由动能定理得：qumv2小球做圆弧运动时，由牛顿第二定律得：qvbm联立，