第八章單元小結(jié)練帶電粒子在疊加場、組合場中的運(yùn)動

1、單元小結(jié)練帶電粒子在疊加場、組合場中的運(yùn)動(限時(shí)：45分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1.如圖1所示，一電子束沿垂直于電場線與磁感線方向入射后偏向A極板，為了使電子束沿射入方向做直線運(yùn)動，可采用的方法是()圖1A將變阻器滑動頭P向右滑動B將變阻器滑動頭P向左滑動C將極板間距離適當(dāng)減小D將極板間距離適當(dāng)增大答案D解析電子射入極板間后，偏向A板，說明Eq>Bvq，由E可知，減小場強(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；而移動滑動頭P并不能改變板間電壓，故A、B均錯(cuò)誤2導(dǎo)體導(dǎo)電是導(dǎo)體中的自由電荷定向移動的結(jié)果，這些可以移動的電荷又叫載流子，例如金屬導(dǎo)體中的載流子就是自由電子現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的

2、半導(dǎo)體材料可以分成兩大類，一類是N型半導(dǎo)體，它的載流子為電子；另一類為P型半導(dǎo)體，它的載流子是“空穴”(相當(dāng)于帶正電的粒子)如果把某種材料制成的長方體放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向如圖2所示，且與前、后側(cè)面垂直長方體中通有水平向右的電流，測得長方體的上、下表面M、N的電勢分別為M、N，則該種材料()圖2A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<N答案C解析如果是P型半導(dǎo)體，它的載流子是“空穴”，由左手定則可知，“空穴”受到的洛倫茲力指向N，“空穴”偏向N，有M<N，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確如果是N型半導(dǎo)體，它的

3、載流子是電子，由左手定則可知，電子受到的洛倫茲力指向N，電子偏向N，有M>N，選項(xiàng)B錯(cuò)誤如果是金屬導(dǎo)體，它的載流子是電子，由左手定則可知，電子受到的洛倫茲力指向N，電子向N偏移，有M>N，選項(xiàng)D錯(cuò)誤3.如圖3所示的虛線區(qū)域內(nèi)，存在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(jì)重力)以一定的初速度由左邊界的O點(diǎn)射入磁場、電場區(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)的磁場而保留電場不變，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3A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在電場中運(yùn)動時(shí)，電勢

4、能一定減小D在電場中運(yùn)動時(shí)，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)域做直線運(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負(fù)電，粒子都可以沿直線穿出復(fù)合場區(qū)域；當(dāng)撤去磁場只保留電場時(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在穿過電場區(qū)域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C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤4.如圖4所示，兩導(dǎo)體板水平放置，兩板間電勢差為U，帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過兩板后又沿垂直于磁場方向射入邊界

5、線豎直的勻強(qiáng)磁場，則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點(diǎn)間的距離d隨著U和v0的變化情況為()圖4Ad隨v0增大而增大，d與U無關(guān)Bd隨v0增大而增大，d隨U增大而增大Cd隨U增大而增大，d與v0無關(guān)Dd隨v0增大而增大，d隨U增大而減小答案A解析設(shè)粒子從M點(diǎn)進(jìn)入磁場時(shí)的速度大小為v，該速度與水平方向的夾角為，故有v.粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動半徑為r.而MN之間的距離為d2rcos .聯(lián)立解得d2，故選項(xiàng)A正確二、多項(xiàng)選擇題5如圖所示，虛線空間中存在由勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B組成的正交或平行的電場和磁場，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復(fù)合場上方的某一高度自由落下，那么

6、，帶電小球可能沿直線通過的是() 答案CD解析帶電小球進(jìn)入復(fù)合場時(shí)受力情況：其中只有C、D兩種情況下合外力可能為零或與速度的方向相同，所以有可能沿直線通過復(fù)合場區(qū)域，A項(xiàng)中力qvB隨速度v的增大而增大，所以三力的合力不會總保持在豎直方向，合力與速度方向?qū)a(chǎn)生夾角，做曲線運(yùn)動，所以A錯(cuò)6.利用如圖5所示的方法可以測得金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n，現(xiàn)測得一塊橫截面為矩形的金屬導(dǎo)體的寬為b，厚為d，并加有與側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場B，當(dāng)通以圖示方向電流I時(shí)，在導(dǎo)體上、下表面間用電壓表可測得電壓為U.已知自由電子的電荷量為e，則下列判斷正確的是()圖5A上表面電勢高B下表面電勢高C該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自

7、由電子數(shù)為D該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為答案BD解析畫出平面圖如圖所示，由左手定則可知，自由電子向上表面偏轉(zhuǎn)，故下表面電勢高，A錯(cuò)誤，B正確再根據(jù)eevB，IneSvnebdv得n，故D正確，C錯(cuò)誤三、計(jì)算題7如圖6所示，在xOy坐標(biāo)系中，x軸上的N點(diǎn)到O點(diǎn)的距離是12 cm，虛線NP與x軸負(fù)向的夾角是30°.第象限內(nèi)NP的上方有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T，第象限內(nèi)有勻強(qiáng)電場，方向沿y軸正向?qū)⒁毁|(zhì)量m8×1010 kg、電荷量q1×104 C帶正電粒子，從電場中M(12，8)點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)電場加速后從N點(diǎn)進(jìn)入磁場，又從y軸上P點(diǎn)穿出磁場不計(jì)粒子重力，取3，求

8、：圖6(1)粒子在磁場中運(yùn)動的速度v；(2)粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間t；(3)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E.答案(1)104 m/s(2)1.6×105 s(3)5×103 V/m解析(1)粒子在磁場中的軌跡如圖，由幾何關(guān)系得粒子做圓周運(yùn)動的軌道半徑R×12 cm0.08 m由qvBm得v104 m/s(2)粒子在磁場中運(yùn)動軌跡所對圓心角為120°，則有t×1.6×105 s(3)由qEdmv2得E5×103 V/m8如圖7所示，M、N為兩塊帶等量異種電荷的平行金屬板，兩板間電壓可取從零到某一最大值之間的任一數(shù)值靜止的帶電粒子帶電荷量

9、為q，質(zhì)量為m(不計(jì)重力)，從靠近M板的P點(diǎn)經(jīng)電場加速后，從小孔Q進(jìn)入N板右側(cè)的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外，CD為磁場邊界上的一絕緣板，它與N板的夾角為45°，孔Q到板的下端C的距離為L，當(dāng)M、N兩板間電壓取最大值時(shí)，粒子恰垂直打在CD板上，求：圖7(1)兩板間電壓的最大值Um；(2)CD板上可能被粒子打中的區(qū)域的長度s；(3)粒子在磁場中運(yùn)動的最長時(shí)間tm.答案(1)(2)(2)L(3)解析(1)M、N兩板間電壓取最大值時(shí)，粒子恰垂直打在CD板上，所以圓心在C點(diǎn)，如圖所示，CHQCL故半徑r1L又因?yàn)閝v1Bm且qUmmv，所以Um.(2)設(shè)粒子在磁場中運(yùn)

10、動的軌跡與CD板相切于K點(diǎn)，此軌跡的半徑為r2，設(shè)圓心為A，在AKC中：sin 45°解得r2(1)L，即r2(1)L所以CD板上可能被粒子打中的區(qū)域的長度s，即sr1r2(2)L(3)打在Q、E間的粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間最長，均為半個(gè)周期，所以tm.9中國著名物理學(xué)家、中國科學(xué)院院士何澤慧教授曾在1945年首次通過實(shí)驗(yàn)觀察到正、負(fù)電子的彈性碰撞過程有人設(shè)想利用電場、磁場控制正、負(fù)電子在云室中運(yùn)動來再現(xiàn)這一過程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理如下：在如圖8所示的xOy平面內(nèi)，A、C二小孔距原點(diǎn)的距離均為L，每隔一定的時(shí)間源源不斷地分別從A孔射入正電子，C孔射入負(fù)電子，初速度均為v0，方向垂直x軸，正、負(fù)電子的質(zhì)量均為m，電荷量均為e(忽略電子之間的相互作用)在y軸的左側(cè)區(qū)域加一水平向右的勻強(qiáng)電場，在y軸的右側(cè)區(qū)域加一垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)，要使正、負(fù)電子在y軸上的P(0，L)處相碰求：圖8(1)電場強(qiáng)度E的大??；磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小及方向；(2)P點(diǎn)相碰的正、負(fù)電子的動能之比和射入小孔的時(shí)間差t.答案見解析解析(1)對