高考总复习物理（人教版）练习微专题11带电粒子在复合场中运动的实例分析（模拟演练）

第九章微专题11教师用书独具1．(2018·北京丰台区模拟)如图所示，两平行金属板P、Q水平放置，板间存在匀强电场和匀强磁场(图中未画出)．一个带电粒子在两板间沿虚线所示路径做匀速直线运动．粒子通过两平行板后从O点垂直进入另一个垂直纸面向外的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期后打在挡板MN上的A点．不计粒子重力．则下列说法不正确的是()A．此粒子一定带正电B．P、Q间的匀强磁场一定垂直纸面向里C．若另一个带电粒子也能在P、Q间做匀速直线运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷D．若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷解析：选C根据粒子在磁场中的运动轨迹，由左手定则可知，粒子带正电，选项A正确；粒子在两板间受竖直向下的电场力，则洛伦兹力方向竖直向上，由左手定则可知，P、Q间的匀强磁场一定垂直纸面向里，选项B正确；若另一个带电粒子也能在P、Q间做匀速直线运动，则有qvB＝qE，可得v＝eq\f(E,B)，则它一定与该粒子具有相同的速度，选项C错误；若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则有qvB＝meq\f(v2,r)，可得r＝eq\f(mv,qB)，它一定与该粒子具有相同的比荷和相同的速度，选项D正确．本题选不正确的，故选C．2．(2018·江苏如皋质检)(多选)如图所示为磁流体发电机的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈电中性)沿图示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷．在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是()A．A板带负电B．有电流从b经用电器流向aC．金属板A、B间的电场方向向下D．等离子体发生偏转的原因是离子所受的洛伦兹力大于所受的静电力解析：选ABD根据左手定则可知，正电荷向下偏转，负电荷向上偏转，则A板带负电，故A正确．因为B板带正电，A板带负电，所以电流的流向为从b经用电器流向a，故B正确．因为B板带正电，A板带负电，所以金属板间的电场方向向上，故C错误．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力，故D正确．3.(2017·广东珠海一模)如图所示，从S处发出的电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子向下极板偏转．设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B．欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是()A．适当减小电场强度EB．适当减小磁感应强度BC．适当增大加速电压UD．适当增大加速电场极板之间的距离解析：选B根据左手定则可知，电子所受的洛伦兹力的方向竖直向下，故电子向下极板偏转的原因是电场力小于洛伦兹力，要想使电子沿直线从电磁复合场区域通过，则必须有Eq＝qvB，所以可以适当增大电场强度或适当减小磁感应强度，A错误，B正确；由Ue＝eq\f(1,2)mv2得v＝eq\r(\f(2Ue,m))，可以适当减小加速电压来减小电子进入电磁复合场的速度v，从而使得Eq＝qvB，C错误；适当增大加速电场极板间的距离，但只要两板间电压不变，电子进入磁场的速度就不变，则电子受到的电场力仍小于它受到的洛伦兹力，电子向下偏转，D错误．4．(2018·江苏南通等三市调研)(多选)为了测量化工厂的污水排放量，技术人员在排污管末端安装了流量计(流量Q为单位时间内流过某截面流体的体积)．如图所示，长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口，所在空间有垂直于前后面、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N，污水充满管道从左向右匀速流动，测得M、N间电压为U，污水流过管道时受到的阻力大小是f＝kLv2，k为比例系数，L为污水沿流速方向的长度，v为污水的流速．则()A．污水的流量Q＝eq\f(abU,B)B．金属板M的电势不一定高于金属板N的电势C．电压U与污水中离子浓度无关D．左、右两侧管口的压强差eq\f(kav2,bc)解析：选CD污水的流速：v＝U/cB，则流量Q＝vbc＝Ub/B，A错误；根据左手定则，知负离子所受的洛伦兹力方向向下，则向下偏转，N板带负电，M板带正电，则M板的电势比N板电势高，B错误；最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有：qvB＝qeq\f(U,c)，解得：U＝vBc，与离子浓度无关，C正确；污水的流速：v＝U/cB，污水流过该装置时受到阻力：f＝kLv2＝kav2，为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压力差等于污水流过该装置时受到阻力，△PS＝△Pbc＝kav2，△P＝eq\f(kav2,bc)，D正确．5．(2018·天津联考)有一种“双聚焦分析器”质谱仪，工作原理如下图所示．其中加速电场的电压为U，静电分析器中有会聚电场，即与圆心O1等距的各点电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心O1.磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行．由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零，重力不计)，经加速电场加速后，从M点沿垂直于该点的场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器．而后离子由P点垂直于磁分析器的左边界且垂直于磁场方向射入磁分析器中，最后离子垂直于磁分析器下边界从Q点射出，并进入收集器．测量出Q点与圆心O2的距离为d.位于Q点正下方的收集器入口离Q点的距离为0.5d.(题中的U、m、q、R、d都为已知量)(1)求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；(2)求磁分析器中磁场的磁感应强度B的大小和方向；(3)现将离子换成质量为4m，电荷量仍为q的另一种正离子，其他条件不变．磁分析器空间足够大，离子不会从圆弧边界射出，收集器的位置可以沿水平方向左右移动，要使此时射出磁分析器的离子仍能进入收集器，求收集器水平移动的距离解析：(1)离子经电场直线加速，由动能定理：qU＝eq\f(1,2)mv2，离子在静电分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：qE＝meq\f(v2,R)，联立解得：E＝eq\f(2U,R).(2)离子在磁分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：qvB＝meq\f(v2,r)由题意可知，圆周运动的轨道半径：r＝d，解得：B＝eq\f(1,d)eq\r(\f(2mU,q))，垂直纸面向外．(3)设质量为4m的另一正离子经电场加速后的速度为v′，由动能定理：qU＝eq\f(1,2)×4mv′2，解得：v′＝eq\f(v,2)质量为4m的离子在静电分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：qE＝4meq\f(v′2,R′)联立解得：R′＝R.质量为4m的离子在磁分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：qv′B＝4meq\f(v′2,r′)