浙江省2013年高考物理 能力突破 8.3带电粒子在复合场中的运动A

1 浙江浙江 20132013 年物理高考能力突破 年物理高考能力突破 8 38 3 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 A A 40 40 分钟分钟 100100 分分 一 单项选择题一 单项选择题 本题共本题共 4 4 小题 每小题小题 每小题 7 7 分 共分 共 2828 分 每小题只有一个选项符合题意分 每小题只有一个选项符合题意 1 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 做非匀变速直线运动 D 做匀变速曲线运动 2 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 3 预测题 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 k 3E E ed B k 5E E ed C k mE B ed D k 2mE B ed 4 创新题 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 2 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 运动的有关说法错误的是 A 粒子在 ab 区域的运动时间为 0 v g B 粒子在 bc 区域中做匀速圆周运动 圆周半径 r 2d C 粒子在 bc 区域中做匀速圆周运动 运动时间为 0 d 6v D 粒子在 ab bc 区域中运动的总时间为 0 6 d 3v 二 不定项选择题二 不定项选择题 本题共本题共 3 3 小题 每小题小题 每小题 7 7 分 共分 共 2121 分 每小题至少一个选项符合题意分 每小题至少一个选项符合题意 5 2012 南京模拟 如图所示 两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场 E 和匀强磁场 B 有一个 带正电的小球 电荷量为 q 质量为 m 从电磁复合场上方的某一高度处自由落下 那么 带电小球可能沿直 线通过的电磁复合场是 6 易错题 北半球某处 地磁场水平分量 B1 0 8 10 4 T 竖直分量 B2 0 5 10 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 3 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 s D 海水的流速大小为 0 1 m s 7 易错题 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 计算题三 计算题 本大题共本大题共 3 3 小题 共小题 共 5151 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 8 2012 丽水模拟 16 分 如图所示 水平虚线 L1 L2间的高度差 h 5 cm L1的 上方和 L2的下方都存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向上的匀强电场 下方 磁场的磁感应强度是上方的2倍 一带电微粒正好能在竖直平面内沿图中轨迹 做周期性运动 在两磁场中的轨迹是半圆 当运动到轨迹最低点时 如果撤去电 场 微粒将做匀速直线运动 取 g 10 m s2 1 说出微粒的绕行方向 2 分别求出微粒在两磁场中的速度大小 9 17 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 q 1 6 10 19 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 4 片宽 ab 1 0 10 2 m 长 bc 4 0 10 2 m 厚 h 1 0 10 3 m 水平放置在竖直向上的磁感应强度 B 2 0 T 的匀强磁场中 bc 方向通有 I 3 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 0 10 5 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 10 2012 南昌模拟 18 分 如图所示 真空中有以 O 为圆心 r 为半径的圆 柱形匀强磁场区域 圆的最下端与 x 轴相切于坐标原点 O 圆的右端与平行于 y 轴的虚线 MN 相切 磁感应强度为 B 方向垂直纸面向外 在虚线 MN 右侧 x 轴上方足够大的范围内有方向竖直向下 场强大小为 E 的匀强电场 现从坐 标原点 O 向纸面内不同方向发射速率相同的质子 质子在磁场中做匀速圆周 运动的半径也为 r 已知质子的电荷量为 e 质量为 m 不计质子的重力 质子对电磁场的影响及质子间的相 互作用力 求 1 质子进入磁场时的速度大小 2 沿 y 轴正方向射入磁场的质子到达 x 轴所需的时间 答案解析答案解析 1 解析 选 A 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 若粒子的速度方向与磁场不平行时 洛伦兹力为变力 将做非匀变速曲线运动 故 B C D 错 2 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 F洛 F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 3 解析 选 D 质子在电场中 y222 00yky v 1eE dv t dtm vv 5Evat a 22m 解得 k 4E E ed A B 错误 再根据 2 k 0 0 2mEmv ev B B ded 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 5 经过 b 点 Oa Ob 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 0 v 2 解析 选 C 粒子在磁场中运动时 2 0 0 mv qv B r 粒子在电场中运动时 2 0 1qE rv t rat a 2m 解得 0 E 2v B 故 C 正确 4 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 C 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 v0 gt t 0 v g A 正确 在 水平方向 v0 at a qE m 则 qE mg 在 bc 区域 由于粒子所受电场力竖直向上 且 qE mg 故粒子只在 洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 其轨道半径 2 00 mvmv r qBqE 又 qE mg v02 2gd 所以 r 2d 故 B 正确 设粒子在 bc 区域转过的角度为 则 sin d1 r2 则 30 所以粒子在 bc 区域做匀速圆周运动 的时间 t2 301 2 mmv0 T 36012qB6qE A 或 t2 00 2 rd 12v3v 故 C 错 粒子在电场中运动时间 t1 0 2d v 故 总时间 t t1 t2 0 6 d 3v 故 D 正确 故选 C 5 解析 选 D 在 A 图中刚进入复合场时 带电小球受到方向向左的电场力 向右的洛伦兹力 竖直向下 的重力 在重力的作用下 小球的速度要变大 洛伦兹力也会变大 所以水平方向受力不可能总是平衡 A 选 项错误 B 图中小球要受到向下的重力 向上的电场力 向外的洛伦兹力 小球要向外偏转 不可能沿直线 通过复合场 B 选项错误 C 图中小球受到向下的重力 向右的洛伦兹力 沿电场方向的电场力 若这三个 力的合力正好为 0 则小球将沿直线通过复合场 C 选项正确 D图中小球只受到向下的重力和向上的电场力 都 在竖直方向上 小球可能沿直线通过复合场 D 选项正确 6 解析 选 A 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 B 错误 对于流过两极板间 6 的带电粒子有 qvB2 U q d 即 v 3 4 2 U0 2 10 m s B d0 5 1020 0 2 m s 故选项 C D 错误 7 解析 选 B C 带电粒子经过加速电场后速度为 2Uq v m 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 mv R Bq 2 2Um B q 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 2 R T v 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 8 解析 1 带电微粒做匀速圆周运动时一定满足 qE mg 故微粒带正电 2 分 绕行方向为逆时针 3 分 2 设上 下半圆中的速度和磁感应强度分别为 v1 v2 B1 B2 则 B2 2B1 2 分 1 2 mv22 1 2 mv12 mgh 3 分 qv1B1 2 1 v m r 2 分 qv2B2 2 2 v m r 2 分 解以上各式得 v1 1 m s v2 2 m s 2 分 答案 1 逆时针方向 2 1 m s2m s 9 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 U qvBq ab 6 分 5 4 2 U1 0 10 v m s5 10 m s Bab2 0 1 0 10 4 分 2 由电流的微观解释可得 I nqvS S ab h 故 n I qvS 3 75 1027 个 m3 7 分 答案 1 5 10 4m s 2 3 75 1027个 m3 10 解析 1 由洛伦兹力公式和牛顿第二定律 得 7 2 mv Bev r 解得 Ber v m 6 分 2 若质子沿 y 轴正方向射入磁场 则以 N 为圆心转过 1 4 圆弧后从 A 点垂直电场方向进入电场 质子在磁场 中有 2 m T Be 3 分 得 B 1m tT 42eB 2 分 进入电 场后质子做类平抛运动 y 方向上的位移 22 E 1eE yratt 22m 3 分 解得 E 2mr t