人教版(新教材)高中物理選擇性必修2課時(shí)作業(yè)10:專題強(qiáng)化5 帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)_第1頁(yè)
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人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE1帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.(多選)如圖1所示,實(shí)線表示在豎直平面內(nèi)的電場(chǎng)線,電場(chǎng)線與水平方向成α角,水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交,有一帶電液滴沿斜向上的虛線L做直線運(yùn)動(dòng),L與水平方向成β角,且α>β,則下列說(shuō)法中正確的是()圖1A.液滴一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)B.液滴一定帶正電C.電場(chǎng)線方向一定斜向上D.液滴有可能做勻變速直線運(yùn)動(dòng)〖答案〗ABC〖解析〗液滴受重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力的共同作用而做勻速直線運(yùn)動(dòng),合力為零,可判斷出洛倫茲力與電場(chǎng)力的方向,判斷出液滴只有帶正電才可能所受合力為零而做勻速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)電場(chǎng)線方向必斜向上,故A、B、C正確,D錯(cuò)誤.2.(多選)如圖2所示,a、b是一對(duì)平行金屬板,分別接到直流電源兩極上,右邊有一擋板,正中間開有一小孔d,在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里,在a、b兩板間還存在著勻強(qiáng)電場(chǎng)E.從兩板左側(cè)中點(diǎn)c處射入一束正離子(不計(jì)重力),這些正離子都沿直線運(yùn)動(dòng)到右側(cè),從d孔射出后分成三束.則下列判斷正確的是()圖2A.這三束正離子的速度一定不相同B.這三束正離子的比荷一定不相同C.a(chǎn)、b兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)方向一定由a指向bD.若這三束離子改為帶負(fù)電而其他條件不變則仍能從d孔射出〖答案〗BCD3.(2020·湖南懷化期末)如圖3所示,空間中存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),有一帶電液滴在豎直面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng),已知電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,重力加速度為g,則液滴環(huán)繞速度大小及方向分別為()圖3A.eq\f(E,B),順時(shí)針 B.eq\f(E,B),逆時(shí)針C.eq\f(BgR,E),順時(shí)針 D.eq\f(BgR,E),逆時(shí)針〖答案〗C〖解析〗液滴在疊加場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),知重力和電場(chǎng)力平衡,則液滴受到向上的電場(chǎng)力,可知液滴帶負(fù)電,根據(jù)左手定則可知液滴做順時(shí)針的勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qvB=meq\f(v2,R)又因?yàn)橹亓碗妶?chǎng)力平衡,則有qE=mg解得v=eq\f(BgR,E)故A、B、D錯(cuò)誤,C正確.4.如圖4所示,空間中的勻強(qiáng)電場(chǎng)水平向右,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向里,一帶電微粒沿著直線從M運(yùn)動(dòng)到N,以下說(shuō)法正確的是()圖4A.帶電微??赡軒ж?fù)電B.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中帶電微粒的動(dòng)能保持不變C.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中帶電微粒的電勢(shì)能增加D.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中帶電微粒的機(jī)械能守恒〖答案〗B〖解析〗根據(jù)做直線運(yùn)動(dòng)的條件和受力情況可知,微粒一定帶正電,且做勻速直線運(yùn)動(dòng),因此動(dòng)能保持不變,A錯(cuò)誤,B正確;由于電場(chǎng)力向右,對(duì)微粒做正功,電勢(shì)能減小,C錯(cuò)誤;洛倫茲力不做功,由能量守恒可知,電勢(shì)能減小,機(jī)械能一定增加,D錯(cuò)誤.5.如圖5所示,在水平地面附近有一個(gè)范圍足夠大的相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng).勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向水平并垂直紙面向外,一質(zhì)量為m、帶電荷量為-q(q>0)的帶電微粒在此區(qū)域恰好做速度大小為v的勻速圓周運(yùn)動(dòng).(重力加速度大小為g)圖5(1)求此區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向;(2)若某時(shí)刻微粒運(yùn)動(dòng)到距地面高度為H的P點(diǎn),速度與水平方向成45°角,如圖所示,則該微粒至少需要經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能運(yùn)動(dòng)到距地面最高點(diǎn)?最高點(diǎn)距地面多高?〖答案〗(1)eq\f(mg,q)方向豎直向下(2)eq\f(3πm,4qB)H+eq\f(2+\r(2)mv,2qB)〖解析〗(1)要滿足帶負(fù)電微粒做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則:qE=mg,得E=eq\f(mg,q),方向豎直向下.(2)微粒的部分運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,當(dāng)微粒第一次運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),α=135°,則t=eq\f(α,360°)T=eq\f(135°,360°)T=eq\f(3T,8)由qvB=eq\f(mv2,R)得R=eq\f(mv,qB)則T=eq\f(2πR,v)=eq\f(2πm,qB)所以:t=eq\f(3πm,4qB),最高點(diǎn)距地面的高度為:H1=R+Rsin45°+H=H+eq\f(2+\r(2)mv,2qB).6.(2017·全國(guó)卷Ⅰ)如圖6,空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)方向豎直向上(與紙面平行),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里.三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等,質(zhì)量分別為ma、mb、mc.已知在該區(qū)域內(nèi),a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng).下列選項(xiàng)正確的是()圖6A.ma>mb>mc B.mb>ma>mcC.mc>ma>mb D.mc>mb>ma〖答案〗B〖解析〗設(shè)三個(gè)微粒的電荷量均為q,a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),說(shuō)明洛倫茲力提供向心力,重力與電場(chǎng)力平衡,則mag=qE①b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),三力平衡,則mbg=qE+qvB②c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng),三力平衡,則mcg+qvB=qE③比較①②③式得:mb>ma>mc,選項(xiàng)B正確.7.如圖7所示的虛線區(qū)域內(nèi),充滿垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),一帶電微粒A以一定初速度由左邊界的O點(diǎn)射入磁場(chǎng)、電場(chǎng)區(qū)域,恰好沿水平直線從區(qū)域右邊界O′點(diǎn)穿出,射出時(shí)速度大小為vA,若僅撤去磁場(chǎng),其他條件不變,另一個(gè)相同的微粒B仍以相同的速度由O點(diǎn)射入并從區(qū)域右邊界穿出,射出時(shí)速度的大小為vB,則微粒B()圖7A.穿出位置一定在O′點(diǎn)上方,vB<vAB.穿出位置一定在O′點(diǎn)上方,vB>vAC.穿出位置一定在O′點(diǎn)下方,vB<vAD.穿出位置一定在O′點(diǎn)下方,vB>vA〖答案〗D〖解析〗設(shè)帶電微粒從O點(diǎn)射入時(shí)的速度為v0,若帶電微粒A帶負(fù)電,其電場(chǎng)力、重力、洛倫茲力均向下,與運(yùn)動(dòng)方向垂直,不可能做直線運(yùn)動(dòng),故微粒A一定帶正電,且滿足mg=Eq+Bqv0,做勻速直線運(yùn)動(dòng),故vA=v0.若僅撤去磁場(chǎng),由于mg>Eq,帶電微粒B向下偏轉(zhuǎn),穿出位置一定在O′點(diǎn)下方,合力對(duì)其做正功,vB>vA,故D正確.8.如圖8所示,空間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和水平的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(垂直紙面向里).一帶正電的小球從O點(diǎn)由靜止釋放后,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中曲線OPQ所示,其中P為運(yùn)動(dòng)軌跡中的最高點(diǎn),Q為與O同一水平高度的點(diǎn).下列關(guān)于該帶電小球運(yùn)動(dòng)的描述,正確的是()圖8A.小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的磁場(chǎng)力先增大后減小B.小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電勢(shì)能先增加后減少C.小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒D.小球到Q點(diǎn)后將沿著曲線QPO回到O點(diǎn)〖答案〗A〖解析〗小球由靜止開始向上運(yùn)動(dòng),可知電場(chǎng)力大于重力,在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,洛倫茲力不做功,電場(chǎng)力和重力的合力先做正功,后做負(fù)功,根據(jù)動(dòng)能定理知,小球的速度先增大后減小,則小球受到的磁場(chǎng)力先增大后減小,故A正確;小球在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,電場(chǎng)力先做正功,后做負(fù)功,則電勢(shì)能先減少后增加,故B錯(cuò)誤;小球在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,除重力做功以外,電場(chǎng)力也做功,機(jī)械能不守恒,故C錯(cuò)誤;小球到Q點(diǎn)后,將重復(fù)之前的運(yùn)動(dòng),不會(huì)沿著曲線QPO回到O點(diǎn),故D錯(cuò)誤.9.(2020·黃梅國(guó)際育才高級(jí)中學(xué)月考)如圖9所示,質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的液滴,以速度v沿與水平方向成45°角斜向上進(jìn)入正交的足夠大勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)疊加區(qū)域,電場(chǎng)強(qiáng)度方向水平向右,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,液滴在場(chǎng)區(qū)做直線運(yùn)動(dòng),重力加速度為g,求:圖9(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B各多大;(2)當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)到某一點(diǎn)A時(shí),電場(chǎng)方向突然變?yōu)樨Q直向上,大小不改變,不考慮因電場(chǎng)變化而產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響,此時(shí)液滴加速度的大??;(3)在滿足(2)的前提下,液滴從A點(diǎn)到達(dá)與A點(diǎn)同一水平線上的B點(diǎn)(圖中未畫出)所用的時(shí)間.〖答案〗(1)eq\f(mg,q)eq\f(\r(2)mg,qv)(2)eq\r(2)g(3)eq\f(3\r(2)πv,4g)〖解析〗(1)液滴帶正電,受力分析如圖所示:根據(jù)平衡條件,有:Eq=mgtanθ=mgqvB=eq\f(mg,cosθ)=eq\r(2)mg故E=eq\f(mg,q),B=eq\f(\r(2)mg,qv)(2)電場(chǎng)方向突然變?yōu)樨Q直向上,大小不改變,故電場(chǎng)力與重力平衡,洛倫茲力提供向心力,液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律,有:a=eq\f(F洛,m)=eq\r(2)g(3)電場(chǎng)變?yōu)樨Q直向上后,qE=mg,故液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由Bqv=eq\f(mv2,R)及T=eq\f(2πR,v)可得T=eq\f(2πm,qB),又t=eq\f(3,4)T可得t=eq\f(3\r(2)πv,4g).10.如圖10甲所示,寬度為d的豎直狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)(邊界為L(zhǎng)1、L2),存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向上的周期性變化的電場(chǎng)(如圖乙所示),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E0,E>0表示電場(chǎng)方向豎直向上.t=0時(shí),一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域,沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后,做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng),再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn),Q為線段N1N2的中點(diǎn),重力加速度為g.上述d、E0、m、v和重力加速度g為已知量.求:圖10(1)微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?2)微粒做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑;(3)電場(chǎng)變化的周期T.〖答案〗(1)eq\f(mg,E0)eq\f(2E0,v)(2)eq\f(v2,2g)(3)eq\f(d,2v)+eq\f(πv,g)〖解析〗(1)微粒從N1沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中受力平衡,則mg+qE0=qvB到Q點(diǎn)后微粒做圓周運(yùn)動(dòng),則mg=qE0聯(lián)立以上兩式解得:q=eq\f(mg,E0),

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