【走向高考】屆高三物理人教版一輪復(fù)習(xí)習(xí)題：第8章 第3講帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動.doc

第一部分第八章第3講一、選擇題(13題為單選題，48題為多選題)1(2014南京模擬)如圖所示，從S處發(fā)出的熱電子經(jīng)加速電壓U加速后垂直進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，發(fā)現(xiàn)電子流向上極板偏轉(zhuǎn)，不考慮電子本身的重力。設(shè)兩極板間電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。欲使電子沿直線從電場和磁場區(qū)域通過，只采取下列措施，其中可行的是()A適當(dāng)減小電場強(qiáng)度EB適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度BC適當(dāng)增大加速電場的寬度D適當(dāng)減小加速電壓U答案A解析要使粒子直線運(yùn)動，必須滿足條件：EqqvB，根據(jù)左手定則可知電子所受的洛倫茲力的方向豎直向下，故電子向上極板偏轉(zhuǎn)的原因是電場力大于洛倫茲力，所以為了使粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動，則要么增大洛倫茲力，要么減小電場力。減小加速電壓U，即可以減小速度v，減小洛倫茲力，故D錯誤；適當(dāng)減小電場強(qiáng)度，可以減小電場力，故A正確，適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，可減小洛倫茲力，故B錯誤，增大加速電場的寬度，不改變速度v，故C錯。2.(2014邯鄲質(zhì)檢)有一個帶電荷量為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，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和磁場的空間時，下列說法正確的是()A一定做曲線運(yùn)動B不可能做曲線運(yùn)動C有可能做勻加速運(yùn)動D有可能做勻速運(yùn)動答案A解析由于小球在下落過程中速度變化，洛倫茲力會變化，小球所受合力變化，故小球不可能做勻速或勻加速運(yùn)動，B、C、D錯，A正確。3(2014江西宜春五校聯(lián)考)如圖所示的虛線區(qū)域內(nèi)，充滿垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直向下的勻強(qiáng)電場。一帶電粒子a(不計重力)以一定的初速度由左邊界的O點射入磁場、電場區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O點(圖中未標(biāo)出)穿出。若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場而保留電場不變，另一個同樣的粒子b(不計重力)仍以相同初速度由O點射入，從區(qū)域右邊界穿出，則粒子b()A穿出位置一定在O點下方B穿出位置一定在O點上方C運(yùn)動時，在電場中的電勢能一定減小D在電場中運(yùn)動時，動能一定減小答案C解析a粒子要在電場、磁場的復(fù)合場區(qū)內(nèi)做直線運(yùn)動，則該粒子一定沿水平方向做勻速直線運(yùn)動，故對粒子a有：BqvEq，即只要滿足EBv，無論粒子帶正電還是帶負(fù)電，粒子都可以沿直線穿出復(fù)合場區(qū)；當(dāng)撤去磁場只保留電場時，粒子b由于電性不確定，故無法判斷從O點的上方或下方穿出，故選項A、B均錯誤；粒子b在穿過電場區(qū)的過程中必然受到電場力的作用而做類平拋運(yùn)動，電場力做正功，其電勢能減小，動能增大，故選項C正確而D錯誤。4如圖所示，MN是紙面內(nèi)的一條直線，其所在空間充滿與紙面平行的勻強(qiáng)電場或與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場(場區(qū)都足夠大)，現(xiàn)有一重力不計的帶電粒子從MN上的O點以水平初速度v0射入場區(qū)，下列有關(guān)判斷正確的是()A如果粒子回到MN上時速度增大，則空間存在的一定是電場B如果粒子回到MN上時速度大小不變，則該空間存在的一定是電場C若只改變粒子的速度大小，發(fā)現(xiàn)粒子再回到MN上時與其所成夾角不變，則該空間存在的一定是磁場D若只改變粒子的速度大小，發(fā)現(xiàn)粒子再回到MN所用的時間不變，則該空間存在的一定是磁場答案AD解析洛倫茲力對帶電粒子不做功，不能使粒子速度增大，電場力可對帶電粒子做功，動能增大，故A項正確。若帶電粒子以與電場線平行的速度v0射入，粒子返回速率不變，故B、C項錯。由T知，粒子在磁場中運(yùn)動的時間與速率無關(guān)，故D項正確。5(2014鶴壁質(zhì)檢)如圖所示，帶電平行板中勻強(qiáng)電場E的方向豎直向上，勻強(qiáng)磁場B的方向垂直紙面向里。一帶電小球從光滑絕緣軌道上的A點自由滑下，經(jīng)P點進(jìn)入板間后恰好沿水平方向做直線運(yùn)動?，F(xiàn)使小球從較低的C點自由滑下，經(jīng)P點進(jìn)入板間，則小球在板間運(yùn)動過程中()A動能將會增大B電勢能將會減小C所受電場力將會增大D所受磁場力將會增大答案AD解析由題意判斷可知小球帶正電，從A點滑下進(jìn)入復(fù)合場區(qū)域時做直線運(yùn)動，則小球受力平衡，即mgqEqvB，從C點滑下進(jìn)入復(fù)合場區(qū)域時，速度小于從A點滑下時的速度，則mgqEqvB，小球向下偏轉(zhuǎn)，重力做正功，電場力做負(fù)功，因為mgqE，則合力做正功，小球電勢能和動能均增大，且洛倫茲力FqvB也增大，選項AD正確，選項B錯誤；由于板間電場是勻強(qiáng)電場，則小球所受電場力恒定，選項C錯誤。6.(2014江西紅色六校聯(lián)考)如圖甲所示為一個質(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，細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，(不計空氣阻力)，現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0，在以后的運(yùn)動過程中，圓環(huán)運(yùn)動的速度圖象正確的是()答案AD解析當(dāng)qvBmg時，F(xiàn)N0，故f0，圓環(huán)做勻速直線運(yùn)動，故A正確；當(dāng)qvB0，物體作減速運(yùn)動，隨速度v的減小FN逐漸增大，滑動摩擦力f逐漸增大，故物體的加速度a逐漸增大，即物體作加速度逐漸增大的變減速運(yùn)動，故B、C錯誤；當(dāng)qvBmg時，細(xì)桿對圓環(huán)的支持力FN方向豎直向下，F(xiàn)NqvBmg，故f0，物體作減速運(yùn)動，隨速度v的減小FN逐漸減小，滑動摩擦力f逐漸減小，故物體的加速度a逐漸減小，即物體作加速度逐漸減小的變減速運(yùn)動，當(dāng)qvBmg時，F(xiàn)N0，f0，圓環(huán)做勻速直線運(yùn)動，故D正確。7(2014江蘇省蘇南四校聯(lián)考)如圖所示，兩個相同的半圓形光滑絕緣軌道分別豎直放置在勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B中，軌道兩端在同一高度上，兩個相同的帶正電小球a、b同時從軌道左端最高點由靜止釋放，且在運(yùn)動過程中始終能通過各自軌道的最低點M、N，則()A兩小球某次到達(dá)軌道最低點時的速度不可能有vNvMB兩小球都能到達(dá)軌道的最右端C小球b第一次到達(dá)N點的時刻與小球a第一次到達(dá)M點的時刻相同D小球a受到的電場力一定不大于a的重力，小球b受到的最大洛倫茲力可能大于b的重力答案AD解析由于洛倫茲力不做功，電場力對帶電小球一定做負(fù)功，所以兩小球某次到達(dá)軌道最低點時的速度不可能有vNvM，選項A正確；由機(jī)械能守恒知小球b可以到達(dá)軌道的最右端。電場力對小球a做負(fù)功，故小球a不能到達(dá)軌道的最右端，選項B錯誤；由于兩個小球受力情況不同，運(yùn)動情況不同，故小球b第一次到達(dá)N點的時刻與小球a第一次到達(dá)M點的時刻不相同，選項C錯誤；由于小球能到達(dá)最低點，對小球a有mgRqER0，所以有mgqE，由于洛倫茲力不做功，且洛倫茲力沿半徑向外，則小球b受到的洛倫茲力沒有條件限制，選項D正確。8(2014湖北黃岡高三期末)如圖所示，半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)分布著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，半圓的左邊垂直x軸放置一粒子發(fā)射裝置，在RyR的區(qū)間內(nèi)各處均沿x軸正方向同時發(fā)射出一個帶正電粒子，粒子質(zhì)量均為M、電荷量均為q、初速度均為v，重力忽略不計，所有粒子均能穿過磁場到達(dá)y軸，其中最后到達(dá)y軸的粒子比最先到達(dá)y軸的粒子晚t時間，則()A粒子到達(dá)y軸的位置一定各不相同B磁場區(qū)域半徑R應(yīng)滿足RC從x軸入射的粒子最先到達(dá)y軸Dt，其中角度的弧度值滿足sin答案BD解析所有粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的軌道半徑相同，只要從x軸入射的粒子能夠到達(dá)y軸，其他粒子肯定都能到達(dá)y軸，當(dāng)從x軸入射的粒子恰好沿y軸正方向射出即從坐標(biāo)(0，R)射出時，對應(yīng)著磁場區(qū)域半徑R的最大值，所以R，選項B正確；正對坐標(biāo)(0，R)射入磁場的粒子仍經(jīng)過坐標(biāo)(0，R)，選項A錯誤；粒子運(yùn)動的速度大小恒定不變，軌跡長的運(yùn)動時間越長，從x軸入射的粒子最晚到達(dá)y軸，正對坐標(biāo)(0，R)入射的粒子最早到達(dá)y軸，選項C錯誤；作出從x軸入射的粒子的運(yùn)動軌跡，如圖所示，粒子在磁場中的運(yùn)動時間t，其中sin，正對坐標(biāo)(0，R)射入的粒子經(jīng)過長度R的時間為t，所以ttt，選項D正確。二、非選擇題9(2014廣東東莞調(diào)研)如圖所示，在真空中，半徑為d的虛線所圍的圓形區(qū)域內(nèi)只存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，在磁場右側(cè)有一對平行金屬板M和N，兩板間距離也為d，板長為l。板間存在勻強(qiáng)電場，兩板間的電壓為U0。兩板的中心線O1O2，與磁場區(qū)域的圓心O在同一直線上。有一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子，以速率v0從圓周上的P點沿垂直于半徑OO1并指向圓心O的方向進(jìn)入磁場，從圓周上的O1點飛出磁場后沿兩板的中心線O1O2射入勻強(qiáng)電場，從兩板右端某處飛出。不計粒子所受重力。求(1)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?2)粒子在磁場和電場中運(yùn)動的總時間；(3)當(dāng)粒子在電場中經(jīng)過時間t時，突然改變兩金屬板帶電性質(zhì)，使電場反向，且兩板間電壓變?yōu)閁1，則粒子恰好能從O2點飛出電場，求電壓U1和U0的比值。答案(1)(2)(3)3: 1解析(1)粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，設(shè)圓周運(yùn)動的半徑為r，由牛頓第二定律得qv0Bm，由幾何關(guān)系知rd，所以B。(2)粒子在磁場中運(yùn)動的周期T，在磁場中運(yùn)動的時間為t1T，粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，在平行板的方向做勻速直線運(yùn)動，有xv0t2l，所以t2。在磁場和電場中運(yùn)動的總時間t總t1t2。(3)根據(jù)運(yùn)動的獨立性可知：粒子在豎直方向先做勻加速直線運(yùn)動，再做等時間的勻減速直線運(yùn)動，第一階段a，sat2第二階段a1，s1vta1t2at2a1t2豎直方向總位移為零，ss10，所以a13a，故U1: U03: 1。10(2014濰坊模擬)如圖所示，豎直邊界PQ左側(cè)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，右側(cè)有豎直向下的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E，C為邊界上的一點，A與C在同一水平線上且相距為L。兩相同的粒子以相同的速率分別從A、C兩點同時射出，A點射出的粒子初速度沿AC方向，C點射出的粒子初速度斜向左下方與邊界PQ成夾角，A點射出的粒子從電場中運(yùn)動到邊界PQ時，兩粒子剛好相遇。若粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，重力不計，求：粒子初速度v0的大小，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，相遇點到C點的距離。答案解析A點射出的粒子做類平拋運(yùn)動，經(jīng)時間t到左邊界，Lv0t豎直方向的位移：yat2EqmaC點射出的粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，有qv0Bm由幾何關(guān)系：2Rsiny粒子在磁場中運(yùn)動的時間與在電場中運(yùn)動時間相等。tTT由以上關(guān)系解得：v0B相遇點距C點距離y11(2014廣東韶關(guān)一模)如圖甲所示，水平直線MN下方有豎直向上的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)E104N/C?，F(xiàn)將一重力不計、比荷106C/kg的正電荷從電場中的O點由靜止釋放，經(jīng)過t01105s后，通過MN上的P點進(jìn)入其上方的勻強(qiáng)磁場。磁場方向垂直于紙面向外，以電荷第一次通過MN時開始計時，磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律周期性變化。(1)求電荷進(jìn)入磁場時的速度v0；(2)求圖乙中t2105s時刻電荷與P點的距離；(3)如果在P點右方d105cm處有一垂直于MN的足夠大的擋板，求電荷從O點出發(fā)運(yùn)動到擋板所需的時間。答案(1)104 m/s(2)20 cm(3)1.4104 s解析(1)電荷在電場中做勻加速直線運(yùn)動，則Eqmav0at0代入數(shù)據(jù)解得v0104 m/s(2)當(dāng)B1T時，電荷運(yùn)動的半徑r10.2m20 cm周期T14105sB2T時，電荷運(yùn)動的半徑r210 cm周期T22105 s故電荷從t0時刻開始做周期性運(yùn)動，其運(yùn)動軌跡如圖所示。t2105 s時間內(nèi)電荷先沿大圓軌跡運(yùn)動四分之一周期再沿小圓軌跡運(yùn)動半個周期，與P點的水平距離為r120 cm(3)電荷從P點開始，其運(yùn)動的周期為TT22t06105s，根據(jù)電荷的運(yùn)動情況可知，電荷每一個周期向右沿PN運(yùn)動的距離為40cm，故電荷到達(dá)擋板前運(yùn)動的完整周期數(shù)為2個，然后再運(yùn)動，以90角撞擊到擋板上，故電荷從O點出發(fā)運(yùn)動到擋板所需的總時間t總t02TT1解得t總1.4104s。12(2014山東淄博二模)如圖所示，平行金屬板a、b水平放置，板長L0.2m，板間距離d0.2m。兩金屬板間加可調(diào)控的電壓U，且保證a板帶負(fù)電，b板帶正電，忽略電場的邊緣效應(yīng)。在金屬板右側(cè)有一磁場區(qū)域，其左右總寬度s0.4m，上下范圍足夠大，磁場邊界MN和PQ均與金屬板垂直，磁場區(qū)域被等寬地劃分為n(正整數(shù))個豎直區(qū)間，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B5103T，從左向右磁場方向為垂直紙面向外、向內(nèi)、向外、向內(nèi)、依次交替。在極板左端有一粒子源，不斷地向右沿著與兩板等距離的水平線OO發(fā)射比荷1108C/kg、初速度v02105m/s的帶正電粒子。忽略粒子重力以及它們之間的相互作用。(1)當(dāng)UU0時，帶電粒子射出電場時速度的偏向角最大，求U0和最大偏向角。(2)若n1，即只有一個磁場區(qū)間，其方向垂直紙面向外，則當(dāng)電壓由0連續(xù)增大到U0過程中，求帶電粒子射出磁場邊界PQ區(qū)域的寬度。(帶電粒子穿過電場區(qū)域的極短時間內(nèi)可認(rèn)為兩板間電壓恒定)(3)若n趨向無窮大，求從電場射出的帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時間t。答案(1)400V,45(2)約0.67m(3)2106s解析(1)當(dāng)粒子恰好從極板右邊緣出射時，速度偏向角最大。設(shè)速度最大偏向角為。豎直方向ydat2avyat水平方向xLv0t又tan聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得U0400V45。(2)逐漸增大Uba，速度偏向角變大，磁偏轉(zhuǎn)半徑變大，與PQ交點