1、第九章 第3单元 复合场中带电粒子的运动一、单项选择题(本题共5小题，每小题7分，共35分)1（2012濮阳油田模拟）如图1所示，匀强磁场的方向竖直向下磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管试管在水平拉力F作用下向右匀速运动，带电小球能从管口处飞出关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确是 ()A小球带负电 图1B洛伦兹力对小球做正功C小球运动的轨迹是一条抛物线D维持试管匀速运动的拉力F应保持恒定图22某空间存在着如图2所示的水平方向的匀强磁场，A、B两个物块叠放在一起，并置于光滑的绝缘水平地面上物块A带正电，物块B为不带电的绝缘块水平恒力F作用在物块B
2、上，使A、B一起由静止开始向左运动在A、B一起向左运动的过程中，A、B始终保持相对静止以下关于A、B受力情况的说法中正确的是 ()AA对B的压力变小 BB、A间的摩擦力保持不变CA对B的摩擦力变大 DB对地面的压力保持不变3（2012濮阳油田模拟）一重力不计的带电粒子以初速度v0(v0W2C一定是W1W2, 也可能是W1W24环形对撞机是研究高能粒子的重要装置，如图4所示，正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B.两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在
3、碰撞区迎面相撞为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是 ()图4A对于给定的加速电压，带电粒子的比荷越大，磁感应强度B越大B对于给定的加速电压，带电粒子的比荷越大，磁感应强度B越小C对于给定的带电粒子，加速电压U越大，粒子运动的周期越大D对于给定的带电粒子，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变图55如图5所示，某一真空室内充满竖直向下的匀强电场E，在竖直平面内建立坐标系xOy，在y0的空间内，将一质量为m的带电液滴(可视为质点)自由释放，此液滴则沿y轴的负方向，以加速度a2g(g为重力加速度)做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，被安置在原点的一个装置瞬间改变了带电性
4、质(液滴所带电荷量和质量均不变)，随后液滴进入y0的空间运动液滴在y0的空间内的运动过程中()A重力势能一定不断减小B电势能一定先减小后增大C动能不断增大D动能保持不变二、多项选择题(本题共4小题，每小题7分，共28分每小题有多个选项符合题意，全部选对的得7分，选对但不全的得3分，错选或不答的得0分)6在某地上空同时存在着匀强的电场与磁场，一质量为m的带正电小球，在该区域内沿水平方向向右做直线运动，如图6所示，关于场的分布情况可能的是()A该处电场方向和磁场方向重合 图6B电场竖直向上，磁场垂直于纸面向里C电场斜向里侧上方，磁场斜向外侧上方，均与v垂直D电场水平向右，磁场垂直于纸面向里7如图7
5、所示，质量为m、电荷量为q的带电液滴从h高处自由下 落，进入一个互相垂直的匀强电场和匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面，磁感应强度为B，电场强度为E.已知液滴在此区域中做匀速圆周运动，则圆周运动的半径r为 () 图7A. B. C. D.8（2012林州一中模拟）场强为E的匀强电场与磁感应强度为B的匀强磁场正交，复合场的水平宽度为d，竖直方向足够长，如图8所示现有一束带电荷量为q、质量为m的粒子以各不相同的初速度v0沿电场方向射入场区，则那些能飞出场区的粒子的动能增量Ek可能为 ()Adq(EB) B.CqEd D0 图89如图9所示，Q1、Q2带等量正电荷，固定在光滑的绝缘杆的两端，杆上套一带
6、正电 的小球，杆所在的区域同时存在一个匀强磁场，方向如图所示，小球的重力不计现将小球从图示位置由静止释放，在小球运动过程中，下列说法图 9中正确的是 () A小球的速度将一直增大B小球的加速度将不断变化C小球所受洛伦兹力将一直增大D小球所受洛伦兹力大小变化，方向也变化三、计算题(本题共3小题，共37分解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤只写出最后答案的不能得分有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)10(11分)如图10所示，一质量为m、电荷量为q的带正电的小球以水平初速度v0从离地高为h的地方做平抛运动，落地点为N，不计空气阻力，求：(1)若在空间加一个竖直方向的匀强电场
7、，使小球沿水平方向做匀速直线运动，则场强E为多大？(2)若在空间再加上一个垂直于纸面向外的匀强磁场，小球的落地点仍 图10为N，则磁感应强度B为多大？11(12分)(2010苏州模拟)质谱仪可测定同位素的组成现有一束一价的钾39和钾41离子经电场加速后，沿着与磁场和边界均垂直的方向进入匀强磁场中，如图11所示测试时规定加速电压大小为U0，但在实验过程中加速电压有较小的波动，可能偏大或偏小U.为使钾39和钾41打在照相底片上的区域不重叠，U不得超过多少？(不计离子的重力)12、（2012四川卷）（20分）如图所示，水平虚线X下方区域分布着方向水平、垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，整个空间
8、存在匀强电场（图中未画出）。质量为m，电荷量为+q的小球P静止于虚线X上方A点，在某一瞬间受到方向竖直向下、大小为I的冲量作用而做匀速直线运动。在A点右下方的磁场中有定点O，长为l的绝缘轻绳一端固定于O点，另一端连接不带电的质量同为m的小球Q，自然下垂。保持轻绳伸直，向右拉起Q，直到绳与竖直方向有一小于50的夹角，在P开始运动的同时自由释放Q，Q到达O点正下方W点时速率为v0。P、Q两小球在W点发生正碰，碰后电场、磁场消失，两小球粘在一起运动。P、Q两小球均视为质点，P小球的电荷量保持不变，绳不可伸长，不计空气阻力，重力加速度为g。 (1)求匀强电场场强E的大小和P进入磁场时的速率v； (2)
9、若绳能承受的最大拉力为F，要使绳不断，F至少为多大？ (3)求A点距虚线X的距离s。第九章 第3单元 复合场中带电粒子的运动【参考答案与详细解析】一、单项选择题(本题共5小题，每小题7分，共35分)1解析：小球能从管口飞出，起初洛伦兹力方向指向管口，由左手定则可得小球带正电，A项错误；洛伦兹力方向和小球运动(相对桌面，不是相对试管)方向始终垂直，洛伦兹力不 做功，B项错误；小球在管中向外运动，同时随管一起运动，所以小球运动的轨迹是一条抛物线，C项正确；小球受到的洛伦兹力是变力，小球对管的作用力也就是变力，所以要保持管做匀速运动，拉力F也是变力，D项错误答案：C2解析：由牛顿第二定律：F(mAm
10、B)a，a， A、B间摩擦力FfmAaF，保持不变，B正确，C错由左手定则可知，A受洛伦兹力向下，所以A对B、B对地面的压力均变大，A、D错，故应选B.答案：B3解析：无论粒子带何种电荷，电场力和洛伦兹力的方向总是相反的，因此，把电场和磁场正交叠加时，粒子在电场力方向上的位移减小了，电场力做的功比原来小了，即W20的空间内以加速度a2g做匀加速直线运动，可知液滴带正电，且电场力等于重力，当液滴运动到坐标原点时变为负电荷，液滴进入y 0的空间内运动，电场力等于重力，液滴做匀速圆周运动，重力势能先减小后增大，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，动能保持不变，故选D.答案：D二、多项选择题(
11、本题共4小题，每小题7分，共28分每小题有多个选项符合题意，全部选对的得7分，选对但不全的得3分，错选或不答的得0分)6解析：带电小球在复合场中运动一定受重力和电场力，是否受洛伦兹力需具体分析A选项中若电场、磁场方向与速度方向垂直，则洛伦兹力与电场力垂直，如果它们与重力的合力为0，小球就会做直线运动B选项中电场力、洛伦兹力都向上，若它们与重力的合力为0，小球也会做直线运动C选项中电场力斜向里侧上方，洛伦兹力向外侧下方，若它们与重力的合力为0，小球就会做直线运动D选项三个力的合力不可能为0，因此选项A、B、C正确答案：ABC7解析：液滴进入复合场的速度v，液滴在重力、电场力、洛伦兹力作用下做匀速
12、圆周运动，满足mgqE，qvBm，可得A、C选项正确答案：AC8解析：粒子可从左侧飞出或从右侧飞出场区，由于洛伦兹力不做功，电场力做功与路径无关，所以从左侧飞出时Ek0，从右侧飞出时EkEqd，选项C、D正确答案：CD9解析：Q1、Q2连线上中点处电场强度为零，从中点向两侧电场强度增大且方向都指向中点，故小球所受电场力总是指向中点，又因杆光滑，所以小球将做关于Q1Q2连线中点对称的往复运动，中点位置速度最大，两端速度为零，所以洛伦兹力的大小和方向都不断变化由以上分析可知B、D项正确答案：BD三、计算题(本题共3小题，共37分解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤只写出最后答案的不能
13、得分有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)10解析：(1)由于小球受电场力和重力且做匀速直线运动，故qEmg，所以E.(2)再加上匀强磁场后，由于重力与电场力平衡，故小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动R由几何关系得：R2x2(Rh)2其中xv0tv0由以上几式解得：B.答案：(1)(2)11解析：设加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，电荷的电荷量为q，质量为m，运动半径为R，则由qUmv2，qvBm，解得R 由此式可知，在B、q、U相同时，m小的半径小，所以钾39半径小，钾41半径大；在m、B、q相同时，U大半径大设：钾39质量为m1，电压为U0U时，最大半径为R1；钾41质量为m2，
14、电压为U0U时，钾41最小半径为R2.则R1 R2 令R1R2，则m1(U0U)m2(U0U)解得：UU0U0U0.答案：U01212解：(1)设小球P所受电场力为F1，则F1=qE在整个空间重力和电场力平衡，有Fl=mg联立相关方程得E=mg/q设小球P受到冲量后获得速度为v，由动量定理得I=mv得v=I/m说明：式各1分。(2)设P、Q同向相碰后在W点的最大速度为vm，由动量守恒定律得mv+mv0=(m+m)vm此刻轻绳的张力也为最大，由牛顿运动定律得F-(m+m)g=vm2联立相关方程，得F=()2+2mg说明：式各2分，式1分。(3)设P在肖上方做匀速直线运动的时间为h，则tP1= 设P在X下方做匀速圆周运动的时间为tP2，则 tP2= 设小球Q从开始运动到与P球反向相碰的运动时间为tQ，由单摆周期性，有 11由题意，有 tQ=tP1+ tP2 12 联立相关方程，得 n为大于的整数13设小球Q从开始运动到与P球同向相碰的运动时间为tQ,由单摆周期性，有 14 同理可得 n为大于的整数15 说明：11 12 14式各1分，1315式各2分。高考资源网w w 高 考 资源 网