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1、2022年高考物理第一輪復習 課時跟蹤檢測(二十九)帶電粒子在疊加場中的運動
一、單項選擇題
1.(xx·福州質(zhì)檢)如圖1所示,在平行線MN、PQ之間存在豎直向上的勻強電場和垂直紙面的磁場(未畫出),磁場的磁感應強度從左到右逐漸增大。一帶電微粒進入該區(qū)域時,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,運動過程帶電量不變。下列判斷正確的是( )
圖1
A.微粒從左到右運動,磁場方向向里
B.微粒從左到右運動,磁場方向向外
C.微粒從右到左運動,磁場方向向里
D.微粒從右到左運動,磁場方向向外
2.如圖2所示,一電子束垂直于電場線與磁感
2、應線方向入射后偏向A極板,為了使電子束沿射入方向做直線運動,可采用的方法是( )
圖2
A.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.將極板間距離適當減小
D.將極板間距離適當增大
3.醫(yī)生做某些特殊手術時,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,磁極間的磁場是均勻的。使用時,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3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
3、合力為零。在某次監(jiān)測中,兩觸點間的距離為3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點間的電勢差為160 μV,磁感應強度的大小為0.040 T。則血流速度的近似值和電極a、b的正負為( )
圖3
A.1.3 m/s,a正、b負 B.2.7 m/s,a正、b負
C.1.3 m/s,a負、b正 D.2.7 m/s,a負、b正
4. (xx·南京月考)如圖6所示的虛線區(qū)域內(nèi),充滿垂直于紙面向里的勻強磁場和豎直向下的勻強電場。一帶電粒子a(不計重力)以一定的初速度由左邊界的O點射入磁場、電場區(qū)域,恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O′點(圖中未標出)穿出。若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場而保留電場不變,
4、另一個同樣的粒子b(不計重力)仍以相同初速度由O點射入,從區(qū)域右邊界穿出,則粒子b( )
圖6
A.穿出位置一定在O′點下方
B.穿出位置一定在O′點上方
C.運動時,在電場中的電勢能一定減小
D.在電場中運動時,動能一定減小
二、多項選擇題
5.(xx·鹽城測試)物體導電是由其中的自由電荷定向移動引起的,這些可以移動的自由電荷又叫載流子。金屬導體的載流子是自由電子,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,它的載流子為電子;另一類是P型半導體,它的載流子為“空穴”,相當于帶正電的粒子,如果把某種材料制成的長方體放在勻強磁場中,磁場方向如圖8所示,且與前后側(cè)面垂
5、直,長方體中通有方向水平向右的電流,設長方體的上下表面M、N的電勢分別為φM和φN,則下列判斷中正確的是( )
圖8
A.如果是P型半導體,有φM>φN
B.如果是N型半導體,有φM<φN
C.如果是P型半導體,有φM<φN
D.如果是金屬導體,有φM>φN
6.如圖9所示,兩平行、正對金屬板水平放置,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電荷,再在它們之間加上垂直紙面向里的勻強磁場,一個帶電粒子以初速度v0沿垂直于電場和磁場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,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
6、的是( )
圖9
A.僅增大帶電粒子射入時的速度
B.僅增大兩金屬板所帶的電荷量
C.僅減小粒子所帶電荷量
D.僅改變粒子的電性
7.(xx·鄭州質(zhì)檢)如圖10所示為一個質(zhì)量為m、電荷量為+q的圓環(huán),可在水平放置的足夠長的粗糙細桿上滑動,細桿處于磁感應強度為B的勻強磁場中,不計空氣阻力,現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0,在以后的運動過程中,圓環(huán)運動的速度圖像可能是圖11中的( )
圖10
圖11
三、非選擇題
8. (xx·蘭州模擬)如圖14所示,第四象限內(nèi)有互相正交的勻強電場E與勻強磁場B1,E的大小為1.5×103 V/m,B1大小為0.5 T;第一象限的某個矩
7、形區(qū)域內(nèi),有方向垂直紙面的勻強磁場,磁場的下邊界與x軸重合。一質(zhì)量m=1×10-14 kg,電荷量q=2×10-10 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點射入,沿直線運動,經(jīng)P點后即進入處于第一象限內(nèi)的磁場B2區(qū)域。一段時間后,微粒經(jīng)過y軸上的N點并沿與y軸正方向成60°角的方向飛出。M點的坐標為(0,-10),N點的坐標為(0,30),不計微粒重力,g取10 m/s2。則求:
圖14
(1)微粒運動速度v的大小;
(2)勻強磁場B2的大??;
(3)B2磁場區(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q
8、vB與電場力qE平衡,微粒受到空氣阻力作用,速度逐漸減小,沿運動方向磁場的磁感應強度必須逐漸增大。因此微粒從左到右運動;磁場方向向外,選項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,減小場強E的方法有增大板間距離和減小板間電壓,故C錯誤,D正確;而移動滑動頭P并不能改變板間電壓,故A、B均錯誤。
3.選A 由于正負離子在勻強磁場中垂直于磁場方向運動,利用左手定則可以判斷:a電極帶正電,b電極帶負電。血液流動速度可根據(jù)離子所受的電場力和洛倫茲力的合力為0,即qvB=qE得v==≈1.3 m/s?!?
4.選C a粒子要在電場、磁場的復合場區(qū)內(nèi)做直線運動,則該粒
9、子一定沿水平方向做勻速直線運動,故對粒子a有:Bqv=Eq,即只要滿足E=Bv無論粒子帶正電還是負電,粒子都可以沿直線穿出復合場區(qū);當撤去磁場只保留電場時,粒子b由于電性不確定,故無法判斷從O′點的上方還是下方穿出,選項A、B錯誤;粒子b在穿過電場區(qū)的過程中必然受到電場力的作用而做類平拋運動,電場力做正功,其電勢能減小,動能增大,故C項正確,D項錯誤。
5.選CD 如果是P型半導體,由左手定則可知,“空穴”向下表面N偏轉(zhuǎn),有φM<φN,選項A錯誤,C正確;如果是N型半導體,由左手定則可知,電子向下表面N偏轉(zhuǎn),有φM>φN,選項B錯誤;如果是金屬導體,導電定向移動的是自由電子,由左手定則可知,
10、電子向下表面N偏轉(zhuǎn),有φM>φN,選項D正確。
6.選ABD 帶電粒子在兩板之間受電場力與洛倫茲力,但兩者的大小不等,且方向不確定。若僅增大帶電粒子射入時的速度,可能因為所受的洛倫茲力變大,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,因兩極板間的電場強度增大,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錯誤;僅改變粒子的電性,則由于兩個力的方向都發(fā)生變化,帶電粒子將向下偏轉(zhuǎn),D正確。
7.選AD 帶電圓環(huán)在磁場中受到向上的洛倫茲力,當重力與洛倫茲力相等時,圓環(huán)將做勻速直線運動,A正確。當
11、洛倫茲力大于重力時,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動,最后做勻速直線運動,D正確。如果重力大于洛倫茲力,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動,故B、C錯誤。
8.解析:(1)帶正電微粒在電場和磁場復合場中沿直線運動,qE=qvB1,解得v=E/B1=3×103 m/s。
(2)畫出微粒的運動軌跡如圖,粒子做圓周運動的半徑為R= m。
由qvB2=mv2/R,解得B2=3/4 T。
(3)由圖可知,磁場B2的最小區(qū)域應該分布在圖示的矩形PACD內(nèi),由幾何關系易得PD=2Rsin 60°=20 cm=0.2 m,PA=R(1-cos 60°)=/30 m。
所以,所求磁場的最小面積為S=PD·PA= m2。
答案:(1)3×103 m/s (2) T
(3) m2