【紅對(duì)勾】2020高考物理 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)作業(yè)

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1、課時(shí)作業(yè)26　帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 時(shí)間：45分鐘　　滿(mǎn)分：100分 一、選擇題(8×8′＝64′) 圖1 1．目前有一種磁強(qiáng)計(jì)，用于測(cè)定地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度．磁強(qiáng)計(jì)的原理如圖1所示，電路有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面是寬為a、高為b的長(zhǎng)方形，放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流．已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導(dǎo)電過(guò)程中，自由電子所做的定向移動(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng)．兩電極M、N均與金屬導(dǎo)體的前后兩側(cè)接觸，用電壓表測(cè)出金屬導(dǎo)體前后兩個(gè)側(cè)面間的電勢(shì)差為U.則磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和電極M、N的正負(fù)為(　　) A.，M正、N負(fù)　　　　　

2、 B.，M正、N負(fù) C.，M負(fù)、N正 D.，M負(fù)、N正 解析：由左手定則知，金屬中的電子在洛倫茲力的作用下將向前側(cè)面聚集，故M負(fù)、N正．由F電＝F洛即e＝Bev，I＝nevS＝nevab，得B＝. 答案：C 圖2 2．如圖2所示，實(shí)線表示在豎直平面內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)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)法中錯(cuò)誤的是(　　) A．液滴一定做勻變速直線運(yùn)動(dòng) B．液滴一定帶正電 C．電場(chǎng)線方向一定斜向上 D．液滴一定做勻速直線運(yùn)動(dòng) 解析：在電磁場(chǎng)復(fù)合區(qū)域粒子一般不會(huì)做勻變速直線

3、運(yùn)動(dòng)，因速度變化洛倫茲力變化，合外力一般變化，如果v∥B，f洛＝0，也可以做勻變速運(yùn)動(dòng)． 答案：A 圖3 3．在某地上空同時(shí)存在著勻強(qiáng)的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m的帶正電小球，在該區(qū)域內(nèi)沿水平方向向右做直線運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，關(guān)于場(chǎng)的分布情況可能的是(　　) A．該處電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向垂直 B．電場(chǎng)豎直向上，磁場(chǎng)垂直紙面向里 C．電場(chǎng)斜向里側(cè)上方，磁場(chǎng)斜向外側(cè)上方，均與v垂直 D．電場(chǎng)水平向右，磁場(chǎng)垂直紙面向里 解析：帶電小球在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一定受重力和電場(chǎng)力，是否受洛倫茲力需具體分析．A選項(xiàng)中若電場(chǎng)、磁場(chǎng)方向與速度方向垂直，則洛倫茲力與電場(chǎng)力垂直，如果與重力的合力為0就會(huì)做直線運(yùn)

4、動(dòng)．B選項(xiàng)中電場(chǎng)力、洛倫茲力都向上，若與重力合力為0，也會(huì)做直線運(yùn)動(dòng)．C選項(xiàng)中電場(chǎng)力斜向里側(cè)上方，洛倫茲力向外側(cè)下方，若與重力的合力為0，就會(huì)做直線運(yùn)動(dòng)．D選項(xiàng)三個(gè)力的合力不可能為0，因此選項(xiàng)A、B、C正確． 答案：ABC 圖4 4．如圖4所示，光滑絕緣桿固定在水平位置上，使其兩端分別帶上等量同種正電荷Q1、Q2，桿上套著一帶正電小球，整個(gè)裝置處在一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，將靠近右端的小球從靜止開(kāi)始釋放，在小球從右到左的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．小球受到的洛倫茲力大小變化，但方向不變 B．小球受到的洛倫茲力將不斷增大 C．小球的加速度先減小后

5、增大 D．小球的電勢(shì)能一直減小 解析：Q1、Q2連線上中點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度為零．從中點(diǎn)向兩側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度增大且方向都指向中點(diǎn)，故小球所受電場(chǎng)力指向中點(diǎn)．小球從右向左運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，小球的加速度先減小后增大，C正確；速度先增大后減小，洛倫茲力大小變化，由左手定則知，洛倫茲力方向不變．故A正確，B錯(cuò)誤；小球的電勢(shì)能先減小后增大，D錯(cuò)誤． 答案：AC 圖5 5．(2020·廣東高考)如圖5是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖．帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器．速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強(qiáng)度為B0

6、的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．下列表述正確的是(　　) A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 C．能通過(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于E/B D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小 解析：粒子先在電場(chǎng)中加速，進(jìn)入速度選擇器做勻速直線運(yùn)動(dòng)，最后進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．在速度選擇器中受力平衡：Eq＝qvB得v＝E/B，方向由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，B、C正確．進(jìn)入磁場(chǎng)后，洛倫茲力提供向心力，qvB0＝得，R＝，所以荷質(zhì)比不同的粒子偏轉(zhuǎn)半徑不一樣，所以，A對(duì)，D錯(cuò)． 答案：ABC 6．在真空中，勻強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里．三個(gè)

7、油滴帶有等量同種電荷，其中a靜止，b向右勻速運(yùn)動(dòng)，c向左勻速運(yùn)動(dòng)，則它們的重力Ga、Gb、Gc的關(guān)系為(　　) A．Ga最大 B．Gb最大 C．Gc最大 D．不能確定 解析：由a靜止有qE＝Ga，故油滴帶負(fù)電；對(duì)b受力平衡有qE＝qvB＋Gb；對(duì)c受力平衡有qE＋qvB＝Gc.由此可知三個(gè)油滴的重力滿(mǎn)足Gc>Ga>Gb，故選項(xiàng)C正確． 答案：C 圖6 7．如圖6所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的微粒，在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)、水平指向紙內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)以及重力的共同作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．該微粒帶負(fù)電，電荷量q＝ B．若該微粒在運(yùn)動(dòng)中突然分成荷質(zhì)比相

8、同的兩個(gè)粒子，分裂后只要速度不為零且速度方向仍與磁場(chǎng)方向垂直，它們均做勻速圓周運(yùn)動(dòng) C．如果分裂后，它們的荷質(zhì)比相同，而速率不同，那么它們運(yùn)動(dòng)的軌道半徑一定不同 D．只要一分裂，不論它們的荷質(zhì)比如何，它們都不可能再做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 解析：帶電微粒在有電場(chǎng)力、洛倫茲力和重力作用的區(qū)域能夠做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明重力必與電場(chǎng)力大小相等、方向相反，由于重力方向總是豎直向下，故微粒受電場(chǎng)力方向向上，從題圖中可知微粒帶負(fù)電，選項(xiàng)A正確． 微粒分裂后只要荷質(zhì)比相同，所受電場(chǎng)力與重力一定平衡(選項(xiàng)A中的等式一定成立)，只要微粒的速度不為零，必可在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B正確、D錯(cuò)誤．根據(jù)半徑公

9、式r＝可知，在荷質(zhì)比相同的情況下，半徑只跟速率有關(guān)，速率不同，則半徑一定不同，選項(xiàng)C正確． 答案：ABC 圖7 8．目前，世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)．如圖7表示了它的原理：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速度均為v，兩金屬板的板長(zhǎng)為L(zhǎng)，板間距離為d，板平面的面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于速度方向，負(fù)載電阻為R，電離氣體充滿(mǎn)兩板間的空間．當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，電流表示數(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

10、：當(dāng)粒子受的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，兩板電壓即為電動(dòng)勢(shì)，即qvB＝q，得U＝Bdv. 又I＝，r＝ρ 由此可解得ρ＝(－R)，故選項(xiàng)A正確． 答案：A 二、計(jì)算題(3×12′＝36′) 圖8 9．如圖8所示，水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)E＝4 V/m，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B＝2 T，質(zhì)量m＝1 g的帶正電的小物塊A，從M點(diǎn)沿絕緣粗糙的豎直壁無(wú)初速滑下，滑行0.8 m到N點(diǎn)時(shí)離開(kāi)豎直壁做曲線運(yùn)動(dòng)，在P點(diǎn)時(shí)小物塊A瞬時(shí)受力平衡，此時(shí)速度與水平方向成45°.若P與N的高度差為0.8 m，求： (1)A沿壁下滑過(guò)程中摩擦力所做的功； (2)P與N的水平距離． 解析：分清運(yùn)動(dòng)過(guò)程，應(yīng)用動(dòng)能

11、定理列式求解． (1)物體在N點(diǎn)時(shí)，墻對(duì)其彈力為零，水平方向Eq＝qvB， 所以v＝＝2 m/s，由M→N過(guò)程據(jù)動(dòng)能定理： mg＋Wf＝mv2－0，所以Wf＝－6×10－3 J. 圖9 (2)設(shè)在P點(diǎn)速度為v′其受力如圖9所示，所以Eq＝mg，qv′B＝Eq，得v′＝2 m/s. 設(shè)N、P水平距離x，豎直距離y，物體由N→P過(guò)程電場(chǎng)力和重力做功，由動(dòng)能定理 mgy－Eq·x＝mv′2－mv2，得x＝0.6 m. 答案：(1)－6×10－3 J　(2)0.6 m 圖10 10．如圖10所示，Oxyz坐標(biāo)系的y軸豎直向上，在坐標(biāo)系所在的空間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方

12、向與x軸平行．從y軸上的M點(diǎn)(0，H,0)無(wú)初速釋放一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電的小球，它落在xz平面上的N(L,0，b)點(diǎn)(L>0，b>0)．若撤去磁場(chǎng)則小球落在xz平面的P點(diǎn)(L,0,0)．已知重力加速度為g. (1)已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)方向與某個(gè)坐標(biāo)軸平行，試判斷其可能的具體方向； (2)求電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小； (3)求小球落至N點(diǎn)時(shí)的速率v. 解析：(1)用左手定則判斷出：磁場(chǎng)方向?yàn)椋瓁方向或－y方向． (2)在未加勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，帶電小球在電場(chǎng)力和重力作用下落到P點(diǎn)，設(shè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，小球自由下落，有H＝gt2 小球沿x軸方向只受電場(chǎng)力作用FE＝qE 小球沿x軸的位移為L(zhǎng)＝at2

13、 小球沿x軸方向的加速度a＝ 聯(lián)立求解，得：E＝ (3)帶電小球在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)共存的區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛侖茲力不做功電場(chǎng)力做功為WE＝qEL 重力做功為WG＝mgH 設(shè)落到N點(diǎn)速度大小為v，根據(jù)動(dòng)能定理有mgH＋qEL＝mv2 解得v＝ 答案：(1)－x方向或－y方向　(2) (3) 圖11 11．(2020·遼寧/寧夏高考)如圖11所示，在第一象限有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E，方向與y軸平行；在x軸下方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與紙面垂直．一質(zhì)量為m、電荷量為－q(q>0)的粒子以平行于x軸的速度從y軸上的P點(diǎn)處射入電場(chǎng)，在x軸上的Q點(diǎn)處進(jìn)入磁場(chǎng)，并從坐標(biāo)原點(diǎn)O離開(kāi)磁場(chǎng)．

14、粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡與y軸交于M點(diǎn)．已知OP＝l，OQ＝2l.不計(jì)重力．求： (1)M點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)O間的距離； (2)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)所用的時(shí)間． 解析： 圖12 (1)帶電粒子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，沿y軸負(fù)方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度的大小為a；在x軸正方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)速度為v0；粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用的時(shí)間為t1，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與x軸正方向夾角為θ，則 a＝① t1＝② v0＝③ 其中x0＝2l，y0＝l.又有tanθ＝④ 聯(lián)立②③④式，得θ＝30°⑤ 因?yàn)镸、O、Q點(diǎn)在圓周上，∠MOQ＝90°，所以MQ為直徑．從圖中的幾何關(guān)系可知， R＝2l⑥ MO＝6l⑦ (2)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度為v，從Q到M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2，則有 v＝⑧ t2＝⑨ 帶電粒子自P點(diǎn)出發(fā)到M點(diǎn)所用的時(shí)間t為 t＝t1＋t2⑩ 聯(lián)立①②③⑤⑥⑧⑨⑩式，并代入數(shù)據(jù)得 t＝ ? 答案：(1)6l　(2)