2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)25 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(含解析)

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)25 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(含解析) 一、單項(xiàng)選擇題 1.帶電小球以一定的初速度v0豎直向上拋出,能夠達(dá)到的最大高度為h1;若加上水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且保持初速度仍為v0,小球上升的最大高度為h2;若加上水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),且保持初速度仍為v0,小球上升的最大高度為h3.不計(jì)空氣阻力,則(  ) A.h1=h2=h3 B.h1>h2>h3 C.h1=h2>h3 D.h1=h3>h2 解析:由豎直上拋運(yùn)動(dòng)的最大高度公式得h1=,當(dāng)小球在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),小球應(yīng)有水平速度,由能量守恒得mgh2+Ek=mv=mgh1,所以h1>h2;當(dāng)加上電場(chǎng)時(shí)

2、,由運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性可知在豎直方向上有v=2gh3,所以h1=h3,D正確. 答案:D 2. 如圖所示,一電子束垂直于電場(chǎng)線與磁感應(yīng)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(yùn)動(dòng),可采用的方法是(  ) A.將變阻器滑動(dòng)觸頭P向右滑動(dòng) B.將變阻器滑動(dòng)觸頭P向左滑動(dòng) C.將極板間距離適當(dāng)減小 D.將極板間距離適當(dāng)增大 解析:電子入射極板后,偏向A板,說(shuō)明Eq>Bvq,由E=可知,減小場(chǎng)強(qiáng)E的方法有增大板間距離和減小板間電壓,C錯(cuò)誤,D正確;而移動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭P并不能改變板間電壓,A、B錯(cuò)誤. 答案:D 3. 醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí),利用電磁血流計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)動(dòng)

3、脈的血流速度.電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成,磁極間的磁場(chǎng)是均勻的.使用時(shí),兩電極a、b均與血管壁接觸,兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)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(fù)離子隨血液一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差.在達(dá)到平衡時(shí),血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看做是勻強(qiáng)電場(chǎng),血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零.在某次監(jiān)測(cè)中,兩觸點(diǎn)間的距離為3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)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(  ) A.1.3 m/s,a正、b負(fù) B.2.7 m/s,a正、b負(fù) C.1.3 m/

4、s,a負(fù)、b正 D.2.7 m/s,a負(fù)、b正 解析:由于正負(fù)離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng),利用左手定則可以判斷:a電極帶正電,b電極帶負(fù)電,C、D錯(cuò)誤;血液流動(dòng)速度可根據(jù)離子所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力的合力為零,即qvB=qE,解得v==≈1.3 m/s,A正確,B錯(cuò)誤. 答案:A 4. 如圖所示,在平行線MN、PQ之間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面的磁場(chǎng)(未畫出),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從左到右逐漸增大.一帶電微粒進(jìn)入該區(qū)域時(shí),由于受到空氣阻力作用,恰好能沿水平直線OO′通過(guò)該區(qū)域.帶電微粒所受的重力忽略不計(jì),運(yùn)動(dòng)過(guò)程帶電量不變.下列判斷正確的是(  ) A.微粒從左向右運(yùn)動(dòng),

5、磁場(chǎng)方向向里 B.微粒從左向右運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向外 C.微粒從右向左運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向里 D.微粒從右向左運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向外 解析:由微粒恰好能沿水平直線OO′通過(guò)該區(qū)域說(shuō)明洛倫茲力qvB與電場(chǎng)力qE平衡,微粒受到空氣阻力作用,速度逐漸減小,沿運(yùn)動(dòng)方向磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度必須逐漸增大,因此微粒從左向右運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)方向向外,B正確. 答案:B 5. 如圖所示,某一真空室內(nèi)充滿豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E,在豎直平面內(nèi)建立坐標(biāo)系xOy,在y<0的空間里有與場(chǎng)強(qiáng)E垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,在y>0的空間內(nèi),將一質(zhì)量為m的帶電液滴(可視為質(zhì)點(diǎn))自由釋放,此液滴則沿y軸的負(fù)方向,以加速度a=2g(g為重力加

6、速度)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí),瞬間被安裝在原點(diǎn)的一個(gè)裝置改變了帶電性質(zhì)(液滴所帶電荷量和質(zhì)量均不變),隨后液滴進(jìn)入y<0的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng),液滴在y<0的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中(  ) A.重力勢(shì)能一定是不斷減小 B.電勢(shì)能一定是先減小后增大 C.動(dòng)能不斷增大 D.動(dòng)能保持不變 解析:在y>0的空間內(nèi),根據(jù)液滴沿y軸負(fù)方向以加速度a=2g(g為重力加速度)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)可知,液滴在此空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受電場(chǎng)力方向向下,大小等于重力;進(jìn)入y<0的空間后,液滴電性改變,其所受電場(chǎng)力向上,大小仍等于重力,所以液滴將在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),在液滴運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期內(nèi),動(dòng)能保持不變,重力

7、勢(shì)能先減小后增大,電勢(shì)能先增大后減小,D正確,A、B、C錯(cuò)誤. 答案:D 二、多項(xiàng)選擇題 6. 某空間存在水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)(圖中未畫出),帶電小球沿如圖所示的直線斜向下由A點(diǎn)沿直線向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng),此空間同時(shí)存在由A指向B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則下列說(shuō)法正確的是(  ) A.小球一定帶正電 B.小球可能做勻速直線運(yùn)動(dòng) C.帶電小球一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng) D.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小球的機(jī)械能增大 解析:由于重力方向豎直向下,空間存在磁場(chǎng),且直線運(yùn)動(dòng)方向斜向下,與磁場(chǎng)方向相同,故不受洛倫茲力作用,電場(chǎng)力必水平向右,但電場(chǎng)具體方向未知,故不能判斷帶電小球的電性,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;重力和電場(chǎng)力的合力不為零,故

8、不可能做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤;因?yàn)橹亓εc電場(chǎng)力的合力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同,故帶電小球一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C正確;運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于電場(chǎng)力做正功,故機(jī)械能增大,選項(xiàng)D正確. 答案:CD 7. 如圖所示,有一混合正離子束先后通過(guò)正交的電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ,如果這束正離子流在區(qū)域Ⅰ中不偏轉(zhuǎn),進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ后偏轉(zhuǎn)半徑r相同,則它們一定具有相同的(  ) A.速度 B.質(zhì)量 C.電荷量 D.比荷 解析:由正離子在Ⅰ區(qū)不偏轉(zhuǎn),有Eq=qvB1,即v=,A正確;以相同速度進(jìn)入Ⅱ區(qū)后,r=相同,則比荷相同,D正確. 答案:AD 8. 勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器,工

9、作原理示意圖如圖所示.置于高真空中的半徑為R的D形金屬盒中,兩盒間的狹縫很小,帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直,高頻交流電頻率為f,加速電壓為U.若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為+q,在加速器中被加速,且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響.則下列說(shuō)法正確的是(  ) A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過(guò)2πRf B.質(zhì)子離開回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比 C.質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1 D.改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f,該回旋加速器的最大動(dòng)能不變 解析:粒子被加速后的最大速度受到D形盒半徑R的制約,因v

10、m==2πRf,A正確;粒子離開回旋加速器的最大動(dòng)能Ekm=mv2=×m×4π2R2f2=2mπ2R2f2,與加速電壓U無(wú)關(guān),B錯(cuò)誤;根據(jù)R=,Uq=mv,2Uq=mv,得質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1,C正確;因回旋加速器的最大動(dòng)能Ekm=2mπ2R2f2,與m、R、f均有關(guān),D錯(cuò)誤. 答案:AC 三、非選擇題 9. 如圖所示,在以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi),有相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向里.一帶正電的粒子(不計(jì)重力)從O點(diǎn)沿y軸正方向以某一速度射入,帶電粒子恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)t0時(shí)間從P點(diǎn)射

11、出. (1)求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向; (2)若僅撤去磁場(chǎng),帶電粒子仍從O點(diǎn)以相同的速度射入,經(jīng)時(shí)間恰從半圓形區(qū)域的邊界射出,求粒子運(yùn)動(dòng)加速度的大?。? 解析:(1)設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,初速度為v,電場(chǎng)強(qiáng)度為E.由左手定則可判斷出粒子受到的洛倫茲力沿x軸負(fù)方向,可知電場(chǎng)強(qiáng)度沿x軸正方向,且有qE=qvB① 又R=vt0② 則E=③ (2)僅有電場(chǎng)時(shí),帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng), 在y方向位移為y=v④ 由②④式得y=⑤ 設(shè)帶電粒子在水平方向位移為x,加速度為a,因射出位置在半圓形區(qū)域邊界上,則有x=R 又x=a2⑥ 解得a=⑦ 答案:(1) 沿x軸正方向

12、 (2) 10. 如圖所示的平面直角坐標(biāo)系xOy,在第Ⅰ象限內(nèi)有平行于y軸的勻強(qiáng)電場(chǎng),方向沿y軸正方向;在第Ⅳ象限的正三角形abc區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于xOy平面向里,正三角形邊長(zhǎng)為L(zhǎng),且ab邊與y軸平行.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子,從y軸上的P(0,h)點(diǎn),以大小為v0的速度沿x軸正方向射入電場(chǎng),通過(guò)電場(chǎng)后從x軸上的a(2h,0)點(diǎn)進(jìn)入第Ⅳ象限,又經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)從y軸上的某點(diǎn)進(jìn)入第Ⅲ象限,且速度與y軸負(fù)方向成45°角,不計(jì)粒子所受的重力.求: (1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??; (2)粒子到達(dá)a點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向; (3)abc區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值. 解析: (1

13、)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,則有 水平方向上2h=v0t 豎直方向上h=at2 由牛頓第二定律得qE=ma 聯(lián)立解得E= (2)粒子到達(dá)a點(diǎn)時(shí)沿y軸負(fù)方向的分速度為vy=at=v0 所以粒子到達(dá)a的速度v==v0 設(shè)速度方向與x軸正方向的夾角為θ,則 tanθ==1,θ=45° 即a點(diǎn)時(shí)速度方向指向第Ⅳ象限與x軸正方向成45°角. (3)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)有qvB=m 當(dāng)粒子從b點(diǎn)射出時(shí),r最大,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為最小值,此時(shí)有rmax=L 所以Bmin= 答案:(1) (2)v0 方向指向第Ⅳ象限與x軸正方向成45°角 (3)

14、 11. 一圓筒的橫截面如圖所示,其圓心為O.筒內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.圓筒下面有相距為d的平行金屬板M、N,其中M板帶正電荷,N板帶等量負(fù)電荷.質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子自M板邊緣的P處由靜止釋放,經(jīng)N板的小孔S以速度v沿半徑SO方向射入磁場(chǎng)中.粒子與圓筒發(fā)生兩次碰撞后仍從S孔射出,設(shè)粒子與圓筒碰撞過(guò)程中沒(méi)有動(dòng)能損失,且電荷量保持不變,在不計(jì)重力的情況下,求: (1)M、N間電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??; (2)圓筒的半徑R; (3)保持M、N間電場(chǎng)強(qiáng)度E不變,僅將M板向上平移d,粒子仍從M板邊緣P處由靜止釋放,粒子自進(jìn)入圓筒至從S孔射出期間,與圓筒的碰撞次數(shù)n.

15、 解析:(1)設(shè)兩板間的電壓為U,由動(dòng)能定理得 qU=mv2① 由勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系得U=Ed② 聯(lián)立上式可得E=③ (2) 粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)用幾何關(guān)系作出圓心為O′,圓半徑為r.設(shè)第一次碰撞點(diǎn)為A,由于粒子與圓筒發(fā)生兩次碰撞又從S孔射出,因此,SA弧所對(duì)的圓心角∠AO′S等于. 由幾何關(guān)系得r=Rtan④ 粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中洛倫茲力充當(dāng)向心力,由牛頓第二定律,得qvB=m⑤ 聯(lián)立④⑤式得R=⑥ (3)保持M、N間電場(chǎng)強(qiáng)度E不變,M板向上平移了d后,設(shè)板間電壓為U′,則U′==⑦ 設(shè)粒子進(jìn)入S孔時(shí)的速度為v′,由①式看出= 綜合⑦式可得v′=v⑧ 設(shè)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r′,則r′=⑨ 設(shè)粒子從S到第一次與圓筒碰撞期間的軌跡所對(duì)圓心角為θ,比較⑥⑨兩式得到r′=R,可見θ=⑩ 粒子須經(jīng)過(guò)四個(gè)這樣的圓弧才能從S孔射出,故n=3? 答案:(1) (2) (3)3

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