2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 課時(shí)規(guī)范練30 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 新人教版.doc

課時(shí)規(guī)范練30帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)鞏固組1.(帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))(2017遼寧五校聯(lián)考)有一個(gè)電荷量為+q、重力為G的小球,從兩豎直的帶電平行板上方h處自由落下,兩極板間另有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向如圖所示,則帶電小球通過有電場(chǎng)和磁場(chǎng)的空間時(shí),下列說法正確的是()A.一定做曲線運(yùn)動(dòng)B.不可能做曲線運(yùn)動(dòng)C.有可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D.有可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)答案A解析帶電小球在沒有進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)前做自由落體運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)后,受豎直向下的重力G=mg、水平向左的電場(chǎng)力F電=qE與水平向右的洛倫茲力F洛=qBv,重力與電場(chǎng)力大小和方向保持恒定,但因?yàn)樗俣却笮?huì)發(fā)生變化,所以洛倫茲力大小和方向會(huì)發(fā)生變化,所以一定會(huì)做曲線運(yùn)動(dòng),A正確,B、C、D錯(cuò)誤。2.(多選)(帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))(2017河南鄭州質(zhì)檢)如圖所示為一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的圓環(huán),可在水平放置的足夠長的粗糙細(xì)桿上滑動(dòng),細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,不計(jì)空氣阻力,現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0,在以后的運(yùn)動(dòng)過程中,圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的速度圖象可能是下圖中的()答案AD解析帶電圓環(huán)在磁場(chǎng)中受到向上的洛倫茲力,當(dāng)重力與洛倫茲力相等時(shí),圓環(huán)將做勻速直線運(yùn)動(dòng),A正確;當(dāng)洛倫茲力大于重力時(shí),圓環(huán)受到摩擦力的作用,并且隨著速度的減小而減小,圓環(huán)將做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),最后做勻速直線運(yùn)動(dòng),D正確;如果重力大于洛倫茲力,圓環(huán)也受摩擦力作用,且摩擦力越來越大,圓環(huán)將做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng),故B、C錯(cuò)誤。3.(現(xiàn)代科技中的電磁場(chǎng)問題)(2017山西四校聯(lián)考)如圖所示,有一金屬塊放在垂直于表面C的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)有穩(wěn)恒電流沿平行平面C的方向通過時(shí),下列說法正確的是()A.金屬塊上表面M的電勢(shì)高于下表面N的電勢(shì)B.電流增大時(shí),M、N兩表面間的電壓U增大C.磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí),M、N兩表面間的電壓U減小D.金屬塊中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)越少,M、N兩表面間的電壓U越小答案B解析由左手定則可知,金屬塊通有圖示電流時(shí),自由電子受到向上的洛倫茲力,向M面偏轉(zhuǎn),故上表面M電勢(shì)低于下表面N的電勢(shì),A項(xiàng)錯(cuò)誤;最終電子在洛倫茲力和電場(chǎng)力作用下處于平衡,即evB=Ude,則有U=Bvd,由此可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí),M、N兩表面間的電壓增大,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由電流的微觀表達(dá)式I=neSv可知,電流增大說明自由電子定向移動(dòng)速率v增大,所以M、N兩表面間的電壓增大,B項(xiàng)正確;電流一定時(shí),金屬塊中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n越少,自由電子定向移動(dòng)的速率一定越大,所以M、N兩表面間的電壓增大,D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.(現(xiàn)代科技中的電磁場(chǎng)問題)(2017江蘇常州模擬)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置,其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒,兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場(chǎng),使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速,兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向如圖所示。設(shè)D形盒半徑為r。若用回旋加速器加速質(zhì)子時(shí),勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,高頻交變電流頻率為f。則下列說法正確的是()A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2frB.質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場(chǎng)的電壓大小有關(guān)C.高頻電源只能使用矩形交變電流,不能使用正弦式交變電流D.不改變B和f,該回旋加速器也能用于加速粒子答案A解析由T=2rv,T=1f,可得質(zhì)子被加速后的最大速度為2fr,其不可能超過2fr,質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場(chǎng)的電壓大小無關(guān),選項(xiàng)A正確、選項(xiàng)B錯(cuò)誤;高頻電源可以使用正弦式交流電源,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;要加速粒子,高頻交流電源周期必須變?yōu)榱Ｗ釉谄渲凶鰣A周運(yùn)動(dòng)的周期,即T=2mqB,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5.(現(xiàn)代科技中的電磁場(chǎng)問題)(2017湖南模擬)速度相同的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后分成甲、乙兩束,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,其中S0A=23S0C,則下列相關(guān)說法正確的是()A.甲束粒子帶正電,乙束粒子帶負(fù)電B.甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C.能通過狹縫S0的帶電粒子的速率等于EB2D.若甲、乙兩束粒子的電荷量相等,則甲、乙兩束粒子的質(zhì)量比為32答案B解析由左手定則可判定甲束粒子帶負(fù)電,乙束粒子帶正電,A錯(cuò)誤。粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),滿足B2qv=mv2r,得qm=vB2r,由題意知r甲<r乙,所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷,B正確。由qE=B1qv知能通過狹縫S0的帶電粒子的速率v=EB1,C錯(cuò)誤。由qm=vB2r,知m甲m乙=r甲r乙,D錯(cuò)誤。6.(多選)(帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))(2017貴州遵義月考)如圖所示,質(zhì)量為m、電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成45角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。如果微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng),則下列說法正確的是()A.微粒受電場(chǎng)力、洛倫茲力、重力三個(gè)力作用B.微粒帶負(fù)電,微粒在運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能不斷增加C.勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E=2mgqD.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=mgqv答案AB解析微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng),若受電場(chǎng)力和洛倫茲力兩個(gè)力作用,不可能平衡,可知微粒受重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力三個(gè)力作用,故A正確;若微粒帶正電,電場(chǎng)力水平向左,洛倫茲力垂直速度方向斜向下,則三個(gè)力不可能平衡,可知微粒帶負(fù)電,受力如圖所示,電場(chǎng)力做負(fù)功,則電勢(shì)能不斷增加,故B正確;根據(jù)平衡有qvBcos =mg,解得B=mgqvcos=2mgqv,qE=qvBsin ,解得E=Bvsin =mgq,故C、D錯(cuò)誤。7.(帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))(2017廣東湛江一中月考)如圖所示,一帶電液滴在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中剛好做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為r。已知電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,方向豎直向下;磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里,不計(jì)空氣阻力,重力加速度取g,則()A.液滴帶正電B.液滴比荷qm=EgC.液滴順時(shí)針運(yùn)動(dòng)D.液滴運(yùn)動(dòng)的速度大小v=rgBE答案C解析液滴在重力場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),可知,液滴受到的重力和電場(chǎng)力是一對(duì)平衡力,重力豎直向下,所以電場(chǎng)力豎直向上,與電場(chǎng)方向相反,故可知液滴帶負(fù)電,故A錯(cuò)誤;由液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng),得知電場(chǎng)力和重力大小相等,得mg=qE,解得qm=gE,故B錯(cuò)誤;磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,洛倫茲力的方向始終指向圓心,由左手定則可判斷液滴的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針,故C正確;液滴在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r=mvqB,聯(lián)立各式得v=rBgE,故D錯(cuò)誤。8.(帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))(2017河南洛陽統(tǒng)考)如圖所示,一個(gè)靜止的質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子(不計(jì)重力),經(jīng)電壓U加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)半個(gè)圓后打在P點(diǎn),設(shè)OP=x,能夠正確反映x與U之間的函數(shù)關(guān)系的是()答案B解析帶電粒子經(jīng)電壓U加速,由動(dòng)能定理,qU=12mv2,垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,洛倫茲力提供向心力,qvB=mv2r,而r=x2,聯(lián)立解得x=8mqB2U。由此可知能夠正確反映x與U之間的函數(shù)關(guān)系的是選項(xiàng)B中圖象。導(dǎo)學(xué)號(hào)06400470能力提升組9.(2017四川涼山州一診)質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,其構(gòu)造原理如圖所示,離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q、初速度為0的某種正離子,離子經(jīng)過電壓U加速后形成離子流,然后從S1處垂直于磁場(chǎng)進(jìn)入矩形ABCD區(qū)域內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,運(yùn)動(dòng)半周到達(dá)記錄它的照相底片上的P點(diǎn),已知P與S1的距離為x,離子形成的等效電流為I。求:(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度;(2)在時(shí)間t內(nèi)到達(dá)照相底片P上的離子個(gè)數(shù)。答案(1)2x2Umq,方向垂直于紙面向外(2)Itq解析(1)加速過程中有qU=12mv2,在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)過程中有x=2r,qvB=mv2r。聯(lián)立解得B=2x2Umq,由左手定則可判斷出磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外。(2)時(shí)間t內(nèi),n=Qq,又Q=It,可得n=Itq。10.(2017福州質(zhì)檢)如圖所示,在x軸上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里。在x軸下方存在勻強(qiáng)電場(chǎng),方向豎直向上。一個(gè)質(zhì)量為m,電荷量為q,重力不計(jì)的帶正電粒子從y軸上的a(0,h)點(diǎn)沿y軸正方向以某初速度開始運(yùn)動(dòng),一段時(shí)間后,粒子速度方向與x軸正方向成45進(jìn)入電場(chǎng),經(jīng)過y軸的b點(diǎn)時(shí)速度方向恰好與y軸垂直。求:(1)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和速度大小v1;(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小E;(3)粒子從開始運(yùn)動(dòng)到第三次經(jīng)過x軸的時(shí)間t0。答案(1)2h2qBhm(2)(2-1)qhB2m(3)114+22+2mqB解析(1)根據(jù)題意可大體畫出粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,由幾何關(guān)系得rcos 45=h可得r=2h又qv1B=mv12r可得v1=qBrm=2qBhm。(2)設(shè)粒子第一次經(jīng)過x軸的位置為x1,到達(dá)b點(diǎn)時(shí)速度大小為vb,結(jié)合類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律,有vb=v1cos 45得vb=qBhm設(shè)粒子進(jìn)入電場(chǎng)經(jīng)過時(shí)間t運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn),b點(diǎn)的縱坐標(biāo)為-yb結(jié)合類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得r+rsin 45=vbtyb=12(v1sin 45+0)t=2+12h由動(dòng)能定理有-qEyb=12mvb2-12mv12解得E=(2-1)qhB2m。(3)粒子在磁場(chǎng)中的周期為T=2rv1=2mqB第一次經(jīng)過x軸的時(shí)間t1=58T=5m4qB在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=2t=2(2+1)mqB在第二次經(jīng)過x軸到第三次經(jīng)過x軸的時(shí)間t3=34T=3m2qB所以總時(shí)間t0=t1+t2+t3=114+22+2mqB。導(dǎo)學(xué)號(hào)0640047111.(2017山東濱州一模)如圖所示,半徑為r的圓形區(qū)域位于正方形ABCD的中心,圓形區(qū)域內(nèi)、外有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相反。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子以速率v0沿紙面從M點(diǎn)平行于AB邊沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng),在圓形磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過90從N點(diǎn)射出,且恰好沒射出正方形磁場(chǎng)區(qū)域,粒子重力不計(jì)。求:(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B;(2)正方形區(qū)域的邊長;(3)粒子再次回到M點(diǎn)所用的時(shí)間。答案(1)mv0qr(2)4r(3)4rv0解析(1)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,設(shè)粒子在圓形磁場(chǎng)中的軌跡半徑為r1,qv0B=mv02r1,由幾何關(guān)系r1=r,解得B=mv0qr。(2)設(shè)粒子在正方形磁場(chǎng)中的軌跡半徑為r2,粒子恰好不從AB邊射出,則有qv0B=mv02r2,r2=mv0Bq=r,正方形的邊長l=2r1+2r2=4r。(3)粒子在圓形磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T1=2rv0,在圓形磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=12T1=rv0,粒子在正方形區(qū)域做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T2=2rv0,t2=32T2=3rv0,再次回到M點(diǎn)的時(shí)間為t=t1+t2=4rv0。