2019_2020版高中物理第三章习题课带电粒子在复合场中的运动教师备用课时作业新人教版选修3_1.doc

教学资料范本2019_2020版高中物理第三章习题课带电粒子在复合场中的运动教师备用课时作业新人教版选修3_1编 辑：_时 间：_习题课带电粒子在复合场中的运动(教师备用)1.(20xx安徽定远重点中学高二月考)如图所示,M,N两平行金属板间存在着正交的匀强电场和匀强磁场,一带电粒子(重力不计)从O点以速度v沿着与两板平行的方向射入场区后,做匀速直线运动,经过时间t1飞出场区;如果两板间撤去磁场,粒子仍以原来的速度从O点进入电场,经过时间t2飞出电场;如果两板间撤去电场,粒子仍以原来的速度从O点进入磁场后,经过时间t3飞出磁场,则t1,t2,t3的大小关系为(A)A.t1=t2t1t3C.t1=t2=t3 D.t1t2=t3解析:设极板长度为L,粒子在电场与磁场中做匀速直线运动,运动时间t1=,粒子在电场中做类平抛运动,可分解为水平方向的匀速直线运动与竖直方向的匀加速运动,运动时间由水平分运动决定t2=t1;粒子在磁场中做圆周运动,运动路程sL,洛伦兹力对粒子不做功,速率v不变,运动时间t3=t1=t2;则t1=t20)的小球,以过O点的竖直线Ox为界,左侧有匀强磁场,右侧有匀强电场,方向如图所示.将带电小球从最低位置c拉至a点由静止释放,让小球在ab间摆动,b为小球在左侧能到达的最高点.不计空气阻力,下列说法正确的是(BD)A.a,b两位置高度相等B.小球在磁场中运动时机械能守恒,在电场中运动时机械能不守恒C.小球经过Ox左侧磁场中同一位置时丝线张力相等D.小球从a到c过程中机械能增加解析:小球从a到c过程中,静电力做正功,机械能不守恒,由动能定理(mg+qE)hE=m;在磁场中运动过程中,只有重力做功,故机械能守恒,则mghB=m,可知hBhE,即a,b两位置高度不相等,选项A错误,B正确;小球经过Ox左侧磁场中同一位置时,速度的方向可能不同,则洛伦兹力的方向不同,丝线张力不相等,选项C错误;小球从a到c过程中除重力做功外,还有静电力做正功,则机械能增加,选项D正确.8.(20xx湖南衡阳一中高二期末)(多选)如图所示,水平向右的匀强电场场强为E,且Eq=mg,垂直纸面向里的水平匀强磁场磁感应强度为B,一带电荷量为q的液滴质量为m,在重力、静电力和洛伦兹力作用下在叠加场空间运动.下列关于带电液滴在叠加场空间的运动描述正确的是(BD)A.液滴可能做匀加速直线运动B.液滴不可能做匀速圆周运动C.液滴可能做匀速直线运动且机械能守恒D.如果是直线运动,必为匀速直线运动,其运动轨迹与水平方向的夹角是解析:由于液滴受到的重力与静电力恒定,如果做匀加速直线运动,则液滴的洛伦兹力大小变化,液滴的合外力变化,不可能做匀加速直线运动,故选项A错误;由于液滴受竖直向下的重力和水平方向的静电力,所以重力与静电力的合力不可能为零,即液滴不可能做匀速圆周运动,故选项B正确;当液滴所受的洛伦兹力与重力和静电力的合力等大反向时,液滴做匀速直线运动,但静电力会做功,所以机械能不守恒,故选项C错误;由于液滴不可能做匀加速直线运动,如果是直线运动,必为匀速直线运动,由于mg=qE,重力与静电力的合力一定与速度方向垂直,即与水平方向成45,故D正确.9.(多选)北半球某处,地磁场水平分量B1=0.810-4 T,竖直分量 B2= 0.510-4 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d=20 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U=0.2 mV,则(AD)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/s解析: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qvB2=q,即v= m/s=0.2 m/s,故选项D正确.10.(20xx青海西宁四中高二期末)如图,在x轴上方有磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场.x轴下方有磁感应强度大小为,方向垂直纸面向外的匀强磁场.一质量为m、电荷量为-q的带电粒子(不计重力),从x轴上O点以速度v0垂直x轴向上射出.求:(1)经多长时间粒子第三次到达x轴(初位置O点为第一次).(2)粒子第三次到达x轴时离O点的距离.解析:(1)粒子的运动轨迹如图所示粒子在x轴上方运动时间t1=T1=,在x轴下方运动时间t2=T2=粒子第三次到达x轴所需时间t=T1+T2=.(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得qvB=m,则粒子轨道半径r1=,r2=,粒子第三次到达x轴时,距离O点的距离L=2(r1+r2)=.答案:(1)(2)11.(20xx吉林实验中学高二期末)(多选)如图所示,虚线EF的下方存在着正交的匀强电场和匀强磁场,电场强度为E,磁感应强度为B.一带电微粒从离EF为h的高处由静止下落,从B点进入场区,做了一段匀速圆周运动,从D点射出,则下列说法正确的是(BC)A.微粒受到的静电力的方向可能竖直向下B.微粒做圆周运动的半径为C.从B点运动到D点的过程中微粒的电势能先增大后减小D.从B点运动到D点的过程中微粒的电势能和重力势能之和在最低点C时最小解析:由题知,带电微粒进入正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速圆周运动,静电力与重力必定平衡,则微粒受到的静电力的方向一定竖直向上,故选项A错误;由于mg=qE,而qvB=m,竖直下落的过程中机械能守恒,得v=,可解得,微粒做圆周运动的半径为r=,故B正确;由于静电力方向竖直向上,则微粒从B点运动到D点的过程中,静电力先做负功后做正功,则其电势能先增大后减小,故C正确;根据能量守恒定律,微粒在B到D的运动过程中,电势能、动能、重力势能之和一定,动能不变,则知微粒的电势能和重力势能之和一定不变,故D错误.12.(20xx黑龙江哈尔滨期末)如图所示,ABC为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB为倾斜直轨道,BC为与AB相切的圆形轨道,整个装置处在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里.质量相同的可看做质点的甲、乙两个小球,甲球不带电、乙球带正电.现将两个小球在轨道AB上分别从相同高度处由静止释放,都能通过圆形轨道最高点,则(B)A.经过最高点时,甲球的速度比乙球小B.经过最高点时,两个小球的速度相等C.两个小球到最低点时对轨道的压力大小相同D.如果使两球均恰好通过最高点,则甲球的释放位置比乙球的高解析:两球均从相同的高度A处开始释放到小球到达圆形轨道最高点过程中,两球重力做功相等,洛伦兹力不做功,则经过最高点时,甲球的速度等于乙球的速度,选项A错误,B正确;两个小球到最低点时的速度相同,在最低点,对甲球有FN甲-mg=m;对乙球有FN乙+qvB-mg=m;可知FN甲FN乙,选项C错误;甲、乙两球恰能经过最高点时,分别有mg=m;mg+qv乙B=m,则v乙v甲,可知甲球的释放位置比乙球的低,选项D错误.13.(20xx黑龙江大庆期末)(多选)如图所示,斜面固定于水平地面上,并处于方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m、带电荷量为+Q小滑块从斜面顶端由静止释放,运动一段时间后,小球将飞离斜面,在此过程中(BD)A.斜面光滑时飞离斜面瞬间的速度比粗糙时大B.斜面光滑时在斜面上运动的时间比粗糙时短C.斜面光滑时在斜面上运动的位移比粗糙时大D.斜面光滑时在斜面上运动的位移比粗糙时小解析:小滑块飞离斜面时,洛伦兹力与重力垂直斜面的分力平衡,由平衡条件得mgcos =qvmB,解得vm=,故斜面光滑与粗糙时,小滑块飞离斜面时速度相同,故选项A错误;斜面光滑时平均加速度大,故加速到相同速度需要的时间短,故选项B正确;斜面光滑时合力大,两种情况下滑块离开斜面时的速度相等,动能相等,根据动能定理可知,斜面光滑时滑块加速距离短,故选项C错误,D正确.14.(20xx吉林梅河口检测)如图所示,M,N为加速电场的两极板,M板中心有一小孔Q,其正上方有一圆心为O,内径R1=2 m,外径R2=4 m的环形匀强磁场区域,区域边界与M板相切于Q点,磁感应强度大小B= T,方向垂直于纸面向里.一比荷=1108 C/kg的带正电粒子从紧邻N板上的P点由静止释放,经加速后通过小孔Q,垂直进入环形磁场区域.P,Q,O三点在同一竖直线上,不计粒子重力,且不考虑粒子的相对论效应.(1)若加速电压U0=2104 V,求粒子刚进入环形磁场时的速率v0;(2)要使粒子能进入中间的圆形区域,加速电压U应满足什么条件?解析:(1)粒子在匀强电场中运动的过程中,根据动能定理有qU0=m,解得v0=2106 m/s.(2)粒子刚好不进入中间圆形区域的轨迹如图所示,设此时粒子在磁场中运动的半径为r,根据几何关系有r2+=(r+R1)2,设粒子在环形磁场中做匀速圆周运动的速度大小为v,根据洛伦兹力提供向心力有qvB=,设对应的加速电压为U1,对粒子在匀强电场中运动的过程,根据动能定理qU1=,可得U1=5107 V,要使粒子能进入中间的圆形区域,加速电压U应满足的条件为UU1= 5107 V.答案:(1)2106 m/s(2)U5107 V15.如图(甲)所示,宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1,L2),存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场如图(乙)所示,电场强度的大小为E0,E00表示电场方向竖直向上.t=0时,一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域,沿直线运动到Q点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的N2点.Q为线段N1N2的中点,重力加速度为g.上述d,E0,m,v,g为已知量.(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小;(2)求电场变化的周期T;(3)改变宽度d,使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域,求T的最小值.解析:(1)微粒从N1Q的直线运动中,有mg+qE0=qvB,微粒经Q点