1、2013届高三物理总复习精品课时作业第34讲 带电粒子在复合场中的运动11930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形合D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是()A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量【解析】带电粒子在电场中得到能量，在磁场中转弯，转动越来越大，所以选项A、D正确，B、C错误【答案】AD2如图所示，一个带正电荷的物块m由静止开始从斜面上A点下滑，滑到水平面BC上的D点停下来已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同，且不计物块经过B处时的机械能损失先在ABC所在空
2、间加竖直向下的匀强电场，第二次让物块m从A点由静止开始下滑，结果物块在水平面上的D点停下来后又撤去电场，在ABC所在空间加水平向里的匀强磁场，再次让物块m从A点由静止开始下滑，结果物块沿斜面滑下并在水平面上的D点停下来则以下说法中正确的是( )AD点一定在D点左侧BD点一定与D点重合CD点一定在D点右侧 DD点一定与D点重合【解析】仅在重力场中时，物块由A点至D点的过程中，由动能定理得mghmgs1cos mgs20，即hs1cos s20，由题意知A点距水平面的高度h、物块与斜面及水平面间的动摩擦因数、斜面倾角、斜面长度s1为定值，所以s2与重力的大小无关，而在ABC所在空间加竖直向下的匀强
3、电场后，相当于把重力增大了，s2不变，D点一定与D点重合，B项正确；在ABC所在空间加水平向里的匀强磁场后，洛伦兹力垂直于接触面向上，正压力变小，摩擦力变小，重力做的功不变，所以D点一定在D点右侧，C项正确【答案】BC3三个质量相同的质点a、b、c带有等量的正电荷，它们从静止开始，同时从相同的高度落下，下落过程中a、b、c分别进入如图所示的匀强电场、匀强磁场和真空区域中设它们都将落到同一水平地面上，不计空气阻力，则下列说法中正确的是()A落地时a的动能最大 B落地时a、b的动能一样大Cb的落地时间最短 Dc的落地时间最长【解析】由于洛伦兹力对运动的电荷不做功，而质点a在下落过程中有电场力对其做
4、正功，所以落地时动能最大，选项A正确；质点a和b在竖直方向做自由落体运动，起始高度相同，落地时间相同；质点b受洛伦兹力作用，在竖直方向运动的加速度小于g，落地时间最长，选项A正确【答案】A4空间存在竖直向下的匀强电场和水平方向(垂直纸面向里)的匀强磁场，如图所示已知一离子在电场力和洛伦兹力共同作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C为运动的最低点不计重力，则()A该离子带负电BA、B两点位于同一高度CC点时离子速度最大D离子到达B点后，将沿原曲线返回A点【解析】由左手定则和离子运动的轨迹可判断出离子带正电，而洛伦兹力不做功【答案】BC5医生做某些特殊手术时，利用电磁血流
5、计来监测通过动脉的血流速度电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为0.040 T则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/s，a正、b负C1.3 m/s，a负、b正
6、 D2.7 m/s, a负、b正【解析】根据左手定则，可知a正b负，所以C、D两项错；因为离子在场中所受合力为零，有Bqvq，所以v1.3 m/s，A对，B错【答案】A甲6质量为m、带电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成角从O点进入如图甲所示的正交匀强电场和匀强磁场组成的复合场中，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A点下列说法正确的是( )A该微粒可能带正电也可能带负电荷B微粒从O到A的运动可能是匀变速运动C该磁场的磁感应强度大小BD该电场的电场强度E乙【解析】若微粒带正电荷，则其受力情况如图乙所示，显然不可能做匀速直线运动，所以微粒只能带负电，即A选项错误；微粒在电
7、场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A点，由于洛伦兹力与速度有关，所以只能做匀速直线运动，即B选项错误；根据平衡条件可得磁场的磁感应强度大小B，电场的电场强度E，即选项C、D正确【答案】CD7欧洲强子对撞机在2010年初重新启动，并取得了将质子加速到1.18万亿电子伏特的阶段成果，为实现质子对撞打下了坚实的基础质子经过直线加速器加速后进入半径一定的环形加速器，在环形加速器中，质子每次经过位置A时都会被加速(如图甲所示)，当质子的速度达到要求后，再将它们分成两束引导到对撞轨道中，在对撞轨道中两束质子沿相反方向做匀速圆周运动，并最终实现对撞(如图乙所示)质子是在磁场的作用下才得以做圆
8、周运动的下列说法中正确的是()A质子在环形加速器中运动时，轨道所处位置的磁场会逐渐减小B质子在环形加速器中运动时，轨道所处位置的磁场始终保持不变C质子在对撞轨道中运动时，轨道所处位置的磁场会逐渐减小D质子在对撞轨道中运动时，轨道所处的磁场始终保持不变【解析】质子在环形加速器中运动时，质子的速度越来越大，但半径保持不变根据R可知，当速度逐渐增大时，B也逐渐增大才能保持R不变，故A、B都不对；质子在对撞轨道中运动时，半径和速率均不变，故轨道所处位置的磁场始终保持不变，C不对，D正确【答案】D8如图所示，带电液滴从h高处自由落下，进入一个匀强电场与匀强磁场互相垂直的区域，磁场方向垂直于纸面，电场强度
9、为E，磁感应强度为B.已知液滴在此区域中做匀速圆周运动，则下列说法正确的是( )A液滴可能带正电，其做圆周运动的半径RB液滴一定带正电，但因电荷量未知，所以不能求出半径C若电场强度的方向竖直向上，则磁场方向一定垂直于纸面向里D若电场强度的方向竖直向上，则磁场方向一定垂直于纸面向外【解析】因为电场强度E和磁感应强度B的方向不确定，所以带电粒子可能带正电，也可能带负电，但必须有mgqE，mghmv2，Bqvm，联立解得：R，即选项A正确，B错误；若电场强度的方向竖直向上，说明液滴一定带正电，所以磁场方向一定垂直于纸面向里，即选项C正确，D错误【答案】AC9如图所示，平行板电容器的金属极板M、N的距
10、离为d，两板间存在磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外的匀强磁场，等离子群以速度v沿图示方向射入已知电容器的电容为C，则()A当开关S断开时，稳定后电容器的电荷量QBvdCB当开关S断开时，稳定后电容器的电荷量QBvdCC当开关S闭合时，稳定后电容器的电荷量QBvdCD当开关S闭合时，稳定后电容器的电荷量QBvdC【解析】洛伦兹力使正离子向N板偏转，负离子向M板偏转，当qqvB时离子不再偏转，故断开开关S时，电容器两极所能达到的最大电压UCBvd，最大电荷量QBvdC；当开关S闭合时，平行金属板及等离子群相当于一电源，电源电动势EBvd，由于内阻的存在，使得UCUMNEBvd，故QCBvdC.【
11、答案】BC甲10如图甲所示，两导体板水平放置，两板间的电势差为U, 带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U和v0的变化情况为( )Ad随v0的增大而增大，d与U无关 Bd随v0的增大而增大，d随U的增大而增大Cd随U的增大而增大，d与v0无关 Dd随v0的增大而增大，d随U的增大而减小【解析】带电粒子射出电场时速度的偏转角为，如图乙所示，有： cos ，又R，而d2Rcos 2cos ，选项A正确乙【答案】A11如图所示，坐标平面的第象限内存在大小为E、方向水平向左的匀强
12、电场，第象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场足够长的挡板MN垂直x轴放置且距原点O的距离为d.一质量为m、带电荷量为q的粒子若自距原点O为L的A点第一次以大小为v0、方向沿y轴正方向的速度进入磁场，则粒子恰好到达O点而不进入电场现该粒子仍从A点第二次进入磁场，但初速度大小为2v0，为使粒子进入电场后能垂直打在挡板上，求粒子(不计重力)在A点第二次进入磁场时：(1) 其速度方向与x轴正方向之间的夹角(2)粒子到达挡板上时的速度大小及打到挡板MN上的位置到x轴的距离【解析】设粒子以速度为v0时进入磁场后做圆周运动的半径为r，有：qv0Bm 得r设粒子以速度为2v0时进入磁场做圆
13、周运动的半径r，则：rL设其速度方向与x轴正方向之间的夹角为由图中的几何关系有：cos 得45或135.(2)为使粒子进入电场后能垂直打在挡板上，则要求粒子进入电场时速度方向与x轴正方向平行，如图所示粒子进入电场后由动能定理有：qEdmv2m(2v0)2得v当145时，粒子打到挡板MN上的位置到x轴的距离为y1rrsin 45(1)L当2135时，粒子打到挡板MN上的位置到x轴的距离为y2rrsin 45(1)L.【答案】(1)45或135(2)(1)L或(1)L12如图所示，粒子源S可以不断地产生质量为m、电荷量为q的粒子(重力不计)粒子从O1孔进入一个水平方向的加速电场(初速度不计)，再经
14、小孔O2进入相互正交的匀强电场和匀强磁场区域，电场强度大小为E，磁感应强度大小为B1，方向如图所示虚线PQ、MN之间存在着水平向右的匀强磁场，磁场范围足够大，磁感应强度大小为B2.一块折成直角的硬质塑料片abc(不带电，宽度、厚度都很小可以忽略不计)放置在PQ、MN之间，截面图如图，a、c两点分别位于PQ、MN上，abbcL，45.粒子能沿图中虚线O2O3的延长线进入PQ、MN之间的区域(1)求加速电压U1.(2)假设粒子与硬质塑料板相碰后，速度大小不变，方向变化遵守光的反射定律，那么粒子与塑料片第一次相碰后到第二次相碰前做什么运动？(3)粒子在PQ、MN之间的区域中运动的总时间t和总路程s分别是多少？ 【解析】(1)根据动能定理得：qU1mv粒子在正交场中做匀速运动，电场力和洛伦兹力平衡，因此v0解得：U1.(2)粒子碰到ab板反射后，将以大小为v0的速度垂直于磁场方向运动，在洛伦兹力作用下在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动，转动一周后打到ab板的下部(3)设粒子做圆周运动的周期T，由qv0B2和T，得T 粒子在磁场中共碰到2次板，做圆周运动所需的时间t12T；粒子进入磁场中，在水平方向的总位移sL，经历的时间t2，因此粒子在PQ、MN之间的区域中运动的总时间tt1t2粒子做圆周运动的半径r因此总路程s22rLL.【答案】(1)(2)匀速圆周运动(3)L
