2024高考物理一輪復習專題76帶電粒子在復合場中的運動練習含解析新人教版

PAGE8-專題76帶電粒子在復合場中的運動1．[2024·武昌調(diào)研](多選)質(zhì)量為m、電荷量為＋q的物塊以初速度v0進入兩水平平行絕緣木板a、b之間，木板足夠長，處于磁感應強度為B的水平勻強磁場中，兩板間距略大于物塊高度，物塊與兩板間的動摩擦因數(shù)均為μ.在運動過程中物塊的電荷量不變，且經(jīng)驗變速運動后物塊最終處于平衡狀態(tài)．已知重力加速度為g，則從起先運動到最終處于平衡狀態(tài)，物塊克服摩擦力做的功可能為()A．0B.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(m3g2,2q2B2)C.eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)D.eq\f(m3g2,2q2B2)2.如圖所示裝置為速度選擇器，平行金屬板間有相互垂直的勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向上，磁場方向垂直紙面對外，帶電粒子均以垂直電場和磁場的速度射入且都能從另一側(cè)射出，不計粒子重力，以下說法正確的有()A．若帶正電粒子以速度v從O點射入能沿直線OO′射出，則帶負電粒子以速度v從O′點射入能沿直線O′O射出B．若帶正電粒子以速度v從O點射入，離開時動能增加，則帶負電粒子以速度v從O點射入，離開時動能削減C．若氘核(eq\o\al(2,1)H)和氦核(eq\o\al(4,2)He)以相同速度從O點射入，則肯定能以相同速度從同一位置射出D．若氘核(eq\o\al(2,1)H)和氦核(eq\o\al(4,2)He)以相同速度從O點射入，則肯定能以相同速度從不同位置射出3.(多選)現(xiàn)代廣泛應用的半導體材料分為兩大類：一類是N型半導體，其載流子是電子，另一類是P型半導體，其載流子稱為“空穴”，相當于帶正電的粒子．假如把某種導電材料制成長方體放在勻強磁場中，磁場方向如圖所示，且與長方體的前后側(cè)面垂直，當長方體中通有向右的電流I時，測得長方體的上下表面的電勢分別為φ上和φ下，則()A．長方體假如是N型半導體，必有φ上＞φ下B．長方體假如是P型半導體，必有φ上＞φ下C．長方體假如是P型半導體，必有φ上＜φ下D．長方體假如是金屬導體，必有φ上＜φ下4.中國科學家發(fā)覺了量子反常霍爾效應，楊振寧稱這一發(fā)覺是諾貝爾獎級的成果．如圖所示，厚度為h、寬度為d的金屬導體，當磁場方向與電流方向垂直時，在導體上、下表面會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應．下列說法正確的是()A．上表面的電勢高于下表面的電勢B．僅增大h時，上、下表面的電勢差增大C．僅增大d時，上、下表面的電勢差減小D．僅增大電流I時，上、下表面的電勢差減小5．[2024·天津卷]筆記本電腦機身和顯示屏對應部位分別有磁體和霍爾元件．當顯示屏開啟時磁體遠離霍爾元件，電腦正常工作；當顯示屏閉合時磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進入休眠狀態(tài)．如圖所示，一塊寬為a、長為c的矩形半導體霍爾元件，元件內(nèi)的導電粒子是電荷量為e的自由電子，通入方向向右的電流時，電子的定向移動速度為v.當顯示屏閉合時元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強磁場中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓U，以此限制屏幕的熄滅．則元件的()A．前表面的電勢比后表面的低B．前、后表面間的電壓U與v無關(guān)C．前、后表面間的電壓U與c成正比D．自由電子受到的洛倫茲力大小為eq\f(eU,a)6.目前，世界上正在探討一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機．如圖所示表示了它的發(fā)電原理：將一束等離子體垂直于磁場方向噴入磁場，在磁場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓．假如射入的等離子體速度均為v，兩金屬板的板長為L，板間距離為d，板平面的面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于速度方向，負載電阻為R，等離子體充溢兩板間的空間．當發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時，電流表示數(shù)為I，那么板間等離子體的電阻率為()A.eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))B.eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BLv,I)－R))C.eq\f(S,L)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))D.eq\f(S,L)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BLv,I)－R))7.醫(yī)生做某些特別手術(shù)時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度．電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場是勻稱的．運用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示．由于血液中的正負離子隨血液一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差．在達到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零．在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽視，兩觸點間的電勢差為160μV，磁感應強度的大小為0.040T．則血流速度的近似值和電極a、b的正負為()A．1.3m/s，a正、b負B．2.7m/s，a正、b負C．1.3m/s，a負、b正D．2.7m/s，a負、b正8.[2024·洛陽市摸底](多選)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，該裝置由絕緣材料制成．長、寬、高分別為a、b、c，左、右兩端開口，在垂直于前、后面的方向加磁感應強度為B的勻強磁場，在上、下兩個面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M、N作為電極，污水充溢管口從左向右流經(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)，下列說法中正確的是()A．M板電勢肯定高于N板的電勢B．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)越大C．污水流淌的速度越大，電壓表的示數(shù)越大D．電壓表的示數(shù)U與污水流量Q成正比9.[2024·遼寧五校協(xié)作體聯(lián)考]如圖所示，某空間存在正交的勻強電場和勻強磁場，電場方向水平向右，磁場方向垂直紙面水平向里．一帶電微粒由a點以肯定的初速度進入電磁場，剛好能沿直線ab斜向上運動，則下列說法正確的是()A．微粒可能帶正電，也可能帶負電B．微粒的動能可能變大C．微粒的電勢能肯定削減D．微粒的機械能肯定不變10.(多選)如圖所示，一帶電小球在一正交電場、磁場區(qū)域里做勻速圓周運動，電場方向豎直向下，磁場方向垂直紙面對里，則下列說法正確的是()A．小球肯定帶正電B．小球肯定帶負電C．小球的繞行方向為順時針D．變更小球的速度大小，小球?qū)⒉蛔鰣A周運動11．(多選)一質(zhì)譜儀的原理如圖，粒子源產(chǎn)生的帶電粒子(不計重力)經(jīng)狹縫S1與S2之間的電場加速后進入速度選擇器，速度滿意肯定條件的粒子做直線運動，從小孔S3穿出再經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)，最終打在照相底片上．已知磁場B1、B2的方向均垂直紙面對外．則()A．圖中P1可能為電源負極B．圖中所示虛線可能為α粒子的軌跡C．在速度選擇器中粒子可以做加速直線運動D．打在底片上的位置越靠近S3，粒子的比荷eq\f(q,m)越大12．[角度創(chuàng)新](多選)CT是醫(yī)院的一種檢查儀器，CT的重要部件之一就是回旋加速器．回旋加速器的結(jié)構(gòu)如圖所示，有一磁感應強度為B的勻強磁場(未畫出)垂直于回旋加速器．在回旋加速器的O點可逸出初速度為零、質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，加速電壓為U，D形盒半徑為R.兩D形盒間的縫隙間距d很小，可忽視不計，不考慮相對論效應和重力影響，則下列說法正確的是()A．粒子在回旋加速器中運動的圈數(shù)為eq\f(qB2R2,4mU)B．粒子在回旋加速器中運動的時間為eq\f(πBR2,U)C．回旋加速器所加溝通電壓的頻率為eq\f(qB,4πm)D．粒子第1次與第n次在上方D形盒中運動的軌跡半徑之比為eq\f(1,\r(2n－1))13.質(zhì)量為m、帶電量為q的小物塊，從傾角為θ的光滑絕緣斜面上由靜止下滑，整個斜面置于方向水平向里的勻強磁場中，磁感應強度為B，如圖所示，若帶電小物塊下滑后某時刻對斜面的作用力恰好為零，下面說法中不正確的是()A．小物塊肯定帶負電荷B．小物塊在斜面上運動時做勻加速直線運動C．小物塊在斜面上運動時做加速度增大，而速度也增大的變加速直線運動D．小物塊在斜面上下滑過程中，當小物塊對斜面壓力為零時的速率為eq\f(mgcosθ,Bq)14．(多選)如圖所示，一個帶正電荷的物塊m由靜止起先從斜面上A點下滑，滑到水平面BC上的D點停下來．已知物塊與斜面及水平面間的動摩擦因數(shù)相同，且不計物塊經(jīng)過B處時的機械能損失．先在ABC所在空間加豎直向下的勻強電場，其次次讓物塊m從A點由靜止起先下滑，結(jié)果物塊在水平面上的D′點停下來．后又撤去電場，在ABC所在空間加水平向里的勻強磁場，再次讓物塊m從A點由靜止起先下滑，結(jié)果物塊沿斜面滑下并在水平面上的D″點停下來．則以下說法中正確的是()A．D′點肯定在D點左側(cè)B．D′點肯定與D點重合C．D″點肯定在D點右側(cè)D．D″點肯定與D點重合專題76帶電粒子在復合場中的運動1．BC若初始時洛倫茲力小于物塊的重力，則物塊最終處于靜止狀態(tài)，由動能定理可知，帶電物塊克服摩擦力做的功為W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，選項C正確；若初始時洛倫茲力大于物塊的重力，則平衡時物塊所受洛倫茲力剛好等于其重力，物塊與兩水平木板間的壓力為零，物塊不受摩擦力作用做勻速運動，則有qvB＝mg，解得v＝eq\f(mg,qB)，由動能定理可知，帶電物塊克服摩擦力做的功為W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(m3g2,2q2B2)，選項B正確，D錯誤；由于物塊經(jīng)驗變速過程，故物塊克服摩擦力做的功不行能為0，A錯誤．2．C帶負電粒子從O′點射入所受電場力和洛倫茲力均向下，做曲線運動，A錯誤；洛倫茲力不做功，帶正電粒子動能增加，則電場力大于洛倫茲力向上做曲線運動，帶負電粒子受向下的電場力大于向上的洛倫茲力，向下做曲線運動，電場力做正功，動能增加，B錯誤；設帶正電粒子的加速度向上有a＝eq\f(F電－F洛,m)＝eq\f(E－Bvq,m)，a只與粒子的比荷有關(guān)，因為氘核eq\o\al(2,1)H和氦核eq\o\al(4,2)He的比荷相等，C正確，D錯誤．3．AC假如是N型半導體，載流子是負電荷，依據(jù)左手定則，負電荷向下偏，則下表面帶負電，則φ上＞φ下．A正確；假如是P型半導體，載流子是正電荷，依據(jù)左手定則，正電荷向下偏，則下表面帶正電，則φ上＜φ下．B錯誤，C正確；假如是金屬導體，則移動的是自由電子，依據(jù)左手定則，負電荷向下偏，則下表面帶負電，則φ上＞φ下，D錯誤．4．C金屬導體中的自由電子是向左運動的，依據(jù)左手定則可知上表面帶負電，則上表面的電勢低于下表面的電勢，A錯誤；當電子達到平衡時，電場力等于洛倫茲力，即qeq\f(U,h)＝qvB，又I＝nqvhd(n為導體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù))，得U＝eq\f(IB,nqd)，則僅增大h時，上、下表面的電勢差不變，僅增大d時，上、下表面的電勢差減小，僅增大I時，上、下表面的電勢差增大，故C正確，B、D錯誤．5．D本題考查了霍爾元件的工作原理和應用，以及考生的理解實力和應用數(shù)學學問處理物理問題的實力，體現(xiàn)了科學推理素養(yǎng)和應用與創(chuàng)新的價值觀念．依據(jù)左手定則推斷出電子受力狀況，可知電子偏轉(zhuǎn)到后表面，前表面電勢高于后表面電勢，故A項錯誤．再由Ee＝Bev＝F洛，E＝eq\f(U,a)，解得U＝Bva，F(xiàn)洛＝eq\f(eU,a)，U與v成正比、U與c無關(guān)，故B、C項錯誤，D項正確．6．A當?shù)入x子體受到的電場力與洛倫茲力平衡時，兩板電壓即為電動勢，即qvB＝qeq\f(U,d)，得U＝Bdv.又I＝eq\f(U,R＋r)，r＝ρeq\f(d,S)，解得ρ＝eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))，A正確．7．A血液中正負離子流淌時，依據(jù)左手定則，正離子受到向上的洛倫茲力向上偏，負離子受到向下的洛倫茲力向下偏，則a帶正電，b帶負電．最終血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零，有qeq\f(U,d)＝qvB，所以v＝eq\f(U,Bd)＝eq\f(160×10－6,0.040×3×10－3)m/s＝1.3m/s.A正確，B、C、D錯誤．8．ACD由左手定則知，M板帶正電、N板帶負電，故M板電勢肯定高于N板電勢，A正確；由平衡條件得qvB＝qeq\f(U,c)，解得U＝vBc，故電壓表的示數(shù)與粒子濃度無關(guān)，B錯誤；由U＝vBc知，污水流淌的速度越大，電壓表的示數(shù)越大，C正確；污水的流量Q＝vbc，結(jié)合上式得，U＝eq\f(QB,b)，故電壓表的示數(shù)U與污水的流量Q成正比，D正確．9．C10.BC11．BD依據(jù)磁場中的偏轉(zhuǎn)方向可知粒子帶正電，速度選擇器中粒子所受的洛倫茲力與電場力平衡，P1應為電源正極，A項錯誤；α粒子帶正電，符合圖中的運動軌跡，B項正確；粒子在速度選擇器中受電場力和洛倫茲力，若做直線運動，只能是勻速直線運動，C項錯誤；打在底片上的位置越靠近S3，粒子的偏轉(zhuǎn)半徑r＝eq\f(mv,qB)越小，粒子的比荷越大，D項正確．12．AD設粒子在磁場中