2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第9章 第3課時 帶電粒子在復(fù)合場中的運動課時作業(yè)(含解析)

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1、2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第9章 第3課時 帶電粒子在復(fù)合場中的運動課時作業(yè)(含解析) 一、單項選擇題 1.如圖1所示,空間存在水平向左的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場.在該區(qū)域中,有一個豎直放置的光滑絕緣圓環(huán),環(huán)上套有一個帶正電的小球.O點為圓環(huán)的圓心,a、b、c、d為圓環(huán)上的四個點,a點為最高點,c點為最低點,b、O、d三點在同一水平線上.已知小球所受電場力與重力大小相等.現(xiàn)將小球從環(huán)的頂端a點由靜止釋放,下列判斷正確的是(  ) 圖1 A.小球能越過d點并繼續(xù)沿環(huán)向上運動 B.當(dāng)小球運動到c點時,所受洛倫茲力最大 C.小球從a點運動到b點的過程中,重力勢能減小,電勢能增大

2、 D.小球從b點運動到c點的過程中,電勢能增大,動能先增大后減小 【答案】D 【解析】由題意可知,小球運動的等效最低點在b、c中間,因此當(dāng)小球運動到d點時速度為0,不能繼續(xù)向上運動,選項A錯誤;小球在等效最低點時速度最大,所受洛倫茲力最大,選項B錯誤;小球從a運動到b的過程中,重力做正功,電場力也做正功,所以重力勢能與電勢能均減小,選項C錯誤;小球從b運動到c的過程中,電場力做負(fù)功,電勢能增大,合外力先做正功再做負(fù)功,動能先增大后減小,選項D正確. 2.醫(yī)生做某些特殊手術(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以及一對磁極N和S構(gòu)成,磁極間的磁場是均勻的.使

3、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2所示.由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場中運動,電極a、b之間會有微小電勢差.在達(dá)到平衡時,血管內(nèi)部的電場可看作是勻強(qiáng)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3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點間的電勢差為160 μV,磁感應(yīng)強(qiáng)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(fù)為(  ) 圖2 A.1.3 m/s,a正、b負(fù) B.2.7 m/s,a正、b負(fù) C.1.3 m/s,a負(fù)、b正 D.2.7 m/s,a負(fù)、b正 【答案】A 【解析

4、】根據(jù)左手定則,可知a正、b負(fù),所以C、D錯;因為離子在場中所受合力為零,Bqv=q,所以v==1.3 m/s,A對,B錯. 3.目前有一種磁強(qiáng)計,用于測定地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度.磁強(qiáng)計的原理如圖3所示,電路有一段金屬導(dǎo)體,它的橫截面是寬為a、高為b的長方形,放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場中,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)電過程中,自由電子所作的定向移動可視為勻速運動.兩電極M、N均與金屬導(dǎo)體的前后兩側(cè)接觸,用電壓表測出金屬導(dǎo)體前后兩個側(cè)面間的電勢差為U.則磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和電極M、N的正負(fù)為(  ) 圖3 A.,M正、

5、N負(fù) B.,M正、N負(fù) C.,M負(fù)、N正 D.,M負(fù)、N正 【答案】C 【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,即e=Bev,I=nevS=nevab,得B=. 4.有一個帶電荷量為+q、重為G的小球,從兩豎直的帶電平行板上方h處自由落下,兩極板間另有勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向如圖4所示,則帶電小球通過有電場和磁場的空間時,下列說法正確的是(  ) 圖4 A.一定做曲線運動 B.不可能做曲線運動 C.有可能做勻加速運動 D.有可能做勻速運動 【答案】A 5.如圖5所示,粗糙的足夠長的豎直木桿上套有一個帶電的小球

6、,整個裝置處在由水平勻強(qiáng)電場和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場組成的足夠大的復(fù)合場中,小球由靜止開始下滑,在整個運動過程中小球的v-t圖象為下圖中的(  ) 圖5 【答案】C 【解析】小球下滑過程中,qE與qvB反向,開始下落時qE>qvB,所以a=,隨下落速度v的增大a逐漸增大;當(dāng)qE

7、 ) 圖6 A.小球一定帶正電 B.小球可能做勻速直線運動 C.帶電小球一定做勻加速直線運動 D.運動過程中,小球的機(jī)械能增大 【答案】CD 【解析】由于重力方向豎直向下,空間存在磁場,且直線運動方向斜向下,與磁場方向相同,故不受磁場力作用,電場力必水平向右,但電場具體方向未知,故不能判斷帶電小球的電性,選項A錯誤;重力和電場力的合力不為零,故不是勻速直線運動,所以選項B錯誤;因為重力與電場力的合力方向與運動方向相同,故小球一定做勻加速運動,選項C正確;運動過程中由于電場力做正功,故機(jī)械能增大,選項D正確. 7.(xx·汕頭測評)如圖7所示,水平放置的兩塊平行金屬板,充電后

8、與電源斷開.板間存在著方向豎直向下的勻強(qiáng)電場E和垂直于紙面向里、磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(不計重力及空氣阻力),以水平速度v0從兩極板的左端中間射入場區(qū),恰好做勻速直線運動.則(  ) 圖7 A.粒子一定帶正電 B.若僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍,粒子運動軌跡偏向下極板 C.若將磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉淼?倍,粒子仍將做勻速直線運動 D.若撤去電場,粒子在板間運動的最長時間可能是 【答案】CD 【解析】不計重力,粒子僅受電場力和磁場力做勻速直線運動,合力為零.電場力與磁場力等大反向.該粒子可以是正電荷,也可以是負(fù)電荷,A錯.僅將板間距離變?yōu)?/p>

9、原來的2倍,由于帶電荷量不變,板間電場強(qiáng)度不變,帶電粒子仍做勻速直線運動,B錯.若將磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉淼?倍,粒子所受電場力和磁場力均變?yōu)樵瓉淼?倍,仍將做勻速直線運動,C對.若撤去電場,粒子將偏向某一極板,甚至從左側(cè)射出,粒子在板間運動的最長時間可能是在磁場中運動周期的一半,D對. 8.(xx·肇慶一模)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器,其原理如圖8所示,這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成,其間留有空隙.下列說法正確的是(  ) 圖8 A.離子從D形盒之間空隙的電場中獲得能量 B.回旋加速器只能用來加速正離子 C.離子在磁場中做圓周運動的周期是加

10、速交變電壓周期的一半 D.離子在磁場中做圓周運動的周期與加速交變電壓周期相等 【答案】AD 三、非選擇題 9.如圖9所示,在xOy平面內(nèi),第Ⅱ象限內(nèi)的直線OM是電場與磁場的分界線,OM與x軸的負(fù)方向成45°角,在x<0且OM的左側(cè)空間存在著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T;在y>0且OM的右側(cè)空間存在著沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場E,場強(qiáng)大小為0.32 N/C.一不計重力的帶負(fù)電微粒,從坐標(biāo)原點O沿x軸負(fù)方向以v0=2×103 m/s的初速度進(jìn)入磁場,最終離開電、磁場區(qū)域.已知微粒的電荷量q=5×10-18 C,質(zhì)量m=1×10-24 kg.求: 圖9 (1)帶電

11、微粒在磁場中做圓周運動的半徑; (2)帶電微粒第一次進(jìn)入電場前運動的時間; (3)帶電微粒第二次進(jìn)入電場后在電場中運動的水平位移. 【答案】(1)4×10-3 m (2)3.14×10-6 s (3)0.2 m 【解析】(1)帶電微粒從O點射入磁場,運動軌跡如圖所示. 第一次經(jīng)過磁場邊界上的A點 由qv0B=m得 r==4×10-3 m. (2)帶電微粒在磁場中經(jīng)圓周第一次進(jìn)入電場,經(jīng)歷的時間 tOA=T 而圓周運動的周期為T= 代入數(shù)據(jù)解得tOA=3.14×10-6 s. (3)微粒從C點垂直y軸進(jìn)入電場,做類平拋運動,設(shè)在電場中運動的水平位移為Δx,豎直位移為Δy

12、,則 x方向上,Δx=v0t1 y方向上,Δy=at 而Δy=2r 又有qE=ma 代入數(shù)據(jù)解得Δx=0.2 m. 10.(xx·江西四校聯(lián)考)如圖10所示,平行金屬板傾斜放置,AB長度為L,金屬板與水平方向的夾角為θ,一電荷量為-q、質(zhì)量為m的帶電小球以水平速度v0進(jìn)入電場,且做直線運動,到達(dá)B點,離開電場后,進(jìn)入如圖所示的電磁場(圖中電場未畫出)區(qū)域做勻速圓周運動,并豎直向下穿出電磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.求: 圖10 (1)帶電小球進(jìn)入電磁場區(qū)域時的速度v; (2)帶電小球進(jìn)入電磁場區(qū)域運動的時間; (3)重力在電磁場區(qū)域?qū)π∏蛩龅墓Γ? 【答案】(1) (2)

13、(3) 【解析】(1)對帶電小球進(jìn)行受力分析,帶電小球受重力mg和電場力F作用 F合=Fsin θ mg=Fcos θ 解得F合=mgtan θ 根據(jù)動能定理F合L=mv2-mv 解得v=. (2)帶電小球進(jìn)入電磁場區(qū)域后做勻速圓周運動,說明電場力和重力平衡,帶電小球只在洛倫茲力作用下運動 通過幾何知識可以得出,帶電粒子在電磁場中運動了圓周 運動時間為t==×=. (3)帶電小球在豎直方向運動的高度差h等于半徑R,即 h=R= 重力做的功為 W=mgh=mg·=. 11.如圖11所示,在光滑絕緣的水平桌面上建立一xOy坐標(biāo)系,平面處在周期性變化的電場和磁場中,電場和

14、磁場的變化規(guī)律如圖12所示(規(guī)定沿+y方向為電場強(qiáng)度的正方向,豎直向下為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向).在t=0時刻,一質(zhì)量為10 g、電荷量為0.1 C且不計重力的帶電金屬小球自坐標(biāo)原點O處,以v0=2 m/s的速度沿x軸正方向射出.已知E0=0.2 N/C,B0=0.2π T.求: (1)t=1 s末時,小球速度的大小和方向; (2)1~2 s內(nèi),金屬小球在磁場中做圓周運動的半徑和周期; (3)(2n-1)~2n s(n=1,2,3,…)內(nèi)金屬小球運動至離x軸最遠(yuǎn)點的位置坐標(biāo). 圖11 圖12 【答案】(1)2 m/s,與x軸正方向夾角為45° (2) m 1 s (3)見解析

15、 【解析】(1)在0~1 s內(nèi),金屬小球在電場力作用下做類平拋運動,在x軸方向上做勻速運動vx=v0 在y方向上做勻加速運動vy=t1 1 s末粒子的速度 v1==2 m/s 設(shè)v1與x軸正方向的夾角為α,則 tan α=,α=45°. (2)在1~2 s內(nèi),粒子在磁場中做圓周運動,由牛頓第二定律 qv1B0=得r1== m 粒子做圓周運動的周期T== 1 s. (3)粒子運動軌跡如圖甲所示 甲 (2n-1) s末粒子的坐標(biāo)為x=v0n=2n(m) y=an2=··n2=n2 (m) 此時粒子的速度為 vn= =2 m/s tan θ===n 帶電粒子在(2n-1)s~2n s(n=1,2,3,…)內(nèi)做圓周運動的軌跡如圖乙所示 乙 半徑rn== m (2n-1) s~2n s(n=1,2,3,…)內(nèi)粒子運動至離x軸最遠(yuǎn)點坐標(biāo)為 X=x-rnsin θ=(2n-) m Y=y(tǒng)+rn(1+cos θ) =(n2++) m.

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