課時(shí)跟蹤檢測(cè)(二十六)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、課時(shí)跟蹤檢測(cè)(二十六)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、單項(xiàng)選擇題1(2014·張家港質(zhì)檢)如圖1所示，在平行線MN、PQ之間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面的磁場(chǎng)(未畫出)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從左到右逐漸增大。一帶電微粒進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，由于受到空氣阻力作用，恰好能沿水平直線OO通過該區(qū)域。帶電微粒所受的重力忽略不計(jì)，運(yùn)動(dòng)過程帶電量不變。下列判斷正確的是()圖1A微粒從左到右運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向向里B微粒從左到右運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向向外C微粒從右到左運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向向里D微粒從右到左運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向向外2.如圖2所示，一電子束垂直于電場(chǎng)線與磁感應(yīng)線方向入射后偏向A極板，為了使電子束沿射入方向做直線運(yùn)動(dòng)，可采用

2、的方法是()圖2A將變阻器滑動(dòng)頭P向右滑動(dòng)B將變阻器滑動(dòng)頭P向左滑動(dòng)C將極板間距離適當(dāng)減小D將極板間距離適當(dāng)增大3.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度。電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的。使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖3所示。由于血液中的正負(fù)離子隨血液一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差。在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看做是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零。在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 V，磁

3、感應(yīng)強(qiáng)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(fù)為()圖3A1.3 m/s，a正、b負(fù)B2.7 m/s，a正、b負(fù)C1.3 m/s，a負(fù)、b正 D2.7 m/s，a負(fù)、b正4. (2014·吳江模擬)如圖4所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，不計(jì)重力，在a點(diǎn)以某一初速度水平向左射入磁場(chǎng)區(qū)域，沿曲線abcd運(yùn)動(dòng)，ab、bc、cd都是半徑為R的圓弧，粒子在每段圓弧上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都為t。規(guī)定垂直于紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為正，則磁場(chǎng)區(qū)域、三部分的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨x變化的關(guān)系可能是圖5中的()圖4圖55. (2014·南京月考)如圖6所示的虛線區(qū)域內(nèi)，充滿垂直于紙

4、面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)。一帶電粒子a(不計(jì)重力)以一定的初速度由左邊界的O點(diǎn)射入磁場(chǎng)、電場(chǎng)區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)穿出。若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而保留電場(chǎng)不變，另一個(gè)同樣的粒子b(不計(jì)重力)仍以相同初速度由O點(diǎn)射入，從區(qū)域右邊界穿出，則粒子b()圖6A穿出位置一定在O點(diǎn)下方B穿出位置一定在O點(diǎn)上方C運(yùn)動(dòng)時(shí)，在電場(chǎng)中的電勢(shì)能一定減小D在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能一定減小6(2014·遼寧協(xié)作體聯(lián)考)如圖7所示，在x軸上方存在垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，x軸下方存在垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一帶負(fù)電的粒子從原點(diǎn)O以與x軸成30°

5、角斜向上射入磁場(chǎng)，且在上方運(yùn)動(dòng)半徑為R。不計(jì)重力，則()圖7A粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)一定能回到原點(diǎn)OB粒子在x軸上方和下方兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為21C粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為D粒子第二次射入x軸上方磁場(chǎng)時(shí)，沿x軸前進(jìn)3R二、多項(xiàng)選擇題7(2014·鹽城測(cè)試)物體導(dǎo)電是由其中的自由電荷定向移動(dòng)引起的，這些可以移動(dòng)的自由電荷又叫載流子。金屬導(dǎo)體的載流子是自由電子，現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料分為兩大類：一類是N型半導(dǎo)體，它的載流子為電子；另一類是P型半導(dǎo)體，它的載流子為“空穴”，相當(dāng)于帶正電的粒子，如果把某種材料制成的長(zhǎng)方體放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向如圖8所示，且與前后側(cè)面垂直，長(zhǎng)方體中通有方向水

6、平向右的電流，設(shè)長(zhǎng)方體的上下表面M、N的電勢(shì)分別為M和N，則下列判斷中正確的是()圖8A如果是P型半導(dǎo)體，有M>NB如果是N型半導(dǎo)體，有M<NC如果是P型半導(dǎo)體，有M<ND如果是金屬導(dǎo)體，有M>N8.如圖9所示，兩平行、正對(duì)金屬板水平放置，使上面金屬板帶上一定量正電荷，下面金屬板帶上等量的負(fù)電荷，再在它們之間加上垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子以初速度v0沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向從兩金屬板左端中央射入后向上偏轉(zhuǎn)。若帶電粒子所受重力可忽略不計(jì)，仍按上述方式將帶電粒子射入兩板間，為使其向下偏轉(zhuǎn)，下列措施中可能可行的是()圖9A僅增大帶電粒子射入時(shí)的速度B僅增大兩金屬板所

7、帶的電荷量C僅減小粒子所帶電荷量D僅改變粒子的電性9(2014·鄭州質(zhì)檢)如圖10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(zhǎng)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)的速度圖像可能是圖11中的()圖10圖1110(2013·浙江高考)在半導(dǎo)體離子注入工藝中，初速度可忽略的磷離子P和P3，經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，如圖12所示。已知離子P在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過30°后從磁場(chǎng)右邊界射出。在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，離子P

8、和P3()圖12A在電場(chǎng)中的加速度之比為11B在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為 1C在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過的角度之比為12D離開電場(chǎng)區(qū)域時(shí)的動(dòng)能之比為13三、非選擇題11(2014·惠州調(diào)研)如圖13所示，一個(gè)板長(zhǎng)為L(zhǎng)，板間距離也是L的平行板電容器上極板帶正電，下極板帶負(fù)電，在極板右邊的空間里存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。有一質(zhì)量為m，重力不計(jì)，帶電量為q的粒子從極板正中間以初速度為v0水平射入，恰能從上極板邊緣飛出又能從下極板邊緣飛入，求：圖13(1)兩極板間勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向；(2)q粒子飛出極板時(shí)的速度v的大小與方向；(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。12. (2014·揚(yáng)中模

9、擬)如圖14所示，第四象限內(nèi)有互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)E與勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1，E的大小為1.5×103 V/m，B1大小為0.5 T；第一象限的某個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)，有方向垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的下邊界與x軸重合。一質(zhì)量m1×1014 kg，電荷量q2×1010 C的帶正電微粒以某一速度v沿與y軸正方向或60°角的M點(diǎn)射入，沿直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)P點(diǎn)后即進(jìn)入處于第一象限內(nèi)的磁場(chǎng)B2區(qū)域。一段時(shí)間后，微粒經(jīng)過y軸上的N點(diǎn)并沿與y軸正方向成60°角的方向飛出。M點(diǎn)的坐標(biāo)為(0，10)，N點(diǎn)的坐標(biāo)為(0,30)，不計(jì)微粒重力，g取10 m/s2。則求：圖14(1)微粒運(yùn)動(dòng)速

10、度v的大??；(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2的大?。?3)B2磁場(chǎng)區(qū)域的最小面積。答 案1選B由微粒恰好能沿水平直線OO通過該區(qū)域說明洛倫茲力qvB與電場(chǎng)力qE平衡，微粒受到空氣阻力作用，速度逐漸減小，沿運(yùn)動(dòng)方向磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度必須逐漸增大。因此微粒從左到右運(yùn)動(dòng)；磁場(chǎng)方向向外，選項(xiàng)B正確。2選D電子入射極板后，偏向A板，說明Eq>Bvq，由E可知，減小場(chǎng)強(qiáng)E的方法有增大板間距離和減小板間電壓，故C錯(cuò)誤，D正確；而移動(dòng)滑動(dòng)頭P并不能改變板間電壓，故A、B均錯(cuò)誤。3選A由于正負(fù)離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，利用左手定則可以判斷：a電極帶正電，b電極帶負(fù)電。血液流動(dòng)速度可根據(jù)離子所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力

11、的合力為0，即qvBqE得v1.3 m/s。4選C由左手定則可判斷出磁感應(yīng)強(qiáng)度B在磁場(chǎng)區(qū)域、內(nèi)磁場(chǎng)方向分別為向外、向里和向外，在三個(gè)區(qū)域中均運(yùn)動(dòng)1/4圓周，故tT/4，由于T，求得B，只有選項(xiàng)C正確。5選Ca粒子要在電場(chǎng)、磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)區(qū)內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)，則該粒子一定沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故對(duì)粒子a有：BqvEq，即只要滿足EBv無論粒子帶正電還是負(fù)電，粒子都可以沿直線穿出復(fù)合場(chǎng)區(qū)；當(dāng)撤去磁場(chǎng)只保留電場(chǎng)時(shí)，粒子b由于電性不確定，故無法判斷從O點(diǎn)的上方還是下方穿出，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；粒子b在穿過電場(chǎng)區(qū)的過程中必然受到電場(chǎng)力的作用而做類平拋運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，其電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)

12、誤。6選D帶電粒子在磁場(chǎng)中一直向x軸正方向運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤。因R且B12B2，所以軌道半徑之比R1R212，B錯(cuò)誤。粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tT1T2，C錯(cuò)誤。粒子第二次射入x軸上方磁場(chǎng)時(shí)，沿x軸前進(jìn)距離lR2R3R，D正確。7選CD如果是P型半導(dǎo)體，由左手定則可知，“空穴”向下表面N偏轉(zhuǎn)，有M<N，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確；如果是N型半導(dǎo)體，由左手定則可知，電子向下表面N偏轉(zhuǎn)，有M>N，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；如果是金屬導(dǎo)體，導(dǎo)電定向移動(dòng)的是自由電子，由左手定則可知，電子向下表面N偏轉(zhuǎn)，有M>N，選項(xiàng)D正確。8選ABD帶電粒子在兩板之間受電場(chǎng)力與洛倫茲力，但兩者的大小不等，且方向不確定。若僅

13、增大帶電粒子射入時(shí)的速度，可能因?yàn)樗艿穆鍌惼澚ψ兇?，而使帶電粒子將向下偏轉(zhuǎn)，A正確；若僅增大兩金屬板所帶的電荷量，因兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，故帶電粒子可能向下偏轉(zhuǎn)，B正確；若僅減小粒子所帶的電荷量，則由于粒子所受電場(chǎng)力與洛倫茲力以相同的倍數(shù)變化，故帶電粒子仍向上偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；僅改變粒子的電性，則由于兩個(gè)力的方向都發(fā)生變化，帶電粒子將向下偏轉(zhuǎn)，D正確。9選AD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

14、，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。10選BCD本題考查離子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，意在考查考生的分析和計(jì)算能力。離子P和P3質(zhì)量之比為11，電荷量之比等于13，故在電場(chǎng)中的加速度(aqE/m)之比不等于11，則A項(xiàng)錯(cuò)誤；離子在離開電場(chǎng)區(qū)域時(shí)有：qU mv2，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有：qvBm，得半徑r，則半徑之比為11，則B項(xiàng)正確，設(shè)磁場(chǎng)寬度為d，由幾何關(guān)系drsin ，可知離子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過的角度正弦值之比等于半徑倒數(shù)之比，即1，因30°，則60°，故轉(zhuǎn)過的角度之比為12，則C項(xiàng)正確；離子離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能之比等于電荷量之比，即13，則D項(xiàng)正確。11(1)由于上板帶正電，下板帶負(fù)電，故板間電場(chǎng)強(qiáng)度的方向豎直向下，粒子在水平方向上勻速運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上勻加速運(yùn)動(dòng)Lv0t，at2，其中a解得，E，方向豎直向下(2)設(shè)粒子飛出極板時(shí)水平速度為vx，豎直速度為vy，水平偏轉(zhuǎn)角為vxv0，vyat·，tan ，v可得45°，vv0(3)由幾何關(guān)系易知RL洛倫茲力提供向心力qvBm得B答案：(1)方向豎直向下(2)v0與水平方向的夾角為45°(3)12解析：(1)帶正電微粒在電場(chǎng)和磁場(chǎng)復(fù)合場(chǎng)中沿直