2011届高考物理二轮复习 能力提升演练：专题3 第2讲 带电粒子在复合场中的运动 新人教版

用心 爱心 专心1 第一篇第一篇 专题知能突破专题知能突破 专题三专题三 电场和磁场电场和磁场 第第 2 2 讲讲 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 1 2010 江苏扬州市模拟三 有一个带电荷量为 q 重为G 的小球 从两竖直 的带电平行板上方 h 处自由落下 两极板间另有匀强磁场 磁感应强度为 B 方向如图 3 2 11 所示 则带电小球通过有电场和磁场的空间时 下列说 法错误的是 A 一定作曲线运 B 不可能做曲线运动 C 有可能做匀加速运动 D 有可能做匀速运动 答案 BCD 2 如图 3 2 12 所示 空间内存在着方向竖直向下的匀强电场 E 和垂直纸面向里 的匀强磁场 B 一个质量为 m 的带电液滴 在竖直平面内做圆周运动 下列说法 不正确的是 A 液滴在运动过程中速率不变 B 液滴所带电荷一定为负电荷 电荷量大小为 mg E C 液滴一定沿顺时针方向运动 D 液滴可以沿逆时针方向运动 也可以沿顺时针方向运动 答案 D 3 如图 3 2 13 所示 空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向 里 的匀强磁场 一带电粒子在电场力和洛伦兹力共同作用下 从静止 开始自 A 点沿曲线 ACB 运动 到达 B 点时速度为零 C 为运动的 图 3 2 11 图 3 2 12 图 3 2 13 用心 爱心 专心2 最低点 不计重力 则 来 A 该粒子必带正电荷 B A B 两点位于同一高度 C 粒子到达 C 时的速度最大 D 粒子到达 B 点后 将沿原曲线返回 A 点 答案 ABC 4 一个带负电荷 q 质量为 m 的小球 从光滑绝缘的斜面轨道的 A 点由静 止 下滑 小球恰能通过半径为 R 的竖直圆形轨道的最高点 B 而做圆周运 动 现在竖直方向上加如图 3 2 14 所示的匀强电场 若仍从 A 点由 静止释放该小球 则 A 小球不能过 B 点 B 小球仍恰好能过 B 点 C 小球能过 B 点 且在 B 点与轨道之间压力不为 0 D 以上说法都不对 解析 小球从光滑绝缘的斜面轨道的 A 点由静止下滑 恰能通过半径为 R 的竖直圆形 轨道的最高点 B 而做圆周运动 则 mg m mg h 2R mv 加匀强电场后仍从 v2 1 R 1 22 1 A 点由静止释放该小球 则 mg qE h 2R mv 联立解得 mg qE m 满足 1 22 2 v2 2 R 小球恰好能过 B 点的临界条件 选项 B 正确 答案 B 5 如图 3 2 15 所示 两平行 正对金属板水平放置 使上面金属 板 带上一定量正电荷 下面金属板带上等量的负电荷 再在它们之 间加上垂直纸面向里的匀强磁场 一个带电粒子以初速度 v0沿垂 图 3 2 14 图 3 2 15 用心 爱心 专心3 直于电场和磁场的方向从两金属板左端中央射入后向上偏转 若带电粒子所受重力可 忽略不计 仍按上述方式将带电粒子射入两板间 为使其向下偏转 下列措施中一定 不可行的是 A 仅增大带电粒子射入时的速度 B 仅增大两金属板所带的电荷量 C 仅减小粒子所带电荷量 D 仅改变粒子的电性 解析 本题意在考查带电粒子在复合场中的运动问题 解决此类问题的关键是对带电 粒子进行受力分析并结合牛顿第二定律判断带电粒子的运动情况 题目中未明确带电 粒子的电性 故要先做出假设 如果粒子带正电 向上偏转说明粒子所受的洛伦兹力 大于电场力 所以欲使粒子向下偏转 可以增大电场即使两个极板所带电量增多 这 样可使向下的电场力大于洛伦兹力 故 B 可行 如果粒子带负电 向上偏转说明粒子 所受的洛伦兹力小于电场力 增大射入电场时的初速度可增大洛伦兹力使洛伦兹力大 于电场力 故 A 可行 无论粒子的电性如何 改变粒子的电性可使其所受合力的方向 变为反向 故 D 可行 粒子所受的电场力和洛伦兹力的大小关系与所带电量多少无关 故 C 不可行 答案 C 6 如图 3 2 16 所示的空间中存在着正交的匀强电场和匀强磁场 从 A 点沿 AB AC 方向绝缘地抛出两带电小球 关于小球的运动情 况 下列说法中正确的是 A 从 AB AC 抛出的小球都可能做直线运动 B 只有沿 AB 抛出的小球才可能做直线运动 C 做直线运动的小球带正电 而且一定是做匀速直线运动 D 做直线运动的小球机械能守恒 图 3 2 16 用心 爱心 专心4 解析 小球运动过程中受重力 电场力 洛伦兹力作用 注意小球做直线运动一定为 匀速直线运动 正电荷沿 AB 才可能做直线运动 做直线运动时电场力做正功 机械 能增加 B C 正确 答案 BC 7 医生在做手术时 需从血库里取血 为避免感染 都是利用电磁泵从血 库里向外抽 如图 3 2 17 所示为一个电磁泵的结构图 长方形导管 的前后表面绝缘 上下表面为导体 管长为 L 厚为 b 宽为 a 内壁 光滑 将导管放在垂直前后表面向里的匀强磁场中 由于充满导管的血 浆中带有正负离子 将上下表面和电源接通 干路中的电流强度为 I 导管的左右两侧便会产生压强差 从而将血浆抽出 若血浆的电阻率为 所加电源电 动势为 E 内阻为 r 匀强磁场的磁感应强度为 B 则 A 此装置中血浆的等效电阻为 R b aL B 此装置中血浆受的安培力大小为 F BIL C 此装置中血浆受的安培力大小为 F BIb D 左右两侧的压强差为 p BI b 解析 电流从上到下流过血浆时 长为 b 的血浆等效电阻为 R A 对 长为 b 的 b aL 导体受安培力为 F BIb B 错 C 对 由压强公式得 p D 错 F ab BI a 答案 AC 8 如图 3 2 18 所示 在平面直角坐标系 xOy 内 第 象限的 等 腰直角三角形 MNP 区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁 场 y 0 的区域内存在着沿 y 轴正方向的匀强电场 一质量为 m 电荷量为 q 的带电粒子从电场中的 Q 2h h 点以速度 图 3 2 17 图 3 2 18 用心 爱心 专心5 v0水平向右射出 经坐标原点 O 处射入第 象限 最后以垂直于 PN 的方向射出磁 场 已知 MN 平行于 x 轴 N 点的坐标为 2h 2h 不计粒子的重力 求 1 电场强度的大小 E 2 磁感应强度的大小 B 3 粒子在磁场中运动的时间 t 解析 1 粒子在电场中运动过程中 由平抛运动规律及牛顿运动定律得 2h v0t h at2 1 2 qE ma 解得 E mv2 0 2qh 2 粒子到达 O 点时 沿 y 轴正方向的分速度 vy at v0 qE m 2h v0 速度方向与 x 轴正方向的夹角 满足 tan 1 45 vy vx 粒子从 MP 的中点垂直于 MP 进入磁场 垂直于 NP 射出磁场 粒子在磁场中的速度 v v0 2 轨道半径 R h 2 由 qvB m得 B v2 R mv0 qh 3 粒子在磁场中的运动时间 t 2 m qB 1 8 h 4v0 用心 爱心 专心6 答案 1 2 3 mv2 0 2qh mv0 qh h 4v0 9 2 010 四川理综 24 如图 3 2 19 所示 电源电动势 E0 15 V 内阻 r0 1 电阻 R1 30 R2 60 间距 d 0 2 m 的两平 行金属板水平放置 板间分布有垂直于纸面向里 磁感应强度 B 1 T 的匀强磁场 闭合开关 S 板间电场视为匀强电场 将 一带正电的小球以初速度 v 0 1 m s 沿两板间中线水平射入板间 设滑动变阻器接入电 路的阻值为 Rx 忽略空气对小球的作用 取 g 10 m s2 1 当 Rx 29 时 电阻 R2消耗的电功率是多大 2 若小球进入板间做匀速圆周运动并与板相碰 碰时速度与初速度的夹角为 60 则 Rx是多少 解析 1 设 R1和 R2的并联电阻为 R 有 R R1R2 R1 R2 R2两端的电压为 U E0R r0 R Rx R2消耗的电功率为 P U2 R2 当 Rx 29 时 联立 式 代入数据 解得 P 0 6 W 2 设小球质量为 m 电荷量为 q 小球做匀速圆周运动时 有 qE mg E U d 设小球做圆周运动的半径为 r 有 qvB m v2 r 图 3 2 19 用心 爱心 专心7 由几何关系有 r d 联立 式 代入数据 解得 Rx 54 答案 1 0 6 W 2 54 10 如图 3 2 20 所示 两平行金属板的板长不超过 0 2 m 板间的电压 u 随时间 t 变化 的图线如图 3 2 21 所示 在金属板右侧有一左边界为 MN 右边无界的匀强磁场 磁感应强度 B 0 01 T 方向垂直纸面向里 现有带正电的粒子连续不断地以速度 v0 105 m s 沿两板间的中线 OO 平行金属板射入电场中 磁场边界 MN 与中线 OO 垂直 已知带电粒子的比荷 108 C kg 粒子所受的重力和粒子间的相互作用 q m 力均忽略不计 求 图 3 2 20 图 3 2 21 1 在每个粒子通过电场区域的时间内 可以把板间的电场强度看作是恒定的 试说明 这种处理能够成立的理由 2 设 t 0 1 s 时刻射入电场的带电粒子恰能从平行金属板边缘射出 求该带电粒子射 出电场时的速度大小 3 对于所有经过电场射入磁场的带电粒子 设其射入磁场的入射点和从磁场射出的出 射点间的距离为 d 试判断 d 的大小是否随时间而变化 若不变 证明你的结论 若 变 求出 d 的变化范围 解析 1 带电粒子在金属板间运动时间 t 2 0 10 6 s T 0 2 s l v0 得 t T 或 t 时间内金属板间电压变化 U 2 10 3 V 变化很小 故 t 时间内金属板间的电场可以认为是恒定的 2 t 0 1 s 时刻偏转电压 U 100 V 用心 爱心 专心8 带电粒子沿两板间的中线射入电场恰从平行金属板边缘飞出电场 电场力做功 W qU 1 2 由动能定理 W mv mv 1 22 1 1 22 0 代入数据可得 v1 1 41 105 m s 3 设某一任意时刻射入电场的粒子速率为 v 速度方向与水平方向