新課標(biāo)高考總復(fù)習(xí)人教物理選修3-1-8-3帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1(2013年北京東城區(qū)模擬)帶電質(zhì)點(diǎn)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻速度方向如圖所示，所受的重力和洛倫茲力的合力恰好與速度方向相反，不計(jì)阻力，則在此后的一小段時(shí)間內(nèi)，帶電質(zhì)點(diǎn)將()A可能做直線運(yùn)動(dòng)B可能做勻減速運(yùn)動(dòng)C一定做曲線運(yùn)動(dòng)D可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解析：帶電質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中，重力做功，速度大小和方向發(fā)生變化，洛倫茲力的大小和方向也隨之發(fā)生變化，故帶電質(zhì)點(diǎn)不可能做直線運(yùn)動(dòng)，也不可能做勻減速運(yùn)動(dòng)或勻速圓周運(yùn)動(dòng)，C正確答案：C2如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電荷量不全相等的離子，經(jīng)過由正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的速度選擇器后，進(jìn)入另一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并分裂為A、B束，下列說法中正確的是

2、()A組成A、B束的離子都帶正電B組成A、B束的離子質(zhì)量一定不同C速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外DA束離子的比荷()大于B束離子的比荷解析：A與B兩束離子由速度選擇器進(jìn)入磁場(chǎng)后，由左手定則可判斷出A、B兩束離子均帶正電；離子在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，兩離子帶正電，所受靜電力與場(chǎng)強(qiáng)方向一致，水平向右，洛倫茲力必水平向左，且與靜電力等大：BqvqEv，由左手定則可得速度選擇器中的磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直于紙面向里；兩離子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，觀察可得圓周運(yùn)動(dòng)半徑不同，依據(jù)r可得兩離子的比荷不等，A束離子的圓周運(yùn)動(dòng)的半徑較小，則比荷大于B束離子答案：AD3(2013年石家莊檢測(cè))勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)

3、出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可忽略磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U.若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為q，在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響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2RfB質(zhì)子離開回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比C質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1D不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器的最大動(dòng)能不變解析：粒子被加速后的最大速度受到D形盒半徑R的制約，因v2Rf，A正確；粒子離開回旋加

4、速器的最大動(dòng)能Ekmmv2m×42R2f22m2R2f2，與加速電壓U無關(guān)，B錯(cuò)誤；根據(jù)R，Uqmv，2Uqmv，得質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1，C錯(cuò)誤；因回旋加速器的最大動(dòng)能Ekm2m2R2f2與m、R、f均有關(guān)，D錯(cuò)誤答案：A4(2013年保定質(zhì)檢)在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度v0垂直于y軸射入電場(chǎng)，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成60°角射入磁場(chǎng)，最后從y軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)垂直于y軸射出磁場(chǎng)，如圖所示

5、不計(jì)粒子重力，求(1)M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN；(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r；(3)粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間t.解析：(1)設(shè)粒子過N點(diǎn)時(shí)的速度為v，有cos v2v0粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程，有qUMNmv2mvUMN(2)粒子在磁場(chǎng)中以O(shè)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑為ON，有qvBr(3)由幾何關(guān)系得ONrsin 設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1，有ONv0t1t1粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2，有t2Tt2tt1t2t答案：(1)(2)(3)命題報(bào)告·教師用書獨(dú)具知識(shí)點(diǎn)題號(hào)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中受力及運(yùn)動(dòng)軌跡問題2、4、7、8回旋加速器、

6、質(zhì)譜儀及磁流體發(fā)電機(jī)原理1、3、5復(fù)合場(chǎng)中功能關(guān)系的應(yīng)用6、9、10帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中兩類偏轉(zhuǎn)問題11、12一、選擇題(本題共10小題，每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)正確，把正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi))1關(guān)于回旋加速器加速帶電粒子所獲得的能量，下列結(jié)論中正確的是()A只與加速器的半徑有關(guān)，半徑越大，能量越大B與加速器的磁場(chǎng)和半徑均有關(guān)，磁場(chǎng)越強(qiáng)、半徑越大，能量越大C只與加速器的電場(chǎng)有關(guān)，電場(chǎng)越強(qiáng)，能量越大D與帶電粒子的質(zhì)量和電荷量均有關(guān)，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大解析：回旋加速器中的帶電粒子旋轉(zhuǎn)半徑與能量有關(guān)，速度越大，半徑越大達(dá)到最大速度v時(shí)，半徑增大到最大R，能量最大粒子在洛倫茲力作用下做勻速

7、圓周運(yùn)動(dòng)，滿足qvB，則v，故Ekmv2.R越大，能量越大；B越大，能量越大，A錯(cuò)誤、B正確；Ek與加速器的電場(chǎng)無關(guān)，C錯(cuò)誤；質(zhì)量m變大時(shí)，Ek變小，D錯(cuò)誤答案：B2(2013年杭州月考)有一個(gè)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(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有可能做勻加速運(yùn)動(dòng)D有可能做勻速運(yùn)動(dòng)解析：由于小球在下落過程中速度變化，洛倫茲力會(huì)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(dòng)，B、C、D錯(cuò)，A正確答案：A3(2013年常州模擬)19

8、22年英國物理學(xué)家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)若一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則下列說法中正確的是()A該束帶電粒子帶負(fù)電B速度選擇器的P1極板帶正電C在B2磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子，質(zhì)量越大D在B2磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子，比荷越小解析：根據(jù)左手定則可確定粒子帶正電，A錯(cuò)誤；由速度選擇器中靜電力和洛倫茲力方向相反知，P1板帶正電，B正確；根據(jù)qvB，r，故可以確定C錯(cuò)誤、D正確答案：BD4如圖所示，質(zhì)量為m，帶電荷量為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

9、是()A微粒受靜電力、洛倫茲力、重力三個(gè)力作用B微粒受靜電力、洛倫茲力兩個(gè)力作用C勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度ED勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B解析：因?yàn)槲⒘Ｗ鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，所以微粒所受合力為零，受力分析如圖所示，微粒在重力、靜電力和洛倫茲力作用下處于平衡狀態(tài)，可知，qEmg，qvBmg，得電場(chǎng)強(qiáng)度E，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，因此A正確答案：A5如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖：將一束等離子體噴射入磁場(chǎng)，在場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷 ，產(chǎn)生電壓如果射入的等離子體的初速度為v，兩金屬板的板長(沿初速度方向)為L，板間距離為d，金屬板的正對(duì)面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于離子初速度方向，負(fù)載

10、電阻為R，電離氣體充滿兩板間的空間當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，電流表的示數(shù)為I.那么板間電離氣體的電阻率為()A.(R)B.(R)C.(R) D.(R)解析：當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定時(shí)，等離子體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以qvBqEq，即UBdv，由I和r得(R)，故A正確答案：A6(2013年吉林實(shí)驗(yàn)中學(xué)一模)如圖所示，一帶電塑料小球質(zhì)量為m，用絲線懸掛于O點(diǎn)，并在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，最大擺角為60°，水平磁場(chǎng)垂直于小球擺動(dòng)的平面當(dāng)小球自左方擺到最低點(diǎn)時(shí)，懸線上的張力恰為零，則小球自右方最大擺角處擺到最低點(diǎn)時(shí)懸線上的張力為()A0 B2mgC4mg D6mg解析：設(shè)小球自左方擺到最低點(diǎn)時(shí)速度為v，則mv2mgL(

11、1cos 60°)，此時(shí)qvBmgm，當(dāng)小球自右方擺到最低點(diǎn)時(shí)，v大小不變，洛倫茲力方向發(fā)生變化，F(xiàn)TmgqvBm，得FT4mg，故C正確答案：C7(2013年廈門檢測(cè))如圖所示，一束粒子(不計(jì)重力，初速度可忽略)緩慢通過小孔O1進(jìn)入極板間電壓為U的水平加速電場(chǎng)區(qū)域，再通過小孔O2射入相互正交的恒定勻強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域，其中磁場(chǎng)的方向如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可根據(jù)實(shí)際要求調(diào)節(jié)，收集室的小孔O3與O1、O2在同一條水平線上則收集室收集到的是()A具有特定質(zhì)量的粒子B具有特定比荷的粒子C具有特定速度的粒子 D具有特定動(dòng)能的粒子解析：粒子在加速電場(chǎng)中由動(dòng)能定理可得：qUmv2v ，粒子沿直線

12、O1O2O3運(yùn)動(dòng)，則在相互正交的恒定勻強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域中必定受力平衡，可得：qEBqvv為某一定值故選項(xiàng)B、C正確答案：BC8如圖所示，虛線間空間存在由勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B組成的正交或平行的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，有一個(gè)帶正電小球(電荷量為q，質(zhì)量為m)從正交或平行的電磁混合場(chǎng)上方的某一高度自由落下，那么，帶電小球可能沿直線通過下列的哪個(gè)電磁混合場(chǎng)()解析：帶電小球進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)時(shí)受力情況如圖所示：A圖中由于小球所受合力不為零，所以洛倫茲力不恒定，因此水平方向合力不可能保持為零，小球不可能沿直線運(yùn)動(dòng)；B圖中垂直紙面向外的方向上只有一個(gè)洛倫茲力，所以這種情況下小球也不能沿豎直方向運(yùn)動(dòng)；C圖中小球所受三個(gè)力的合

13、力如果為零，小球就可以沿豎直線運(yùn)動(dòng)；D圖中小球只受豎直方向兩個(gè)力作用，一定沿豎直線運(yùn)動(dòng)答案：CD9一重力不計(jì)的帶電粒子以初速度v0(v0<)先后穿過寬度相同且相鄰的有明顯邊界的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，如圖(甲)所示，電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)粒子總共做功W1；若把電場(chǎng)和磁場(chǎng)正交疊加，如圖(乙)所示，粒子仍以v0的初速度穿過疊加場(chǎng)區(qū)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)粒子總共做功W2，比較W1、W2的大小()A一定是W1W2B一定是W1>W2C一定是W1<W2D可能是W1>W2，也可能是W1<W2解析：無論粒子帶何種電荷，靜電力和洛倫茲力的方向總是相反的，因此，把電場(chǎng)和磁場(chǎng)正交疊加時(shí)，粒子在靜電力方向

14、上的位移減小了，靜電力做的功比原來小了，即W2<W1，B項(xiàng)正確答案：B10(2013年江西八校聯(lián)考)如圖所示，在水平勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一豎直足夠長固定絕緣桿MN，小球P套在桿上，已知P的質(zhì)量為m，電荷量為q，電場(chǎng)強(qiáng)度為E、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，P與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，重力加速度為g.小球由靜止開始下滑直到穩(wěn)定的過程中()A小球的加速度一直減小B小球的機(jī)械能和電勢(shì)能的總和保持不變C下滑加速度為最大加速度一半時(shí)的速度可能是vD下滑加速度為最大加速度一半時(shí)的速度可能是v解析：對(duì)小球受力分析如圖所示，則mg(EqqvB)ma，隨著v的增加，小球加速度先增加，當(dāng)EqqvB時(shí)達(dá)到最大值

15、amaxg，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，mg(qvBEq)ma，隨著v的增加，a逐漸減小，所以A錯(cuò)誤因?yàn)橛心Σ亮ψ龉?，機(jī)械能與電勢(shì)能總和在減小，B錯(cuò)誤若在前半段達(dá)到最大加速度的一半，則mg(EqqvB)m ，得v，若在后半段達(dá)到最大加速度的一半，則mg(qvBEq)m，得v，故C、D正確答案：CD二、非選擇題(本題共2小題，共30分，解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)11(15分)(2013年廣州調(diào)研)如圖所示，在xOy直角坐標(biāo)系中，第象限內(nèi)分布著方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第象限內(nèi)分布著方向沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，初速度為零、帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子經(jīng)過電壓為U的電場(chǎng)加

16、速后，從x軸上的A點(diǎn)垂直x軸進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后過y軸上的P點(diǎn)且垂直y軸進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域，在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)并擊中x軸上的C點(diǎn)已知OAOCd.求電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小(粒子的重力不計(jì))解析：設(shè)帶電粒子經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后速度為v，qUmv2帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qBv依題意可知：rd聯(lián)立可解得：B 帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)經(jīng)時(shí)間t從P點(diǎn)到達(dá)C點(diǎn)，由dvtdt2聯(lián)立可解得：E答案： 12(15分)(2012年高考重慶理綜)有人設(shè)計(jì)了一種帶電顆粒的速率分選裝置，其原理如圖所示兩帶電金屬板間有勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向豎直向上，其中PQNM矩形區(qū)域內(nèi)還有方向

17、垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)一束比荷(電荷量與質(zhì)量之比)均為的帶正電顆粒，以不同的速率沿著磁場(chǎng)區(qū)域的水平中心線OO進(jìn)入兩金屬板之間，其中速率為v0的顆粒剛好從Q點(diǎn)處離開磁場(chǎng)，然后做勻速直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)收集板重力加速度為g，PQ3d，NQ2d，收集板與NQ的距離為l，不計(jì)顆粒間相互作用求(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。?2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?3)速率為v0(1)的顆粒打在收集板上的位置到O點(diǎn)的距離解析：(1)設(shè)帶電顆粒的電荷量為q，質(zhì)量為m.顆粒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有Eqmg將代入，得Ekg(2)如圖1，由牛頓第二定律有qv0BmR2(3d)2(Rd)2得B(3)如圖2所示，由牛頓第二定律有qv0Btan y1

18、R1y2ltan yy1y2得yd(5)答案：(1)kg(2)(3)d(5)磁感應(yīng)強(qiáng)度是電磁學(xué)中的一個(gè)重要物理量，其大小的測(cè)定方法較多，歸納起來主要有以下幾種方法1利用物體的平衡條件測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度根據(jù)影響安培力的因素及安培力的方向變化的特點(diǎn)，將磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為力的測(cè)量，利用物體的平衡條件測(cè)出力的大小，再分析計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度例1如圖所示的天平可用來測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度，天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬為L，共N匝，線圈下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面，當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖)時(shí)，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼，天平平衡，當(dāng)電流反向(大小不變)時(shí)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后

19、，天平重新平衡，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向解析由題可知，電流反向前安培力方向向下，由左手定則，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，再由題意有：電流反向前：m1gm2gNBIL電流反向后：m1gm2gmgNBIL由得B，聯(lián)立解得：B.答案見解析握影響方法2通過測(cè)導(dǎo)電液體壓強(qiáng)測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度通電液體在磁場(chǎng)中要受到安培力，安培力的作用又要在液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)p.通過對(duì)附加壓強(qiáng)p的分析就可以測(cè)出磁感應(yīng)強(qiáng)度例2如圖所示是一個(gè)可以用來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的裝置：一長方體絕緣容器內(nèi)部高為L，厚為d，左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C(正極)和D(負(fù)極)，并經(jīng)開關(guān)S與電源連接，容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液體的密度為；將容器置于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，豎直管子a、b中的液面高度相同，開關(guān)S閉合后，a、b管中的液面將出現(xiàn)一定的高度差若當(dāng)開關(guān)S閉合后，a、b管中液面出現(xiàn)的高度差為h，電路中電流表的讀數(shù)為I，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小解析