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2022届高考物理一轮复习 热点强化9 带电粒子在复合场中的运动(含解析)新人教版.doc

上传人:高**** 文档编号:419289 上传时间:2024-05-27 格式:DOC 页数:9 大小:235KB
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资源描述

1、高考热点强化(九)带电粒子在复合场中的运动(时间:40分钟)1如图所示,已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后,水平进入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B的复合场中(E和B已知),小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动,则()A小球可能带正电B小球做匀速圆周运动的半径为rC小球做匀速圆周运动的周期为TD若电压U增大,则小球做匀速圆周运动的周期增加C因小球做匀速圆周运动,所以重力和电场力二力平衡,合外力等于洛伦兹力且提供向心力,故小球只能带负电,A错误;由Bvqm,Uqmv2,T及Eqmg,可得r,T,B错误,C正确;由T可知,电压U增大,小球做匀速圆周运动的周期不变,所以D错误

2、。2.在如图所示的平面环境中,匀强磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度B2.5 T;匀强电场方向水平向左,场强E N/C。一个带负电的小颗粒质量m3.0107 kg,带电荷量q3.0106 C,带电小颗粒在这个区域中刚好做匀速直线运动(g取10 m/s2)。则由此数据可知,下列说法中正确的是()A这个带电小颗粒一定沿与水平方向成30角向右下方做匀速直线运动B这个带电小颗粒做匀速直线运动的速度大小为0.4 m/sC若小颗粒运动到图中P点时,把磁场突然撤去,小颗粒将做匀加速直线运动D撤去磁场后,若小颗粒通过与P点在同一电场线上的Q点,那么从P点运动到Q点所需时间为0.08 sD带电小颗粒受力如图:ta

3、n ,所以30,由左手定则可知带负电小颗粒运动方向应与水平方向成60角斜向右上方,由平衡条件可得qvB,解得v0.8 m/s,选项A、B错误;撤去磁场后,小颗粒受到的重力和电场力的合力与速度方向垂直,故小颗粒将做匀变速曲线运动(类平抛运动),选项C错误;在竖直方向上,小颗粒做初速度为vsin 60、加速度为g的竖直上抛运动,从P点运动到Q点所需时间为t0.08 s,选项D正确。3.(多选)(2020镇江模拟)如图所示为一种获得高能粒子的装置原理图,环形管内存在垂直于纸面、磁感应强度大小可调的匀强磁场(环形管的宽度非常小),质量为m、电荷量为q的带正电粒子可在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两

4、块中心开有小孔且小孔距离很近的平行极板,原来电势均为零,每当带电粒子经过A板刚进入A、B之间时,A板电势升高到U,B板电势仍保持为零,粒子在两板间的电场中得到加速,每当粒子离开B板时,A板电势又降为零,粒子在电场中一次一次地加速使得动能不断增大,而在环形区域内,通过调节磁感应强度大小可使粒子运行半径R不变,已知极板间距远小于R,则下列说法正确的是()A环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向里B粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速,绕行N圈后回到A板时获得的总动能为NqUC粒子在绕行的整个过程中,A板电势变化的周期不变D粒子绕行第N圈时,环形区域内匀强磁场的磁感应强度为BD粒子在A、B

5、之间加速,故粒子是沿顺时针方向运动,在磁场中洛伦兹力提供向心力,故磁场方向垂直纸面向外,选项A错误;粒子在电场中加速,根据动能定理,有EkNqU,故选项B正确;粒子在加速,根据T,周期要减小,故选项C错误;由动能定理知NqUmv,得到vN,由牛顿第二定律,则有mqvNBN,解得BN,联立解得BN,故选项D正确。4.(多选)如图所示,在第二象限内有水平向右的匀强电场,在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场,磁感应强度大小相等。在该平面有一个质量为m、带电荷量q的正电粒子,以初速度v0垂直x轴,从x轴上的P点进入匀强电场,之后与y轴成45角射出电场,再经过一段时间恰好垂直于x轴进入下面的磁场

6、,已知OP之间的距离为d,不计带电粒子的重力,则()A磁感应强度BB电场强度EC自进入磁场至在磁场中第二次经过x轴所用时间为D自进入磁场至在磁场中第二次经过x轴所用时间为BD粒子的轨迹如图所示,带电粒子在电场中做类平抛运动,水平方向做匀加速运动,竖直方向做匀速运动,由题得知,出电场时,vxvyv0,根据xdvxt、yvytv0t,得y2x2d,出电场时与y轴交点坐标为(0,2d),则设粒子在磁场中运动的半径为R,则有Rsin(180)y2d,而135,解得:R2d,粒子在磁场中运动的速度vv0,根据R,解得B,故A错误;根据vxattv0、xvxt,得E,故B正确;在第一象限运动时间t1T,在

7、第四象限运动时间t2T,所以自进入磁场至在磁场中第二次经过x轴所用总时间tt1t2,故D正确,C错误。5(多选)(2020石家庄模拟)如图所示是某霍尔元件的内部结构图,其载流子为电子,a接直流电源的正极,b接直流电源的负极,cd间输出霍尔电压,下列说法正确的是()A若工作面水平,置于竖直向下的磁场中,c端的电势高于d端Bcd间霍尔电压与ab间电流大小有关C将该元件移至另一位置,若霍尔电压相同,则两处的磁场强弱相同D在测定地球赤道上的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持竖直ABD若工作面水平,置于竖直向下的磁场中,由于电流从a流向b,电子从b流向a,由左手定则可知,电子偏向d极,则c端的电势高于d

8、端,选项A正确;cd间霍尔电压满足qBqv,而IneSv,可知UBdv,即cd间霍尔电压与ab间电流大小有关,选项B正确;由以上分析可知,将该元件移至另一位置,若霍尔电压相同,则两处的磁场强弱不一定相同,选项C错误;地球赤道处的磁场与地面平行,则在测定地球赤道上的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持竖直,选项D正确;故选A、B、D。6.(多选)如图所示,竖直直线MN右侧存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,现有一质量m0.01 kg、电荷量q0.01 C的小球从MN左侧水平距离为l0.4 m的A点水平抛出,当下落距离是水平距离的一半时从MN上的D点进入电磁场,并恰好能做匀速圆周运动,图

9、中C点是圆周的最低点且C到MN的水平距离为2l,不计空气阻力,g取10 m/s2,则()A小球的初速度为20 m/sB匀强电场的电场强度为10 V/mC匀强磁场的磁感应强度为B2TD小球从D到C运动的时间为0.1 sBD小球从A到D做平抛运动,lv0t,gt2,所以t0.2 s,v02 m/s,选项A错误;小球进入电磁场中恰好做匀速圆周运动,则qEmg,即E10 V/m,选项B正确;小球进入电磁场时有vygtv0,即小球进入电磁场时的速度为v2 m/s,且与MN成45角,由几何关系可得小球做匀速圆周运动的半径为r m,又因Bqvm,联立并代入数值得B2.5 T,选项C错误;小球从D到达C经历了

10、圆周,所以从D到C运动的时间为t0.1 s,选项D正确。7.(多选)空间同时存在匀强电场和匀强磁场。匀强电场的方向沿y轴正方向,场强大小为E;磁场方向垂直纸面向外。质量为m、电荷量为q的粒子(重力不计)从坐标原点O由静止释放,释放后,粒子恰能沿图中的曲线运动。已知该曲线的最高点P的纵坐标为h,曲线在P点附近的一小部分,可以看作是半径为2h的圆周上的一小段圆弧。则()A粒子在y轴方向做匀加速运动B粒子在最高点P的速度大小为C磁场的磁感应强度大小为D粒子经过时间运动到最高点BC粒子受到电场力和洛伦兹力作用,不可能做匀加速运动,故A错误;粒子从O运动到P的过程,只有电场力做功,由动能定理得:qEhm

11、v,解得:vP,故B正确;粒子经过P点时,由电场力和洛伦兹力的合力提供向心力,则有:qvPBqEm,联立解得:B,故C正确;粒子从O到P的过程不是圆周运动,时间无法求解,故D错误。8(多选)(2020宜昌模拟)如图所示,在直角坐标系xOy中,位于坐标轴上的M、N、P三点到坐标原点O的距离均为r,在第二象限内以O1(r,r)为圆心,r为半径的圆形区域内,分布着方向垂直xOy平面向外的匀强磁场;现从M点平行xOy平面沿不同方向同时向磁场区域发射速率均为v的相同粒子,其中沿MO1方向射入的粒子恰好从P点进入第一象限。为了使M点射入磁场的粒子均汇聚于N点,在第一象限内,以适当的过P点的曲线为边界(图中

12、未画出,且电场边界曲线与磁场边界曲线不同),边界之外的区域加上平行于y轴负方向的匀强电场或垂直xOy平面的匀强磁场,不考虑粒子间的相互作用及其重力。下列说法正确的是()A若OPN之外的区域加的是磁场,则所加磁场的最小面积为B若OPN之外的区域加的是电场,粒子到达N点时的速度最大为vC若OPN之外的区域加的是电场,粒子到达N点时的速度方向不可能与x轴成45D若OPN之外的区域加的是电场,则边界PN曲线的方程为yx2rABD由题意知,沿MO1方向射入的粒子恰好从P点进入第一象限,轨迹为圆弧,速度方向水平向右(沿x轴正方向)由几何关系知轨迹半径等于圆形磁场半径,作出由粒子轨迹圆的圆心、磁场圆的圆心以

13、及出射点、入射点四点组成的四边形为菱形,且所有从M点入射粒子进入第一象限速度方向相同,即均沿x方向进入第一象限,为了使M点射入磁场的粒子均汇聚于N点,OPN之外的区域加的是磁场,最小的磁场面积为图中阴影部分的面积,如图所示:根据几何关系可得所加磁场的最小面积为S2,故A正确;若OPN之外的区域加的是电场,粒子进入第一象限做类平抛运动,沿MO1入射的粒子到达N点时的运动时间最长,速度最大,速度与水平方向夹角也最大,设类平抛运动时间为t,在N点速度与水平方向夹角为,则有:水平方向:rvt,竖直方向:rt,联立解得:vy2v,vmaxv,tan 2,tan 451,故B正确,C错误;若OPN之外的区

14、域加的是电场,设边界PN曲线上有一点的坐标为(x,y),则xvt,yrat2,整理可得:,当xr时y0,整理可得边界PN曲线的方程为yx2r,故D正确。9.如图所示,在xOy坐标系的0yd的区域内分布着沿y轴正方向的匀强电场,在dy2d的区域内分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场,MN为电场和磁场的交界面,ab为磁场的上边界。现从原点O处沿x轴正方向发射出速率为v0、比荷(电荷量与质量之比)为k的带正电粒子,粒子运动轨迹恰与ab相切并返回磁场。已知电场强度E,不计粒子重力和粒子间的相互作用。试求:(1)粒子第一次穿过MN时的速度大小和水平位移的大小;(2)磁场的磁感应强度B的大小。解析(1)根

15、据动能定理,得qEdmv2mv,解得v2v0粒子在电场中做类平抛运动,有FqE,a,dat,xv0t1解得a1,x。(2)粒子运动的轨迹如图所示,设粒子以与x轴正方向成角进入磁场,tan ,解得60根据RRcos d,得R由牛顿第二定律可得qvBm,解得B。答案(1)2v0(2)10(2020河南九校联盟质检)如图所示,竖直平面内有一直角坐标系xOy,x轴沿水平方向。第二、三象限有垂直于坐标平面向里的匀强磁场,与x轴成30角的绝缘细杆固定在二、三象限;第四象限同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直于坐标平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,一质量为m、电荷量为q的带电小球a(可视为质点)穿在细杆

16、上沿细杆匀速下滑,在N点脱离细杆后恰能沿圆周轨道运动到x轴上的A点,且速度方向垂直于x轴。已知A点到坐标原点O的距离为l,小球a与绝缘细杆的动摩擦因数;,重力加速度为g,空气阻力忽略不计。求:(1)带电小球的电性及电场强度的大小E;(2)第二、三象限里的磁场的磁感应强度大小B1;(3)当带电小球a刚离开N点时,从y轴正半轴距原点O为h的P点(图中未画出)以某一初速度水平向右平抛一个不带电的绝缘小球b(可视为质点),b球刚好在运动到x轴时与向上运动的a球相碰,则b球的初速度为多大?解析(1)由带电小球a在第四象限内做圆周运动,知小球a所受电场力竖直向上,且mgqE,故小球a带正电,E。(2)带电小球a从N点运动到A点的过程中,洛伦兹力提供小球做圆周运动的向心力,设运动半径为R,有:qvBm由几何关系有RRsin l解得Rl,v带电小球a在杆上匀速下滑时,由平衡条件有mgsin (qvB1mgcos )解得B1。(3)带电小球a在第四象限内做匀速圆周运动的周期T2带电小球a第一次在第一象限从A点竖直上抛又返回到A点所用的时间为t0绝缘小球b平抛运动至x轴上的时间为t2小球a从N点第一次到A点所用时间为t1,则t1t故两球相碰有tn(n1,2)联立解得n1设b球的初速度为v0,则Rv0t解得v0。答案(1)带正电(2)(3)

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