2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí)優(yōu)化測控試題 帶電粒子在復(fù)合場中的運動（38套）

1、2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí)同步優(yōu)化測控試題第57講帶電粒子在復(fù)合場中的運動體驗成功1.如圖所示，空間存在著方向豎直向下的勻強電場E和垂直紙面向里的勻強磁場B，現(xiàn)有一個質(zhì)量為m的帶電液滴在豎直平面內(nèi)做圓周運動，下列說法不正確的是()A.液滴在運動過程中的速率不變B.液滴所帶電荷一定為負(fù)電荷，電荷量大小為C.液滴一定沿順時針方向運動D.液滴可以沿逆時針方向運動，也可以沿順時針方向運動解析：液滴能做圓周運動，說明它所受到的合外力等于洛倫茲力，qEmg，F(xiàn)合qvB，而洛倫茲力只改變帶電粒子的運動方向，故選項A、B正確；又由左手定則可知，液滴應(yīng)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，故選項C正確、D錯誤.答案：D2.如圖所示

2、，M、N兩平行金屬板間存在著正交的勻強電場和勻強磁場，一不計重力的帶電粒子從O點以初速度v沿著和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)；如果兩板間只有電場，粒子仍以原來的速度v從O點進入電場，經(jīng)過時間t2飛出電場；如果兩板間只有磁場，粒子仍以原來的速度v從O點進入磁場，經(jīng)過時間t3飛出磁場，則t1、t2、t3之間的關(guān)系為()A.t1t2t3B.t2t1t3C.t1t2t3 D.t1t2t3解析：設(shè)板長為l，當(dāng)兩板間有正交的電場和磁場時，t1；當(dāng)兩板間只有電場時，把粒子的受力和運動都沿水平和豎直方向分解，水平方向的分運動為勻速運動，故t2；當(dāng)兩板間只有磁場時，粒子做圓周運

3、動，速率保持不變，運動路程ll，故t3.答案：A3.如圖甲所示，一帶電粒子以水平初速度v0(v0)先后進入方向互相垂直的勻強電場和勻強磁場區(qū)域.已知電場方向豎直向下，兩個區(qū)域的寬度相同且緊鄰在一起.在帶電粒子穿過電場和磁場的過程中(其所受重力忽略不計)，電場和磁場對粒子所做的總功為W1；若將電場和磁場正交重疊，如圖乙所示，粒子仍以水平初速度v0穿過重疊場區(qū)，在帶電粒子穿過電場和磁場的過程中，電場和磁場對粒子所做的總功為W2.比較W1和W2，則()A.一定是W1W2B.一定是W1W2C.一定是W1W2D.可能是W1W2，也可能是W1W2 甲乙解析：磁場對粒子不做功，故WqU.無論粒子帶正電還是帶

4、負(fù)電，進入磁場時所受到的洛倫茲力的方向都與電場力的方向相反，故圖乙中洛倫茲力使電荷向電場力方向的偏轉(zhuǎn)位移變小，或者使電荷向電場力的反方向偏轉(zhuǎn)，故W2W1.答案：A4.為了測量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計.此流量計由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下底面的方向上加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，在前后兩個側(cè)面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)流出的污水體積)，下列說法正確的是()A.若污水中正離子較多，則前側(cè)面比后側(cè)面的電勢高B.前側(cè)面的電勢一

5、定低于后側(cè)面的電勢，這與哪種離子多無關(guān)C.污水中離子的濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D.電壓U與污水流量Q成正比，與a、c無關(guān)解析：由左手定則知，污水中的正離子向后側(cè)面偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子向前側(cè)面偏轉(zhuǎn)，故前側(cè)面的電勢一定低于后側(cè)面的電勢，選項B正確；當(dāng)前后側(cè)面之間的電勢差增至某一值時，離子不再偏轉(zhuǎn)，此時有：qqvB，故前后側(cè)面所能達到的穩(wěn)定電壓UcvB，與離子的濃度無關(guān)，選項C錯誤；污水流量Qb·c·vb·c·，即Q與a、c無關(guān).答案：BD5.在如圖甲所示的直角坐標(biāo)系中，原點O處固定有正點電荷Q，另有平行于y軸的勻強磁場.一個質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒，恰能以y

6、軸上O(0，a)點為圓心做勻速圓周運動，其軌跡平面與xOz平面平行，角速度為，旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示.試求勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小和方向.解析：微粒的受力情況如圖乙所示，由左手定則知磁感應(yīng)強度的方向為y軸負(fù)方向，設(shè)粒子做圓周運動的軌跡半徑為R，有：庫侖力Fk且cos F洛BRq由題意可得：kcos mg 甲 乙BRqk·sin m2R即BRqmg·m2R解得：B.答案：，方向沿y軸負(fù)方向6.霍爾效應(yīng)是1879年由美國物理學(xué)家E.H.Hall首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)的，至今，能將磁信號轉(zhuǎn)換成電信號的線性磁敏性元件霍爾元件已在很多領(lǐng)域(電器、電子測量儀表等)得到應(yīng)用.如圖所示，在

7、一個很小的矩形半導(dǎo)體薄片上制作成四個電極E、F、M、N，就成了一個霍爾元件.已知圖中元件為載流子帶正電的P型半導(dǎo)體材料，單位體積中含載流子的個數(shù)為n.若在E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，在M、N間出現(xiàn)的電壓UH稱為霍爾電壓.(1)電流和磁場如圖所示，試判定M、N兩端電勢的高低.(2)試證明：UHR，R為與材料有關(guān)的常量. (3)k被定義為霍爾元件的靈敏度(R為上問關(guān)系式中的常量)，則采用哪些方法可提高元件的靈敏度？解析：(1)P型半導(dǎo)體的載流子帶正電荷，由左手定則知，通電后載流子向N極偏移，故NM.(2)載流子向N極偏移使得N、M之間形成電壓后，載流子又受到與N、M面垂直

8、的電場力作用.設(shè)M、N兩表面的間距為a，載流子的電荷量為q，定向移動的速度為v，在UH達到穩(wěn)定時，有：q·qvB又由電流的定義可得：Inqadv故有：UH·，其中R只與材料本身的特性有關(guān).(3)由第(2)問可得k，故知減小厚度d、減小半導(dǎo)體中載流子的密度可以增大該霍爾元件的靈敏度.答案：(1)N端電勢比M端電勢高(2)略(3)略金典練習(xí)二十九帶電粒子在復(fù)合場中的運動選擇題部分共10小題，每小題6分.在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確.1.設(shè)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，如圖所示.已知一離子在電場力和洛倫茲力的作用

9、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，不計重力，下列說法不正確的是()A.離子必帶正電荷B.A點和B點位于同一高度C.離子在C點時的速度最大D.離子到達B點后，將沿原曲線返回A點解析：不需考慮離子受的重力，離子只受電場力和洛倫茲力作用，由軌跡可以判斷離子必帶正電荷；因為離子到達B點時的速度為零，由動能定理可以判斷從A到B電場力做的功為零，A點和B點位于同一高度；C點是運動的最低點，從A到C電場力做的正功最多，離子在C點時的速度最大；離子帶正電荷，可知離子到達B點后，將向右重復(fù)ACB的運動過程，離子不會沿原曲線返回A點.答案：D2.如圖所示，一帶負(fù)電的質(zhì)點

10、在固定的正的點電荷作用下繞該正電荷做勻速圓周運動，周期為T0，軌道平面位于紙面內(nèi)，質(zhì)點的速度方向如圖中箭頭所示.現(xiàn)加一垂直于軌道平面的勻強磁場，已知軌道半徑并不因此而改變，則2007年高考·全國理綜卷()A.若磁場方向指向紙里，則質(zhì)點運動的周期將大于T0B.若磁場方向指向紙里，則質(zhì)點運動的周期將小于T0C.若磁場方向指向紙外，則質(zhì)點運動的周期將大于T0D.若磁場方向指向紙外，則質(zhì)點運動的周期將小于T0解析：加磁場以前有：mr·F庫加指向紙里的磁場有：mr·F庫F洛加指向紙外的磁場有：mr·F庫F洛故T1>T0、T2<T0，選項A、D正確.答案

11、：AD3.如圖所示，有一重力為G的帶電小球，從兩豎直的帶等量異號電荷的平行板電容器的上方高h(yuǎn)處自由落下.兩板間還有勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里.則小球在通過板間的過程中()A.一定做曲線運動B.可能做勻速直線運動C.可能做變加速直線運動D.機械能可能不變解析：設(shè)小球剛進入復(fù)合場時速度為v，若v<，則小球?qū)⑾螂妶隽Ψ较蚱D(zhuǎn)做曲線運動；若v，則小球?qū)⑾蚵鍌惼澚Ψ较蚱D(zhuǎn)做曲線運動.A正確.只要小球在水平方向上發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，電場力就對小球做功使得小球機械能不守恒.答案：A4.如圖所示，豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道ABC，AB為傾斜直軌道，BC為圓形軌道，圓形軌道處在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里.

12、質(zhì)量相同的甲、乙兩小球，甲球帶正電，乙球不帶電，從軌道AB上不同高度處由靜止釋放，都恰好通過圓形軌道的最高點，則()A.經(jīng)過最高點時，甲、乙兩小球的速度相等B.經(jīng)過最高點時，甲球的速度比乙球的小C.釋放甲球的位置比釋放乙球的位置高D.釋放甲球的位置比釋放乙球的位置低解析：由于乙球不帶電，且恰好能通過圓形軌道的最高點，因此重力提供向心力，其速度v2(R為圓形軌道的半徑).又甲球帶正電，且恰好能通過圓形軌道的最高點，向下的洛倫茲力與重力的合力提供向心力，故其速度大于，選項A、B錯誤.整個過程機械能守恒，因為甲球恰好通過圓形軌道最高點時的速度大于乙球的速度，所以釋放甲球的位置比釋放乙球的位置高，選項

13、C正確.答案：C5.如圖所示，在平行金屬板A、B間分布著正交的勻強電場和勻強磁場，磁場方向為垂直紙面向里.一個質(zhì)子以初速度v0垂直于電磁場沿直線OO入射，恰能沿OO運動，則()A.A板的電勢高于B板的B.電子以初速度v0垂直于電磁場沿OO從左端入射，仍沿OO做直線運動C.He以初速度v0垂直于電磁場沿OO從左端入射，仍沿OO做直線運動D.He以初速度v0垂直于電磁場沿OO從右端入射，仍沿OO做直線運動解析：質(zhì)子受到方向豎直向上的洛倫茲力作用，可知電場力豎直向下，AB，選項A正確.電子沿OO運動，電場力、洛倫茲力都反向，且由平衡條件qvBqE可知，v，即v與q、m無關(guān)，故選項B、C正確.當(dāng)He從

14、右端入射時，電場力方向向下，洛倫茲力方向向下，不能做直線運動，選項D錯誤.答案：ABC6.如圖所示，已知一質(zhì)量為m的帶電小球在光滑絕緣的水平面上經(jīng)電壓U加速后，水平進入互相垂直的勻強電場E和勻強磁場B的復(fù)合場中(E和B已知)，小球在此空間的豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，則()A.小球在空間受4個力作用B.小球一定帶正電C.小球做圓周運動的半徑rD.小球在復(fù)合場中運動時動量恒定解析：小球在空間受到重力、電場力、洛倫茲力三個力的作用，且小球受到的電場力與重力相互平衡，洛倫茲力提供向心力，故知小球帶負(fù)電.又r，把qEmg代入可得：r·小球做圓周運動時動量不斷變化，選項D錯誤.答案：C7.如圖甲

15、所示，在豎直放置的光滑絕緣環(huán)上套有一個質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小環(huán)，整個裝置放在正交的勻強電場和磁場中，電場強度E.在小環(huán)從大環(huán)頂端無初速度下滑的過程中，從開始至小環(huán)受的洛倫茲力最大時滑過的弧度是()A.B.C.D.解析：小環(huán)在大環(huán)上滑動的過程中，重力、電場力對其做功，qE、mg的合力為左偏下45°方向.故小環(huán)從大環(huán)的頂端沿逆時針方向滑至圖乙中B點以前合外力做正功；過B點以后再向A滑動的過程，電場力做負(fù)功.故小環(huán)在B點時的動能最大，受到的洛倫茲力最大. 答案：C8.如圖所示，平行板電容器的金屬極板M、N的距離為d，兩板間存在磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于紙面向外的勻強磁場，等離子群以速度

16、v沿圖示方向射入.已知電容器的電容為C，則()A.當(dāng)開關(guān)S斷開時，電容器的充電荷量QBvdCB.當(dāng)開關(guān)S斷開時，電容器的充電荷量QBvdCC.當(dāng)開關(guān)S閉合時，電容器的充電荷量QBvdCD.當(dāng)開關(guān)S閉合時，電容器的充電荷量QBvdC解析：洛倫茲力使正離子向N板偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子向M板偏轉(zhuǎn)，當(dāng)qqvB時離子不再偏轉(zhuǎn)，故斷開開關(guān)S時，電容器兩極所能達到的最大電壓UCBvd，最大充電荷量QBvdC；當(dāng)開關(guān)S閉合時，平行金屬板及等離子群相當(dāng)于一電源，電源電動勢EBvdC，由于內(nèi)阻的存在，使得UCUMNEBvd，故QCBvdC.答案：BC9.如圖甲所示，實線表示在豎直平面內(nèi)的電場線，電場線與水平方向成角，垂直紙

17、面向里的勻強磁場與電場正交.現(xiàn)有一帶電液滴沿斜向上的虛線由a至b做直線運動，直線與水平方向成角，且，則下列說法正確的是()A.液滴一定做勻速直線運動B.液滴一定帶正電C.電場線的方向一定斜向上D.液滴有可能做勻變速直線運動解析：帶電粒子在勻強磁場中 甲 乙只受洛倫茲力作用做直線運動，且一定是勻速直線運動.液滴的受力情況如圖乙所示.若洛倫茲力與圖示方向相反，則無論電場力與場強方向相同還是相反，都不能使液滴平衡，故液滴一定帶正電，電場線為斜向上方向.答案：ABC10.如圖所示，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的滑環(huán)P套在水平放置的足夠長的固定絕緣橫桿上，橫桿表面粗糙，整個裝置處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中.

18、現(xiàn)在瞬間給滑環(huán)一個水平向右的沖量I，使其向右運動(環(huán)的直徑大于桿的直徑，環(huán)很小，可以當(dāng)成質(zhì)點研究)，下列判斷正確的是()A.P環(huán)克服摩擦力做的功可能大于零而小于B.P環(huán)克服摩擦力做的功可能為零C.P環(huán)克服摩擦力做的功一定為 D.P環(huán)最終所受的合外力不一定為零解析：滑環(huán)獲得向右的初速度v0，當(dāng)qv0Bmg時，滑環(huán)做加速度越來越大的減速運動，直至停止，故WfEk；當(dāng)qv0Bmg時，滑環(huán)先做加速度越來越小的減速運動，當(dāng)速度減至v后，將保持勻速直線運動.答案：AB非選擇題部分共3小題，共40分.11.(13分)圖示為質(zhì)譜儀的示意圖.速度選擇器部分的勻強電場的電場強度E1.2×105 V/m，

19、勻強磁場的磁感應(yīng)強度B10.6 T，偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強度B20.8 T. (1)求能沿直線通過速度選擇器的粒子的速度大小v.(2)已知質(zhì)子的質(zhì)量mH1.67×1027 kg，所帶的電荷量e1.6×1019 C，求質(zhì)子和氘核 H進入偏轉(zhuǎn)分離器后打在照相底片上的條紋之間的距離d.解析：(1)能沿直線通過速度選擇器的粒子所受到的電場力和洛倫茲力等大、反向，即evB1eE解得：v m/s2×105 m/s.(2)粒子進入磁場B2后做圓周運動，洛倫茲力提供粒子做圓周運動的向心力，即evB2m，可得：R又質(zhì)子的質(zhì)量為mH，氘核的質(zhì)量為2mH，則有：d×2×25.2×103 m.答案：(1)2×105 m/s(2)5.2×103 m12.(13分)如圖所示，在相互垂直的勻強電場和勻強磁場中，有一傾角為且足夠長的光滑絕緣斜面，磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直紙面向外，電場方向豎直向上.現(xiàn)有一質(zhì)