2019_2020版高中物理第三章習題課帶電粒子在復合場中的運動（教師備用）課時作業(yè)新人教版.docx

習題課帶電粒子在復合場中的運動(教師備用)1.(2019安徽定遠重點中學高二月考)如圖所示,M,N兩平行金屬板間存在著正交的勻強電場和勻強磁場,一帶電粒子(重力不計)從O點以速度v沿著與兩板平行的方向射入場區(qū)后,做勻速直線運動,經(jīng)過時間t1飛出場區(qū);如果兩板間撤去磁場,粒子仍以原來的速度從O點進入電場,經(jīng)過時間t2飛出電場;如果兩板間撤去電場,粒子仍以原來的速度從O點進入磁場后,經(jīng)過時間t3飛出磁場,則t1,t2,t3的大小關系為(A)A.t1=t2t1t3C.t1=t2=t3 D.t1t2=t3解析:設極板長度為L,粒子在電場與磁場中做勻速直線運動,運動時間t1=,粒子在電場中做類平拋運動,可分解為水平方向的勻速直線運動與豎直方向的勻加速運動,運動時間由水平分運動決定t2=t1;粒子在磁場中做圓周運動,運動路程sL,洛倫茲力對粒子不做功,速率v不變,運動時間t3=t1=t2;則t1=t20)的小球,以過O點的豎直線Ox為界,左側有勻強磁場,右側有勻強電場,方向如圖所示.將帶電小球從最低位置c拉至a點由靜止釋放,讓小球在ab間擺動,b為小球在左側能到達的最高點.不計空氣阻力,下列說法正確的是(BD)A.a,b兩位置高度相等B.小球在磁場中運動時機械能守恒,在電場中運動時機械能不守恒C.小球經(jīng)過Ox左側磁場中同一位置時絲線張力相等D.小球從a到c過程中機械能增加解析:小球從a到c過程中,靜電力做正功,機械能不守恒,由動能定理(mg+qE)hE=m;在磁場中運動過程中,只有重力做功,故機械能守恒,則mghB=m,可知hBhE,即a,b兩位置高度不相等,選項A錯誤,B正確;小球經(jīng)過Ox左側磁場中同一位置時,速度的方向可能不同,則洛倫茲力的方向不同,絲線張力不相等,選項C錯誤;小球從a到c過程中除重力做功外,還有靜電力做正功,則機械能增加,選項D正確.8.(2019湖南衡陽一中高二期末)(多選)如圖所示,水平向右的勻強電場場強為E,且Eq=mg,垂直紙面向里的水平勻強磁場磁感應強度為B,一帶電荷量為q的液滴質量為m,在重力、靜電力和洛倫茲力作用下在疊加場空間運動.下列關于帶電液滴在疊加場空間的運動描述正確的是(BD)A.液滴可能做勻加速直線運動B.液滴不可能做勻速圓周運動C.液滴可能做勻速直線運動且機械能守恒D.如果是直線運動,必為勻速直線運動,其運動軌跡與水平方向的夾角是解析:由于液滴受到的重力與靜電力恒定,如果做勻加速直線運動,則液滴的洛倫茲力大小變化,液滴的合外力變化,不可能做勻加速直線運動,故選項A錯誤;由于液滴受豎直向下的重力和水平方向的靜電力,所以重力與靜電力的合力不可能為零,即液滴不可能做勻速圓周運動,故選項B正確;當液滴所受的洛倫茲力與重力和靜電力的合力等大反向時,液滴做勻速直線運動,但靜電力會做功,所以機械能不守恒,故選項C錯誤;由于液滴不可能做勻加速直線運動,如果是直線運動,必為勻速直線運動,由于mg=qE,重力與靜電力的合力一定與速度方向垂直,即與水平方向成45,故D正確.9.(多選)北半球某處,地磁場水平分量B1=0.810-4 T,豎直分量 B2= 0.510-4 T,海水向北流動,海洋工作者測量海水的流速時,將兩極板插入此海水中,保持兩極板正對且垂線沿東西方向,兩極板相距d=20 m,如圖所示,與兩極板相連的電壓表(可看做是理想電壓表)示數(shù)為U=0.2 mV,則(AD)A.西側極板電勢高,東側極板電勢低B.西側極板電勢低,東側極板電勢高C.海水的流速大小為0.125 m/sD.海水的流速大小為0.2 m/s解析:由于海水向北流動,地磁場有豎直向下的分量,由左手定則可知,正電荷偏向西側極板,負電荷偏向東側極板,即西側極板電勢高,東側極板電勢低,故選項A正確;對于流過兩極板間的帶電粒子有qvB2=q,即v= m/s=0.2 m/s,故選項D正確.10.(2019青海西寧四中高二期末)如圖,在x軸上方有磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向里的勻強磁場.x軸下方有磁感應強度大小為,方向垂直紙面向外的勻強磁場.一質量為m、電荷量為-q的帶電粒子(不計重力),從x軸上O點以速度v0垂直x軸向上射出.求:(1)經(jīng)多長時間粒子第三次到達x軸(初位置O點為第一次).(2)粒子第三次到達x軸時離O點的距離.解析:(1)粒子的運動軌跡如圖所示粒子在x軸上方運動時間t1=T1=,在x軸下方運動時間t2=T2=粒子第三次到達x軸所需時間t=T1+T2=.(2)粒子在磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得qvB=m,則粒子軌道半徑r1=,r2=,粒子第三次到達x軸時,距離O點的距離L=2(r1+r2)=.答案:(1)(2)11.(2019吉林實驗中學高二期末)(多選)如圖所示,虛線EF的下方存在著正交的勻強電場和勻強磁場,電場強度為E,磁感應強度為B.一帶電微粒從離EF為h的高處由靜止下落,從B點進入場區(qū),做了一段勻速圓周運動,從D點射出,則下列說法正確的是(BC)A.微粒受到的靜電力的方向可能豎直向下B.微粒做圓周運動的半徑為C.從B點運動到D點的過程中微粒的電勢能先增大后減小D.從B點運動到D點的過程中微粒的電勢能和重力勢能之和在最低點C時最小解析:由題知,帶電微粒進入正交的勻強電場和勻強磁場中做勻速圓周運動,靜電力與重力必定平衡,則微粒受到的靜電力的方向一定豎直向上,故選項A錯誤;由于mg=qE,而qvB=m,豎直下落的過程中機械能守恒,得v=,可解得,微粒做圓周運動的半徑為r=,故B正確;由于靜電力方向豎直向上,則微粒從B點運動到D點的過程中,靜電力先做負功后做正功,則其電勢能先增大后減小,故C正確;根據(jù)能量守恒定律,微粒在B到D的運動過程中,電勢能、動能、重力勢能之和一定,動能不變,則知微粒的電勢能和重力勢能之和一定不變,故D錯誤.12.(2019黑龍江哈爾濱期末)如圖所示,ABC為豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道,其中AB為傾斜直軌道,BC為與AB相切的圓形軌道,整個裝置處在勻強磁場中,磁場方向垂直紙面向里.質量相同的可看做質點的甲、乙兩個小球,甲球不帶電、乙球帶正電.現(xiàn)將兩個小球在軌道AB上分別從相同高度處由靜止釋放,都能通過圓形軌道最高點,則(B)A.經(jīng)過最高點時,甲球的速度比乙球小B.經(jīng)過最高點時,兩個小球的速度相等C.兩個小球到最低點時對軌道的壓力大小相同D.如果使兩球均恰好通過最高點,則甲球的釋放位置比乙球的高解析:兩球均從相同的高度A處開始釋放到小球到達圓形軌道最高點過程中,兩球重力做功相等,洛倫茲力不做功,則經(jīng)過最高點時,甲球的速度等于乙球的速度,選項A錯誤,B正確;兩個小球到最低點時的速度相同,在最低點,對甲球有FN甲-mg=m;對乙球有FN乙+qvB-mg=m;可知FN甲FN乙,選項C錯誤;甲、乙兩球恰能經(jīng)過最高點時,分別有mg=m;mg+qv乙B=m,則v乙v甲,可知甲球的釋放位置比乙球的低,選項D錯誤.13.(2019黑龍江大慶期末)(多選)如圖所示,斜面固定于水平地面上,并處于方向垂直紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場中,質量為m、帶電荷量為+Q小滑塊從斜面頂端由靜止釋放,運動一段時間后,小球將飛離斜面,在此過程中(BD)A.斜面光滑時飛離斜面瞬間的速度比粗糙時大B.斜面光滑時在斜面上運動的時間比粗糙時短C.斜面光滑時在斜面上運動的位移比粗糙時大D.斜面光滑時在斜面上運動的位移比粗糙時小解析:小滑塊飛離斜面時,洛倫茲力與重力垂直斜面的分力平衡,由平衡條件得mgcos =qvmB,解得vm=,故斜面光滑與粗糙時,小滑塊飛離斜面時速度相同,故選項A錯誤;斜面光滑時平均加速度大,故加速到相同速度需要的時間短,故選項B正確;斜面光滑時合力大,兩種情況下滑塊離開斜面時的速度相等,動能相等,根據(jù)動能定理可知,斜面光滑時滑塊加速距離短,故選項C錯誤,D正確.14.(2019吉林梅河口檢測)如圖所示,M,N為加速電場的兩極板,M板中心有一小孔Q,其正上方有一圓心為O,內(nèi)徑R1=2 m,外徑R2=4 m的環(huán)形勻強磁場區(qū)域,區(qū)域邊界與M板相切于Q點,磁感應強度大小B= T,方向垂直于紙面向里.一比荷qm=1108 C/kg的帶正電粒子從緊鄰N板上的P點由靜止釋放,經(jīng)加速后通過小孔Q,垂直進入環(huán)形磁場區(qū)域.P,Q,O三點在同一豎直線上,不計粒子重力,且不考慮粒子的相對論效應.(1)若加速電壓U0=2104 V,求粒子剛進入環(huán)形磁場時的速率v0;(2)要使粒子能進入中間的圓形區(qū)域,加速電壓U應滿足什么條件?解析:(1)粒子在勻強電場中運動的過程中,根據(jù)動能定理有qU0=m,解得v0=2106 m/s.(2)粒子剛好不進入中間圓形區(qū)域的軌跡如圖所示,設此時粒子在磁場中運動的半徑為r,根據(jù)幾何關系有r2+=(r+R1)2,設粒子在環(huán)形磁場中做勻速圓周運動的速度大小為v,根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qvB=,設對應的加速電壓為U1,對粒子在勻強電場中運動的過程,根據(jù)動能定理qU1=,可得U1=5107 V,要使粒子能進入中間的圓形區(qū)域,加速電壓U應滿足的條件為UU1= 5107 V.答案:(1)2106 m/s(2)U5107 V15.如圖(甲)所示,寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi)(邊界為L1,L2),存在垂直紙面向里的勻強磁場和豎直方向上的周期性變化的電場如圖(乙)所示,電場強度的大小為E0,E00表示電場方向豎直向上.t=0時,一帶正電、質量為m的微粒從左邊界上的N1點以水平速度v射入該區(qū)域,沿直線運動到Q點后,做一次完整的圓周運動,再沿直線運動到右邊界上的N2點.Q為線段N1N2的中點,重力加速度為g.上述d,E0,m,v,g為已知量.(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應強度B的大小;(2)求電場變化的周期T;(3)改變寬度d,使微粒仍能按上述運動過程通過相應寬度的區(qū)域,求T的最小值.解析:(1)微粒從N1Q的直線運動中,有mg+qE0=qvB,微粒