2022年高中物理重点强化卷带电粒子在复合场中的运动沪科版选修- .pdf

1 重点强化卷 (三) 带电粒子在复合场中的运动( 建议用时： 60 分钟 ) 一、选择题1如图 1 所示的正交电场和磁场中，有一粒子沿垂直于电场和磁场的方向飞入其中，并沿直线运动 ( 不考虑重力作用) ，则此粒子 ( ) 图 1 A一定带正电B一定带负电C可能带正电或负电，也可能不带电D一定不带电【解析】题中带电粒子在电场中受电场力，在磁场中受洛伦兹力，而带电粒子做直线运动， 根据电场力方向及洛伦兹力方向判定，可知两力必反向且与运动速度垂直，故无法判断是何种带电粒子，即带正电、负电和不带电粒子都满足题设条件，故正确选项为C. 【答案】C 2医生做某些特殊手术时，利用电磁血流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2 所示 由于血液中的正、负离子随血液一起在磁场中运动，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( ) 图 2 A1.3 m/s ，a正、 b 负B2.7 m/s ，a正、 b 负C1.3 m/s ，a负、 b 正名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 2 D2.7 m/s ，a负、 b 正【解析】由于正、负离子在匀强磁场中垂直于磁场方向运动，利用左手定则可以判断：a 电极带正电， b 电极带负电血液流动速度可根据离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为0，即qvBqE得vEBUBd1.3 m/s.【答案】A 31930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图3 所示这台加速器由两个铜质D形盒 D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是( ) 图 3 离子由加速器的中心附近进入加速器离子由加速器的边缘进入加速器离子从磁场中获得能量离子从电场中获得能量AB C D 【解析】回旋加速器对离子加速时，离子是由加速器的中心附近进入加速器的，故正确，错误；离子在磁场中运动时，洛伦兹力不做功，所以离子的能量不变，故错误；D形盒 D1、D2之间存在交变电场，当离子通过交变电场时，电场力对离子做正功，离子的能量增加，所以离子的能量是从电场中获得的，正确，故应选B. 【答案】B 4. 由中国提供永磁体的阿尔磁谱仪如图4 所示，它曾由航天飞机携带升空，将来安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电量与粒子相等但电性相反，例如反质子即为11H，假若使一束质子、反质子、粒子和反 粒子组成的射线， 以相同的速度通过OO进入匀强磁场B2而形成的4 条径迹如图所示，则 ( ) 【导学号： 37930073】名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 3 图 4 A1、3 是反粒子径迹B2、4 为反粒子径迹C1、2 为反粒子径迹D4 为反 粒子径迹【解析】根据左手定则可判定带电粒子在磁场中的偏转方向，从而确定1、2 为反粒子径迹【答案】C 5( 多选 ) 利用如图5 所示的方法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数n，现测得一块横截面为矩形的金属导体的宽为b，厚为d，并加有与侧面垂直的匀强磁场B，当通以图示方向电流I时，在导体上、下表面间用电压表可测得电压为U. 已知自由电子的电荷量为e，则下列判断正确的是( ) 图 5 A上表面电势高B下表面电势高C该导体单位体积内的自由电子数为IedbD该导体单位体积内的自由电子数为BIeUb【解析】画出平面图如图所示，由左手定则可知，自由电子向上表面偏转，故下表面电势高， B正确， A错误再根据eUdevB，IneSvnebdv得nBIeUb，故 D正确， C错误【答案】BD 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 4 6为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图6 所示的流量计该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场， 在前、后两个内侧面分别固定有金属板作为电极污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U. 若用Q表示污水流量 ( 单位时间内排出的污水体积) ，下列说法中正确的是( ) 图 6 A若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C污水中离子浓度越高电压表的示数将越大D污水流量Q与U成正比，与a、b无关【解析】由左手定则可以判断出若正离子较多时，正离子受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电势高，同理若负离子较多时，负离子向前表面偏转聚集而导致前表面电势低，故A、B错误设前、后表面间的最高电压为U，则qUbqvB，所以UvBb，由此可知U与离子浓度无关，故C错因Qvbc，而UvBb，所以QUcB，D正确【答案】D 7( 多选 ) 用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4 倍，原则上可以采用下列哪几种方法( ) A将其磁感应强度增大为原来的2 倍B将其磁感应强度增大为原来的4 倍C将 D形盒的半径增大为原来的2 倍D将 D形盒的半径增大为原来的4 倍【解析】粒子在回旋加速器中旋转的最大半径等于D形盒的半径R，由RmvqB得粒子最大动能Ek12mv2B2q2R22m，欲使最大动能为原来的4 倍，可将B或R增大为原来的2 倍，故 A、C正确【答案】AC 8在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带电荷量为q、质量为m的带正电小球，管道半径略大于小球半径，整个管道处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，磁感应强度方名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 5 向与管道垂直现给带电小球一个水平速度v0，且v0mgBq，则在整个运动过程中，带电小球克服摩擦力所做的功为( ) 图 7 A0 B.12mmgqB2C.12mv20D.12mv20mgqB2【解析】因为v0mgBq，所以mgqBv0，小球开始受到重力mg、向上的洛伦兹力qBv0、管道对球的支持力N(NmgqBv0) 和摩擦力f作用，小球在摩擦力作用下做减速运动，直至停止运动，所以小球克服摩擦力所做的功的大小为Wf| Ek| 12mv20012mv20，C正确【答案】C 9( 多选 ) 设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图8 所示，已知一离子在电场力和洛伦兹力的作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C点是运动的最低点，忽略重力，下列说法中正确的是( ) 图 8 A这离子必带正电荷BA点和B点位于同一高度C离子在C点时速度最大D离子到达B点时，将沿原曲线返回A点【解析】在电场力作用下向下运动或在洛伦兹力作用下向右偏转，说明离子带正电，A正确；由能量关系可知，B、C正确【答案】ABC 二、计算题10. 磁流体发电机是一项新兴的技术，它可以将内能直接转化为电能，如图9 所示，平行金属板A、B间有一个很强的磁场，将一束等离子体( 高温下电离的气体，含有大量的正、负带电粒子 ) 喷入磁场，A、B间便产生电压如果把A、B和用电器连接，A、B就是直流电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 6 源的两极图中的B板是发电机的正极；若A、B间的宽度为a，A、B的板宽为b，板间的磁场为匀强磁场，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，该发电机的电动势为多大图 9 【解析】用左手判断知正粒子向下偏，所以B板电势高 当两板间的粒子不再偏转时达到稳定，此时每个粒子都平衡：qvBqUa，电动势UBav. 【答案】Bav11已知质量为m的带电液滴，以速度v射入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，液滴在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动如图 10 所示求：【导学号： 37930074】图 10 (1) 液滴在空间受到几个力作用；(2) 液滴带电荷量及电性；(3) 液滴做匀速圆周运动的半径【解析】(1) 由于是带电液滴，它受到重力，又处于电、磁场中，还应受到电场力及洛伦兹力共三个力作用(2) 因液滴做匀速圆周运动，故必须满足重力与电场力平衡，所以液滴应带负电，则有mgEq，求得：qmgE. (3) 尽管液滴受三个力，但合力为洛伦兹力，所以仍可用半径公式RmvqB，把电荷量代入可得RmvmgEBEvgB. 【答案】(1) 三个力(2)mgE负电(3)EvgB12如图 11 所示，在坐标系xOy中，第一象限除外的其他象限都充满匀强磁场，磁感应强度都为B0.12 T 、方向垂直纸面向内P是y轴上的一点，它到坐标原点O的距离l名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 7 0.40 m 一比荷qm5.0 107C/kg 的带正电粒子从P点开始进入匀强磁场中运动，初速度v03.0 106m/s、方向与y轴正方向成夹角53并与磁场方向垂直不计粒子的重力作用已知sin 53 0.8 ，cos 53 0.6 ，求：【导学号： 33410142】图 11 (1) 粒子在磁场中运动的轨道半径R；(2) 在第一象限中与x轴平行的虚线上方的区域内充满沿x轴负方向的匀强电场( 如图 ) ，粒子在磁场中运动一段时间后进入第一象限，最后恰好从P点沿初速度的方向再次射入磁场求匀强电场的电场强度E和电场边界 ( 虚线 )与x轴之间的距离d. 【解析】(1) 粒子在磁场区域内运动，有qv0Bmv20R可得粒子运动的轨道半径Rmv0qB，代入数据解得R0.50 m. (2) 通过作图可知 ( 如图 ) ，粒子运动轨迹的圆心A恰好落在x轴上由几何关系可知：粒子从C点进入第一象限时的位置坐标为xRRcos 0.20 m 粒子进入匀强电场后做类平抛运动，设粒子在电场中运动时间为t，加速度为a，则ldv0tqEmax12at2vxat粒子运动到P点时，有vxv0tan 由以上各式，代入数据解得电场强度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 8 E8.0 105 N/C 电场边界 ( 虚线 ) 与x轴之间的距离d0.10 m. 【答案】(1)0.50 m (2)8.0 105 N/C 0.10 m 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -