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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 25《帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》試題
1.如圖所示,空間內(nèi)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一個(gè)正點(diǎn)電荷Q固定于磁場(chǎng)中的某一點(diǎn).另有一帶電粒子-q從a處、以初速度v0射出,射出方向與a、Q連線垂直,a、Q之間的距離為r.若不計(jì)重力,則粒子-q的運(yùn)動(dòng)軌跡可能為( )
A.以點(diǎn)電荷Q為圓心、以r為半徑,在紙面內(nèi)的圓周
B.開(kāi)始階段為紙面內(nèi)偏向v0右側(cè)的曲線
C.開(kāi)始階段為紙面內(nèi)偏向v0左側(cè)的曲線
D.沿初速度v0方向的直線
2.目前,世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī).如圖所示表示了它的發(fā)電原理:將一束等離子體垂直于磁場(chǎng)方向噴入磁
2、場(chǎng),在磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B,這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷,產(chǎn)生電壓.如果射入的等離子體速度均為v,兩金屬板的板長(zhǎng)為L(zhǎng),板間距離為d,板平面的面積為S,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于速度方向,負(fù)載電阻為R,等離子體充滿兩板間的空間.當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí),電流表示數(shù)為I,那么板間等離子體的電阻率為( )
A. B.
C. D.
3.如圖所示,已知一帶電小球在光滑絕緣的水平面上從靜止開(kāi)始經(jīng)電壓U加速后,水平進(jìn)入由互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B構(gòu)成的復(fù)合場(chǎng)中(E和B已知),小球在此空間的豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則( )
A.小球可能帶正電
B.小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
3、的半徑為r=
C.小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T(mén)=
D.若電壓U增大,則小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期增加
4.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)脈的血流速度.電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及一對(duì)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)離子隨血流一起在磁場(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3.0mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160μV,磁感應(yīng)強(qiáng)
4、度的大小為0.040T.則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為( )
A.1.3m/s,a正、b負(fù) B.2.7m/s,a正、b負(fù)
C.1.3m/s,a負(fù)、b正 D.2.7m/s,a負(fù)、b正
5.(xx·浙江溫州高三八校聯(lián)考)如圖所示,真空中存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的物體以速度v在豎直平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng),假設(shè)t=0時(shí)刻物體在軌跡最低點(diǎn)且重力勢(shì)能為零,電勢(shì)能也為零,則下列說(shuō)法不正確的是( )
A.物體帶負(fù)電且做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
B.物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,機(jī)械能與電勢(shì)能之和保持不變且大小為mv2
C.物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,重力勢(shì)能隨時(shí)
5、間的變化關(guān)系是Ep=mgR(1-cos)
D.物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,電勢(shì)能隨時(shí)間的變化關(guān)系是Ep'=mgR(cos-1)
6.如圖所示,空間的某一區(qū)域存在著相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),一個(gè)帶電粒子以某一初速度由A點(diǎn)進(jìn)入這個(gè)區(qū)域沿直線運(yùn)動(dòng),從C點(diǎn)離開(kāi)區(qū)域;如果將磁場(chǎng)撤去,其他條件不變,則粒子從B點(diǎn)離開(kāi)場(chǎng)區(qū);如果將電場(chǎng)撤去,其他條件不變,則這個(gè)粒子從D點(diǎn)離開(kāi)場(chǎng)區(qū).已知BC=CD,設(shè)粒子在上述三種情況下,從A到B、從A到C和從A到D所用的時(shí)間分別是t1、t2和t3,離開(kāi)三點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別是Ek1、Ek2、Ek3,粒子重力忽略不計(jì),以下關(guān)系正確的是( )
A.t1=t2
6、t3
C.Ek1>Ek2=Ek3 D.Ek1=Ek2
7、有可能值.
8.(xx·安徽卷)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的大小.
(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.
9.
8、(xx·山西五校聯(lián)考)如圖甲所示,帶有小孔的平行極板A、B間存在勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E0,極板間距離為L(zhǎng).其右側(cè)有與A、B垂直的平行極板C、D,極板長(zhǎng)度為L(zhǎng),C、D板加不變的電壓.C、D板的右側(cè)存在寬度為2L的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)邊界與A、B板平行.現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子(重力不計(jì)),從A板處由靜止釋放,經(jīng)電場(chǎng)加速后通過(guò)B板的小孔飛出;經(jīng)C、D板間的電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后恰能從磁場(chǎng)的左側(cè)邊界M點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域,速度方向與邊界夾角為60°,此時(shí)磁場(chǎng)開(kāi)始周期性變化,如圖乙所示(磁場(chǎng)從t=0時(shí)刻開(kāi)始變化,且以垂直于紙面向外為正方向),電子運(yùn)動(dòng)一段不少于的時(shí)間后從右側(cè)邊界上的N點(diǎn)飛出,飛出時(shí)速度方向與邊界夾
9、角為60°,M、N連線與磁場(chǎng)邊界垂直.
(1)求電子在A、B間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間.
(2)求C、D間勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小.
(3)寫(xiě)出磁感應(yīng)強(qiáng)度B0、變化周期T的大小各應(yīng)滿足的表達(dá)式.
參考答案
1.解析:如圖所示,在a點(diǎn),粒子受到的洛倫茲力qv0B向右、庫(kù)侖力向左.粒子做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力為.當(dāng)-qv0B=時(shí),粒子做以+Q為圓心、以r為半徑的勻速圓周運(yùn)動(dòng),故選A.當(dāng)qv0B時(shí),合外力向左,粒子左偏,故選C.當(dāng)=qv0B時(shí),開(kāi)始粒子沿直線向上運(yùn)動(dòng),與+Q的距
10、離變大,變小,不能保證所受合外力繼續(xù)為零,所以不能沿v0方向做直線運(yùn)動(dòng),故不選D.
答案:ABC
2.答案:A
3.解析:小球在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則小球受到的電場(chǎng)力和重力滿足mg=Eq,則小球帶負(fù)電,A錯(cuò)誤;因?yàn)樾∏蜃鰣A周運(yùn)動(dòng)的向心力為洛倫茲力,由牛頓第二定律和動(dòng)能定理可得:Bqv=,Uq=,可得:小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r=,B正確;由T=,可以得出T=,與電壓U無(wú)關(guān),所以CD錯(cuò)誤.
答案:B
4.解析:根據(jù)左手定則,可知a正b負(fù),所以C、D兩項(xiàng)錯(cuò);因?yàn)殡x子在場(chǎng)中所受合力為零,Bqv=q,所以v==1.3m/s,A項(xiàng)對(duì),B項(xiàng)錯(cuò).
答案:A
5.解析:物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),應(yīng)
11、有電場(chǎng)力與重力平衡,則物體所受電場(chǎng)力應(yīng)豎直向上,帶正電;洛倫茲力提供向心力,根據(jù)左手定則可知,物體應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;物體受重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力作用,只涉及機(jī)械能和電勢(shì)能,因而二者之和不變,選項(xiàng)B正確;如圖所示,設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t,物體位置如圖所示,則此時(shí)重力勢(shì)能Ep=mgR(1-cos θ),而θ=,得Ep=mgR(1-cos),選項(xiàng)C正確;因動(dòng)能不變,所以電勢(shì)能的變化與重力勢(shì)能的變化大小相等,變化情況相反,選項(xiàng)D正確.
答案:A
6.解析:當(dāng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí),粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)qE=qvB.當(dāng)只有電場(chǎng)時(shí),粒子從B點(diǎn)射出,做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),由運(yùn)動(dòng)的合成與分解可知,水平方向?yàn)閯?/p>
12、速直線運(yùn)動(dòng),所以 t1=t2;只有磁場(chǎng)時(shí),粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),速度大小不變,但路程變長(zhǎng),有t2
13、在上、下方區(qū)域的運(yùn)動(dòng)半徑分別為r1和r2,粒子第一次通過(guò)KL時(shí)距離K點(diǎn)為x.
由題意有3nx=1.8h(n=1,2,3…).
x≥,
x=,
得r1=,n<3.5,
即n=1時(shí),v=;
n=2時(shí),v=;
n=3時(shí),v=.
答案: (1)E=,方向豎直向上 (2)
(3) 可能的速度有三個(gè):,,
8.解析:(1)設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,則有
x=v0t=2h,y=at2=h,qE=ma
聯(lián)立以上各式可得E=.
(2)粒子到達(dá)a點(diǎn)時(shí)沿y軸方向的分速度vy=at=v0
所以v=v0
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),
14、有qvB=m
當(dāng)粒子從b點(diǎn)射出時(shí),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為最小值,此時(shí)有r=L,所以B=.
答案:(1) (2)v0 方向指向第Ⅳ象限與x軸正方向成45°角 (3)
9.解析:(1)電子在A、B間直線加速,加速度a=
電子在A、B間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,則L=at2
所以t=.
(2)設(shè)電子從B板的小孔飛出時(shí)的速度大小為v0,則電子從平行極板C、D間射出時(shí)沿電場(chǎng)方向的速度大小為vy=v0tan30°
又vy=,v0=at
解得C、D間勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E=E0.
(3)由題意可知,在磁場(chǎng)變化的半個(gè)周期內(nèi)電子的偏轉(zhuǎn)角為60°(如圖),所以,在磁場(chǎng)變化的半個(gè)周期內(nèi),電子在水平方向上的位移等于R.電子到達(dá)N點(diǎn)而且速度符合要求的空間條件:
MN=n·R=2L(n=1,2,3,…)
電子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R=
電子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小v==
解得B0=n(n=1,2,3,…)
電子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T0=
磁場(chǎng)變化周期T與T0間應(yīng)滿足的關(guān)系是
解得T=(n=1,2,3,…)
答案:(1) (2)E0
(3)B0=n(n=1,2,3,…) T=(n=1,2,3,…)