高中物理 重點強化卷3 帶電粒子在復合場中的運動 滬科版選修3-1

重點強化卷(三)帶電粒子在復合場中的運動(建議用時：60分鐘)一、選擇題1如圖1所示的正交電場和磁場中，有一粒子沿垂直于電場和磁場的方向飛入其中，并沿直線運動(不考慮重力作用)，則此粒子()圖1A一定帶正電B一定帶負電C可能帶正電或負電，也可能不帶電D一定不帶電【解析】題中帶電粒子在電場中受電場力，在磁場中受洛倫茲力，而帶電粒子做直線運動，根據(jù)電場力方向及洛倫茲力方向判定，可知兩力必反向且與運動速度垂直，故無法判斷是何種帶電粒子，即帶正電、負電和不帶電粒子都滿足題設條件，故正確選項為C.【答案】C2醫(yī)生做某些特殊手術時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構成，磁極間的磁場是均勻的使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖2所示由于血液中的正、負離子隨血液一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差在達到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 V，磁感應強度的大小為0.040 T則血流速度的近似值和電極a、b的正負為()圖2A1.3 m/s，a正、b負B2.7 m/s，a正、b負C1.3 m/s，a負、b正D2.7 m/s，a負、b正【解析】由于正、負離子在勻強磁場中垂直于磁場方向運動，利用左手定則可以判斷：a電極帶正電，b電極帶負電血液流動速度可根據(jù)離子所受的電場力和洛倫茲力的合力為0，即qvBqE得v1.3 m/s.【答案】A31930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖3所示這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構成，其間留有空隙，下列說法正確的是()圖3離子由加速器的中心附近進入加速器離子由加速器的邊緣進入加速器離子從磁場中獲得能量離子從電場中獲得能量ABC D【解析】回旋加速器對離子加速時，離子是由加速器的中心附近進入加速器的，故正確，錯誤；離子在磁場中運動時，洛倫茲力不做功，所以離子的能量不變，故錯誤；D形盒D1、D2之間存在交變電場，當離子通過交變電場時，電場力對離子做正功，離子的能量增加，所以離子的能量是從電場中獲得的，正確，故應選B.【答案】B4.由中國提供永磁體的阿爾磁譜儀如圖4所示，它曾由航天飛機攜帶升空，將來安裝在阿爾法國際空間站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物質(zhì)所謂的反物質(zhì)即質(zhì)量與正粒子相等，帶電量與粒子相等但電性相反，例如反質(zhì)子即為H，假若使一束質(zhì)子、反質(zhì)子、粒子和反粒子組成的射線，以相同的速度通過OO進入勻強磁場B2而形成的4條徑跡如圖所示，則() 【導學號：37930073】圖4A1、3是反粒子徑跡B2、4為反粒子徑跡C1、2為反粒子徑跡D4為反粒子徑跡【解析】根據(jù)左手定則可判定帶電粒子在磁場中的偏轉方向，從而確定1、2為反粒子徑跡【答案】C5(多選)利用如圖5所示的方法可以測得金屬導體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n，現(xiàn)測得一塊橫截面為矩形的金屬導體的寬為b，厚為d，并加有與側面垂直的勻強磁場B，當通以圖示方向電流I時，在導體上、下表面間用電壓表可測得電壓為U.已知自由電子的電荷量為e，則下列判斷正確的是()圖5A上表面電勢高B下表面電勢高C該導體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為D該導體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為【解析】畫出平面圖如圖所示，由左手定則可知，自由電子向上表面偏轉，故下表面電勢高，B正確，A錯誤再根據(jù)eevB，IneSvnebdv得n，故D正確，C錯誤【答案】BD6為監(jiān)測某化工廠的污水排放量，技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖6所示的流量計該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口在垂直于上、下底面方向加磁感應強度大小為B的勻強磁場，在前、后兩個內(nèi)側面分別固定有金屬板作為電極污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時間內(nèi)排出的污水體積)，下列說法中正確的是()圖6A若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢高B若污水中負離子較多，則前表面比后表面電勢高C污水中離子濃度越高電壓表的示數(shù)將越大D污水流量Q與U成正比，與a、b無關【解析】由左手定則可以判斷出若正離子較多時，正離子受到的洛倫茲力使其向后表面偏轉聚集而導致后表面電勢高，同理若負離子較多時，負離子向前表面偏轉聚集而導致前表面電勢低，故A、B錯誤設前、后表面間的最高電壓為U，則qvB，所以UvBb，由此可知U與離子濃度無關，故C錯因Qvbc，而UvBb，所以Q，D正確【答案】D7(多選)用回旋加速器來加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的動能增加為原來的4倍，原則上可以采用下列哪幾種方法()A將其磁感應強度增大為原來的2倍B將其磁感應強度增大為原來的4倍C將D形盒的半徑增大為原來的2倍D將D形盒的半徑增大為原來的4倍【解析】粒子在回旋加速器中旋轉的最大半徑等于D形盒的半徑R，由R得粒子最大動能Ekmv2，欲使最大動能為原來的4倍，可將B或R增大為原來的2倍，故A、C正確【答案】AC8在一絕緣、粗糙且足夠長的水平管道中有一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電小球，管道半徑略大于小球半徑，整個管道處于磁感應強度為B的水平勻強磁場中，磁感應強度方向與管道垂直現(xiàn)給帶電小球一個水平速度v0，且v0，則在整個運動過程中，帶電小球克服摩擦力所做的功為()圖7A0 B.m2C.mv D.m【解析】因為v0，所以mgqBv0，小球開始受到重力mg、向上的洛倫茲力qBv0、管道對球的支持力N(NmgqBv0)和摩擦力f作用，小球在摩擦力作用下做減速運動，直至停止運動，所以小球克服摩擦力所做的功的大小為Wf|Ek|mv0mv，C正確【答案】C9(多選)設空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場，如圖8所示，已知一離子在電場力和洛倫茲力的作用下，從靜止開始自A點沿曲線ACB運動，到達B點時速度為零，C點是運動的最低點，忽略重力，下列說法中正確的是()圖8A這離子必帶正電荷BA點和B點位于同一高度C離子在C點時速度最大D離子到達B點時，將沿原曲線返回A點【解析】在電場力作用下向下運動或在洛倫茲力作用下向右偏轉，說明離子帶正電，A正確；由能量關系可知，B、C正確【答案】ABC二、計算題10.磁流體發(fā)電機是一項新興的技術，它可以將內(nèi)能直接轉化為電能，如圖9所示，平行金屬板A、B間有一個很強的磁場，將一束等離子體(高溫下電離的氣體，含有大量的正、負帶電粒子)噴入磁場，A、B間便產(chǎn)生電壓如果把A、B和用電器連接，A、B就是直流電源的兩極圖中的B板是發(fā)電機的正極；若A、B間的寬度為a，A、B的板寬為b，板間的磁場為勻強磁場，磁感應強度為B，等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場，該發(fā)電機的電動勢為多大圖9【解析】用左手判斷知正粒子向下偏，所以B板電勢高當兩板間的粒子不再偏轉時達到穩(wěn)定，此時每個粒子都平衡：qvBq，電動勢UBav.【答案】Bav11已知質(zhì)量為m的帶電液滴，以速度v射入互相垂直的勻強電場E和勻強磁場B中，液滴在此空間剛好能在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動如圖10所示求： 【導學號：37930074】圖10(1)液滴在空間受到幾個力作用；(2)液滴帶電荷量及電性；(3)液滴做勻速圓周運動的半徑【解析】(1)由于是帶電液滴，它受到重力，又處于電、磁場中，還應受到電場力及洛倫茲力共三個力作用(2)因液滴做勻速圓周運動，故必須滿足重力與電場力平衡，所以液滴應帶負電，則有mgEq，求得：q.(3)盡管液滴受三個力，但合力為洛倫茲力，所以仍可用半徑公式R，把電荷量代入可得R.【答案】(1)三個力(2)負電(3)12如圖11所示，在坐標系xOy中，第一象限除外的其他象限都充滿勻強磁場，磁感應強度都為B0.12 T、方向垂直紙面向內(nèi)P是y軸上的一點，它到坐標原點O的距離l0.40 m一比荷5.0107 C/kg的帶正電粒子從P點開始進入勻強磁場中運動，初速度v03.0106 m/s、方向與y軸正方向成夾角53并與磁場方向垂直不計粒子的重力作用已知sin 530.8，cos 530.6，求： 【導學號：33410142】圖11(1)粒子在磁場中運動的軌道半徑R；(2)在第一象限中與x軸平行的虛線上方的區(qū)域內(nèi)充滿沿x軸負方向的勻強電場(如圖)，粒子在磁場中運動一段時間后進入第一象限，最后恰好從P點沿初速度的方向再次射入磁場求勻強電場的電場強度E和電場邊界(虛線)與x軸之間的距離d.【解析】(1)粒子在磁場區(qū)域內(nèi)運動，有qv0Bm可得粒子運動的軌道半徑R，代入數(shù)據(jù)解得R0.50 m.(2)通過作圖可知(如圖)，粒子運動軌跡的圓心A恰好落在x軸上由幾何關系可知：粒子從C點進入第一象限時的位置坐標為 xRRcos 0.20 m粒子進入勻強電場后做類平拋運動，設粒子在電場中運動時間為t，加速度為a，則ldv0tqEmaxat2vxat粒子運動到P點時，有vxv0tan 由以上各式，代入數(shù)據(jù)解得電場強度E8.0105 N/C電場邊界(虛線)與x軸之間的距離d0.10 m.【答案】(1)0.50 m(2)8.0105 N/C0.10 m