高考物理一轮复习讲练测专题39带电粒子在复合场中的运动(练)Word版含解析.pdf

1-1（多选）如图所示，水平放置的带电平行金属板间有一垂直纸面向里的匀强磁场，某带电粒子平行与极板从左端中点O点以初速度0v射入板间，沿水平虚线在O处离开磁场，若带电粒子所受重力可忽略不计，下列判断正确的是：（）A上极板一定带正电B若粒子在O点由静止释放，且仍从O处离开磁场，则粒子最大速度为02vC只增加粒子带电量，粒子将不能沿水平虚线离开磁场D只增加粒子速度，粒子离开磁场时速度可能不变【答案】AD【名师点睛】速度选择器是利用电场力等于洛伦兹力的原理进行工作的，故速度选择器只能选择速度而不能选择电性同时注意电场力做功导致动能变化，而洛伦兹力始终不做功。2（多选）如图所示,真空中xOy平面内有一束宽度为d的带正电粒子束沿x轴正方向运动,所有粒子为同种粒子,速度大小相等,在第一象限内有一方向垂直xOy平面的有界匀强磁场区（图中未画出）,所有带电粒子通过磁场偏转后都会聚于x轴上的a点下列说法中正确的是：（）A磁场方向一定是垂直xOy平面向里B所有粒子通过磁场区的时间相同-2-C所有粒子在磁场区运动的半径相等D磁场区边界可能是圆【答案】CD【名师点睛】根据粒子的电性与运动轨迹，结合左手定则可确定磁场的方向，由洛伦兹力提供向心力，可求出影响运动轨迹半径的因素，而运动的时间，除与周期有关，还与圆心角有关。3（多选）磁流体发电是一项新兴技术如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场图中虚线框部分相当于发电机把两个极板与用电器相连，则：（）A用电器中的电流方向从A到BB用电器中的电流方向从B到AC若只增大磁场，发电机的电动势增大D若只减小喷入粒子的速度，发电机的电动势增大【答案】AC-3-【名师点睛】正确受力分析和运动过程分析是解决动力学问题的关键，先根据左手定则判断等离子体的正离子（或负离子）所受洛伦兹力的方向，从而知道金属板的电势高低，进一步受力分析结合牛顿第二定律可得出最终等离子体做匀速直线运动，根据洛伦兹力等于电场力即可得出结论。4如图所示，xOy平面内，A、B、C三点恰好组成一个直角三角形，B=90，C=60，BC长为l。D为 AC的中点，O为 AD的中点，第二象限内有沿-y方向的匀强电场；三角形BCD区域内有匀强磁场I，AB下方有匀强磁场II，方向均垂直纸面向里，一质量为m，电荷量为q（q0）的带电粒子从B点以速度0v沿+y方向进入磁场I，离开磁场I后又刚好从坐标原点O沿与-x成 30的方向进入电场，又从 A点离开电场进入磁场II，经磁场II偏转后回到B点，回到 B点的速度方向仍沿+y方向，之后带电粒子重复上述运动过程，不计粒子重力，求：（1）磁场I的磁感应强度B以及匀强电场的场强E的大小；（2）带电粒子运动的周期；【答案】（1）203mvEql、02mvBql（2）095 36lv【解析】（1）画出粒子运动如图所示-4-由几何关系，粒子在磁场I中运动的轨道半径为2lr由牛顿第二定律可得200vqv Bmr，解得02mvBql粒子在电场中运动时，沿y方向，qEma，002sin30vat沿x方向00cos302lvt，解得203mvEql【名师点睛】带电粒子在组合场中的运动问题，首先要运用动力学方法分析清楚粒子的运动情况，再选择合适方法处理对于匀变速曲线运动，常常运用运动的分解法，将其分解为两个直线的合成，由牛顿第二定律和运动学公式结合求解；对于磁场中圆周运动，要正确画出轨迹，由几何知识求解半径。5如图所示，在无限长的水平边界AB和 CD间有一匀强电场，同时在AEFC、BEFD区域分别存在水平向里和向外的匀强磁场，磁感应强度大小相同，EF 为左右磁场的分界线AB边界上的P点到边界EF的距离为（2+3）L,一带正电微粒从P点的正上方的O点由静止释放，从P点垂直 AB边界进入电、磁场区域，且恰好不从AB边界飞出电、磁场已知微粒在磁场中的运动轨迹为圆弧，重力加速度大小为g，电场强度大小E（E未知）和磁感应强度大小B（B未知）满足2EgLB，不考虑空气阻力，求：-5-（1）O点距离P点的高度h多大；（2）若微粒从O点以v0=3gL水平向左平抛，且恰好垂直下边界CD射出电、磁场，则微粒在磁场中运动的时间t多长？【答案】（1）12L（2）232?Ltkg（）（k=0、1、2、3、,）；（2）微粒在进入电磁场前做平抛运动，x1=v0t1，h=12gt12，代入数据解得：1Ltg，13xL，微粒在 M点的竖直分速度：1vgL，速度：2vgL，速度与AB夹角：=30，-6-【名师点睛】本题是带电粒子在复合场中的运动问题，考查了求距离、微粒的运动时间问题，分析清楚微粒运动过程，应用动能定理、牛顿第二定律、平抛运动规律即可正确解题，尤其是知道匀速圆周运动及平抛运动的规律特点，并灵活结合几何知识解答1（多选）如图甲所示，在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场，电场的方向水平向右（图甲中由B到 C），场强大小随时间变化情况如图乙所示；磁感应强度方向垂直于纸面、大小随时间变化情况如图丙所示在t=1s 时，从 A点沿AB方向（垂直于BC）以初速度v0射出第一个粒子，并在此之后，每隔2s 有一个相同的粒子沿AB方向均以初速度v0射出，并恰好均能击中C点，若AB=BC=L，且粒子由A运动到 C的运动时间小于1s。不计重力和空气阻力，对于各粒子由A运动到 C的过程中，以下说法正确的是：（）A电场强度E0和磁感应强度B0的大小之比为2v01 B第一个粒子和第二个粒子运动的加速度大小之比为21 C第一个粒子和第二个粒子通过C的动能之比为 1 4 D第一个粒子和第二个粒子运动的时间之比为:2【答案】AD-7-【名师点睛】本题考查了带电粒子在电场中的类平抛运动、在磁场中做匀速圆周运动等问题，分析清楚图象，明确粒子做什么运动，熟练应用基础知识，知道平抛运动在水平和竖直两个方向的运动规律及匀速圆周运动满足的关系即可正确解题。2如图所示，竖直平面内四分之一光滑圆弧轨道半径为R，等边三角形ABC的边长为L，顶点 C恰好位于圆周最低点，CD是 AB边的中垂线。在A、B两顶点上放置一对等量异种电荷。现把质量为m带电荷量为+Q的小球由圆弧的最高点M处静止释放，到最低点C时的速度为0v，不计+Q对原电场的影响，取无穷远处为零电势，静电力常量为k，则：（）A小球在圆弧轨道上运动过程机械能守恒BC点电势比D点电势高CM点电势为201(2)2mvmgRQ-8-D小球对轨道最低点C处的压力大小为2022vQqmgmkRL【答案】C【名师点睛】带电粒子在复合场中运动问题的分析思路1正确的受力分析除重力、弹力和摩擦力外，要特别注意电场力和磁场力的分析2正确分析物体的运动状态找出物体的速度、位置及其变化特点，分析运动过程如果出现临界状态，要分析临界条件带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子的受力情况（1）当粒子在复合场内所受合力为零时，做匀速直线运动（如速度选择器）（2）当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动（3）当带电粒子所受的合力是变力，且与初速度方向不在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线，由于带电粒子可能连续通过几个情况不同的复合场区，因此粒子的运动情况也发生相应的变化，其运动过程也可能由几种不同的运动阶段所组成。3（多选）如图所示，空间中存在一水平方向匀强电场和一水平方向匀强磁场，且电场方向和磁场方向相互垂直，在电磁场正交的空间中有一足够长的固定粗糙绝缘杆，与电场正方向成 60夹角且处于竖直平面内。一质量为m，带电量为+q的小球套在绝缘杆上。初始，给小球一沿杆向下的初速度0v，小球恰好做匀速运动，电量保持不变。已知重力加速度为g，磁感应强度大小为B，电场强度大小为3mgEq，则以下说法正确的是：（）-9-A小球的初速度02mgvqBB若小球的初速度为3mgqB，小球将做加速度不断增大的减速运动，最后停止C若小球的初速度为mgqB，小球将做加速度不断增大的减速运动，最后停止D若小球的初速度为mgqB，则运动中克服摩擦力做功为222232m gq B【答案】AC【解析】对小球进行受力分析如图，电场力的大小：33mgFqEqmgq，由于重力的方向竖直向下电场力的方向水平向右，二者垂直，合力：222GFFFmgmg，由几何关系可知，重力与电场力的合力与杆的方向垂直，所以重力与电场力的合力不会对小球做功，而洛伦兹力的方向与速度-10-的方向垂直，所以也不会对小球做功所【名师点睛】带电粒子在复合场中运动问题的分析思路1正确的受力分析：除重力、弹力和摩擦力外，要特别注意电场力和磁场力的分析2正确分析物体的运动状态找出物体的速度、位置及其变化特点，分析运动过程如果出现临界状态，要分析临界条件带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子的受力情况（1）当粒子在复合场内所受合力为零时，做匀速直线运动（如速度选择器）（2）当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动（3）当带电粒子所受的合力是变力，且与初速度方向不在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线，由于带电粒子可能连续通过几个情况不同的复合场区，因此粒子的运动情况也发生相应的变化，其运动过程也可能由几种不同的运动阶段所组成。4如图甲所示，在平行边界MN、PQ之间存在宽度为d的匀强电场，电场周期性变化的规律如图乙所示，取竖直向下为电场正方向；在平行边界MN、PQ左侧和右侧存在如图甲所示的两个长为2d，宽为d的匀强磁场区域和，其边界点分别为PQCD和MNFE。已知区域内匀强磁场的磁感应强度大小是区域内匀强磁场的磁感应强度大小的3 倍。在区域右边界中点A处，有一质量为m、电量为q、重力不计的带正电粒子以初速度v0沿竖直方向从磁场区域开始运动，以此作为计时起点，再经过一段时间粒子又恰好回到A点，如此循环，粒子循环一周，电场恰好变化一个周期，已知粒子离开区域进入电场时，速度恰好与电场方向垂直，sin53=0 8，cos53=0 6。求：