2019高考物理二轮复习专题限时集训八带电粒子在磁场及复合场中的运动A.doc
专题限时集训（八）带电粒子在磁场及复合场中的运动A1.如图Z8-1所示,在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环,圆环处于静止状态,圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,环与磁场边界交点A、B与圆心O连线的夹角为120°,此时悬线的拉力为F.若圆环通电,使悬线的拉力刚好为零,则环中电流()图Z8-1A.大小为,沿顺时针方向B.大小为,沿逆时针方向C.大小为,沿顺时针方向D.大小为,沿逆时针方向2.如图Z8-2所示,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等.已知通电直导线周围的磁场磁感应强度大小B=.关于以上几点处的磁感应强度,下列说法正确的是()图Z8-2A.O点处的磁感应强度为零B.a、b两点处的磁感应强度大小不相等,方向相同C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同D.a、c两点处磁感应强度的方向不同3.已知通电长直导线周围某点的磁感应强度B=k,即磁感应强度B与导线中的电流I成正比,与该点到导线的距离r成反比.如图Z8-3所示,两根平行长直导线相距为x0,通以大小相等、方向相同的电流,方向如图所示.规定磁场方向垂直于纸面向里为正,在0x0区间内磁感应强度B随x变化的图线可能是图Z8-4中的()图Z8-3图Z8-44.如图Z8-5所示,虚线边界左、右两侧均有匀强磁场,其磁感应强度大小分别为B1、B2.一带电粒子(不计重力)由a点垂直于边界以大小为v的速度向左运动,在左侧磁场中运动先经过虚线边界上的b点,然后在右侧匀强磁场中运动到达虚线边图Z8-5界上的c点,已知ac=ab.下列说法正确的是()A.粒子可能带负电B.=C.在题述过程中,粒子在边界右侧运动的时间是在左侧运动时间的1.5倍D.若仅使粒子进入磁场中的速度变为2v,则其在边界左侧做匀速圆周运动的向心加速度变为原来的5.如图Z8-6所示,电子经电场加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,在磁场中转半个圆周后打在P点,通过调节两极板间电压U可以控制P点的位置,设OP=x,能够正确反映U与x关系的图像是图Z8-7中的()图Z8-6图Z8-76.如图Z8-8所示,空间存在水平向左的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场,电场和磁场相互垂直.在电磁场区域中有一个竖直放置的光滑绝缘圆环,环上套有一个带正电的小球,小球可沿圆环自由运动.O点为圆环的圆心,a、b、c为圆环上的三个点,a点为最高点,c点为最低点,Ob沿水平方向.已知小球所受电场力与重力大小相等.现将小球从环的顶端a点由静止释放.下列判断正确的是()图Z8-8A.当小球运动的弧长为圆周长的时,洛伦兹力最大B.当小球运动的弧长为圆周长的时,洛伦兹力最小C.小球从a点运动到b点,重力势能减小,电势能增大D.小球从b点运动到c点,电势能增大,动能先增大后减小7.(多选)如图Z8-9所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里,匀强电场的电场强度为E,方向竖直向下,有一质子(重力不计)恰能以速率v从左向右沿直线水平飞越此区域.下列说法正确的是()图Z8-9A.若一电子以速率v从左向右飞入,则该电子将向上偏转B.若一电子以速率v从左向右飞入,则该电子将沿直线运动C.该质子通过此区域的速度v=D.该质子通过此区域的速度v=8.(多选)图Z8-10为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场的场强大小恒定,且被限制在A、C板间,虚线中间不需加电场.带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动.粒子穿出虚线间区域的位置依次记为P1、P2、P3、,对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是()图Z8-10A.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关B.带电粒子每运动一周被加速一次C.P1P2=P2P3D.加速电场方向不需要做周期性的变化9.(多选)为了测量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Z8-11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,在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N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,用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积).下列说法中正确的是()图Z8-11A.若污水中负离子较多,则N板电势比M板电势高B.M板电势一定高于N板的电势C.污水中离子浓度越高,电压表的示数越大D.电压表的示数U与污水流量Q成正比10.(多选)自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率.如图Z8-12甲所示,自行车前轮上安装一块磁铁,轮子每转一圈,这块磁铁就靠近传感器一次,传感器会输出一个脉冲电压,图乙为霍尔元件的工作原理图.当磁铁靠近霍尔元件时,导体内定向运动的电荷在磁场力作用下偏转,最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差,即为霍尔电势差.下列说法正确的是()图Z8-12A.根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小B.自行车的车速越大,霍尔电势差越高C.图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的D.如果长时间不更换传感器的电源,霍尔电势差将减小11.(多选)半导体内导电的粒子“载流子”有两种:自由电子和空穴(空穴可视为能自由移动的带正电粒子).以空穴导电为主的半导体叫P型半导体,以自由电子导电为主的半导体叫N型半导体.图Z8-13为检验半导体材料的类型和对材料性能进行测试的原理图,图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品板放在沿y轴正方向的匀强磁场中,磁感应强度大小为B.当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品板时,会产生霍尔电势差UH.已知每个载流子所带电荷量的绝对值为e,下列说法中正确的是()图Z8-13A.如果上表面电势低,则该半导体为N型半导体B.如果上表面电势低,则该半导体为P型半导体C.其他条件不变,增大c时,UH增大D.样品板在单位体积内参与导电的载流子数目为n=12.(多选)如图Z8-14所示,在直角坐标系xOy的第二象限中有水平向右的匀强电场,在第一象限内存在垂直于纸面向外的匀强磁场.一电荷量为q、质量为m的带电粒子以垂直于x轴的速度v0从x轴上的P点进入匀强电场,与y轴正方向成45°角射出电场,再经过一段时间又恰好垂直于x轴进入第四象限.已知O、P之间的距离为d,粒子重力不计,则()图Z8-14A.带电粒子通过y轴时的坐标为(0,d)B.电场强度的大小为C.带电粒子在电场和磁场中运动的总时间为D.磁感应强度的大小为专题限时集训(八)A1.A解析 由平衡条件知BIL=mg=F,安培力方向竖直向上,由左手定则可判断,电流为顺时针方向,又L=2Rsin 60°=R,则电流大小I=,选项A正确.2.C解析 两导线在O点产生的磁场磁感应强度等大同向(方向垂直于连线向下),合磁感应强度不为0,选项A错误.根据磁感应强度的叠加原理,a、b两点处磁感应强度大小相等,方向相同;c、d两点处磁感应强度大小相等,方向相同;a、c两点处磁感应强度方向相同,选项C正确,B、D错误.3.A解析 当x=时,磁场叠加后合磁感应强度为0;在x<区间,I1产生的磁场的磁感应强度大于I2产生的磁场的磁感应强度,合磁感应强度为正;在<x<x0区间,I1产生的磁场的磁感应强度小于I2产生的磁场的磁感应强度,合磁感应强度为负,选项A正确.4.C解析 根据左手定则可知粒子带正电,选项A错误;粒子运动轨迹如图所示,根据洛伦兹力提供向心力,有qvB=m,可得r=,则r1=,r2=,根据几何关系可得r1=,r2=,联立可得=,选项B错误;粒子在左、右两侧磁场中运动的周期分别为T1=,T2=,运动的时间均为半个周期,所以粒子在边界右侧运动的时间是在左侧运动时间的1.5倍,选项C正确;根据qvB1=ma,解得a=,若仅使粒子进入磁场中的速度变为2v,则其在边界左侧做匀速圆周运动的向心加速度变为原来的2倍,选项D错误.5.C解析 电子在电场中加速,有qU=mv2,进入磁场,有x=2r=,整理可得x2=,选项C正确.6.D解析 由洛伦兹力公式F=qvB可知,速度越大,则洛伦兹力越大,而速度最大的位置在等效重力场(重力场和电场的复合场)的最低点,即圆弧bc的中点,选项A、B错误;小球从a点运动到b点,电场力做正功,电势能减小,选项C错误;小球从b点运动到c点,电场力做负功,电势能增大,在等效重力场的最低点动能最大,故动能先增大后减小,选项D正确.7.BC解析 质子从左向右飞入,受到向下的电场力和向上的洛伦兹力作用,因恰能沿直线水平飞出,可知电场力和洛伦兹力平衡,有qE=qvB,得v=.若是电子,也从左向右以速度v飞入,电场力和洛伦兹力的方向相反,发现还是有v=,所以带电粒子只要以速度v从左向右水平飞入,粒子就会沿直线射出,与电性和电荷量无关,故A、D错误,B、C正确.8.BD解析 由带电粒子的轨迹半径公式r=可得,最大速度与D形盒的半径有关,选项A错误;虚线中间区域不需加电场,粒子每运动一周被加速一次,选项B正确;由动能定理,粒子每加速一次有mv'2-mv2=qU,知v3-v2<v2-v1,由r=得r3-r2<r2-r1,即P2P3<P1P2,选项C错误;加速电场方向不需要做周期性的变化,选项D正确.9.BD解析 污水中的离子都随水流运动,由左手定则可判断,正离子偏转到M板,负离子偏转到N板,所以M板的电势高于N板的电势,A错误,B正确;离子在电场力和洛伦兹力的共同作用下运动,最终达到平衡,即电场力等于洛伦兹力,有q=Bqv,解得U=Bvc,与离子浓度无关,C错误;测出离子随水流移动的速度,即水流的速度,从而求出流量Q=cbv,得U=,则U与Q成正比,故D正确.10.AD解析 根据单位时间内的脉冲数可知车轮转动的转速,若已知自行车车轮的半径,根据v0=2rn即可获知车速大小,选项A正确;根据霍尔效应原理可知q=Bqv,U=Bdv,与车轮转速无关,选项B错误;图乙中霍尔元件的电流I是由电子定向运动形成的,选项C错误;如果长时间不更换传感器的电源,则会导致电子定向移动的速率减小,故霍尔电势差将减小,选项D正确.11.AD解析 若上表面电势低,即带负电,因粒子受到的洛伦兹力向上,故载流子是带负电的自由电子,该半导体是N型半导体,故A正确,B错误;最终洛伦兹力和电场力平衡,有evB=e ,则UH=Bbv,与c无关,故C错误;电流的微观表达式为I=nevS=nevbc,联立解得n=,D正确.12.BC解析 粒子在电场中做类平抛运动,因为进入磁场时速度方向与y轴正方向成45°角,所以沿x轴方向的分速度vx=v0,在x轴方向做匀加速运动,有d=t1,沿y轴方向做匀速运动,有s=v0t1=2d,选项A错误;根据vx=v0=·=,解得E=,选项B正确;粒子进入磁场后做匀速圆周运动,轨迹如图所示,由图可知粒子运动的半径R=2d,轨迹对应的圆心角=135°=,所以在磁场中的运动时间为t2=,在电场中的运动时间为t1=,所以总时间为t=t1+t2=,选项C正确;由qvB=可得,磁感应强度B=,选项D错误.7
