2019人教版高考物理二轮复习练习：专题三+第3讲带电粒子在复合场中的运动+Word版含解析.pdf

限训练通高考 科学设题 拿下高考高分 (45 分钟)一、单项选择题 1(2018福建龙岩上学期期末)如图所示，两平行金属板中间有相互垂直的匀强磁场和匀强电场，不计重力的带电粒子沿垂直于电场和磁场方向射入有可能做直线运动的是()解析：A 图中，若粒子带正电，则粒子受向下的电场力和向下的洛伦兹力，粒子不能沿直线运动；同理当粒子带负电时也不能沿直线运动，选项A 错误B 图中，若粒子带正电，粒子受向上的电场力和向上的洛伦兹力，粒子不能沿直线运动；同理当粒子带负电时也不能沿直线运动，选项B 错误；C 图中，若粒子带正电，粒子受向下的电场力和向上的洛伦兹力，若二者相等，则粒子能沿直线运动；同理当粒子带负电时也可能沿直线运动，选项C 正确；D 图中，若粒子带正电，粒子受向上的电场力和向上的洛伦兹力，粒子不能沿直线运动；同理当粒子带负电时也不能沿直线运动，选项D 错误 答案：C 2.质量为m、电荷量为q 的微粒，以与水平方向成 角的速度v 从O 点进入方向如图所示的正交的匀强电场(场强大小为E)和匀强磁场(磁感应强度大小为B)组成的混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的作用下，恰好沿直线运动到A，重力加速度为g.下列说法中正确的是()A该微粒一定带正电 B微粒从O 到 A 的运动可能是匀变速运动 C该磁场的磁感应强度大小为mgqvcos D该电场的场强为Bvcos 解析：若微粒带正电，电场力水平向左，洛伦兹力垂直 OA 斜向右下方，则电场力、重力、洛伦兹力不能平衡，微粒不可能做直线运动，则微粒带负电，A 错误；微粒如果做匀变速运动，重力和电场力不变，而洛伦兹力变化，微粒不能沿直线运动，与题意不符，B 错误；由平衡条件得 qvBcos mg，qvBsin qE，知 C 正确，D 错误 答案：C 3.如图所示，空间的某个复合场区域内存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场质子由静止开始经一加速电场加速后，垂直于复合场的界面进入并沿直线穿过场区，质子(不计重力)穿过复合场区所用时间为t，从复合场区穿出时的动能为Ek，假设无论撤去磁场B 还是撤去电场E，质子仍能穿出场区，则()A若撤去磁场B，质子穿过场区时间大于t B若撤去电场E，质子穿过场区时间小于t C若撤去磁场B，质子穿出场区时动能大于Ek D若撤去电场E，质子穿出场区时动能大于Ek 解析：质子进入复合场沿直线运动，则质子受到的电场力和洛伦兹力大小相等、方向相反，即 eEBev0，若撤去磁场 B，质子在电场中做类平抛运动，由类平抛运动特点可知，穿过电场的时间 txv0，因场区宽度 x 不变，则时间不变，质子竖直方向做初速度为 0 的匀加速直线运动，出电场时的速度必大于 v0，动能大于 Ek，则 A 错误，C 正确若撤去电场 E，则质子在磁场中只受洛伦兹力作用，方向始终垂直于质子速度方向，所以洛伦兹力对质子不做功，质子速度大小不变，动能不变，但是洛伦兹力改变了质子运动方向，所以质子在磁场中运动轨迹变长，穿出场区时间变长，则B、D 错误 答案：C 4.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D 形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示现用同一回旋加速器分别加速两种同位素，关于高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，下列说法正确的是()A加速质量大的粒子交流电源的周期较大，加速次数少 B加速质量大的粒子交流电源的周期较大，加速次数多 C加速质量大的粒子交流电源的周期较小，加速次数多 D加速质量大的粒子交流电源的周期较小，加速次数少 解析：D 形盒间的交流电源的周期等于粒子做圆周运动的周期T2mqB，则加速质量大的粒子时所需交流电源的周期较大，由 qvBmv2R，解得 vqBRm，则粒子获得的最大动能 Ek12mv2q2B2R22m，故加速质量较大的粒子时获得的最大动能较小，因加速一次粒子得到的动能相同，则加速质量较大的粒子加速的次数较少，故选项 A 正确 答案：A 5.如图所示，一个静止的质量为m、带电荷量为q 的粒子(不计重力)，经电压U 加速后垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，粒子在磁场中转半个圆后打在P 点，设OP x，能够正确反应x 与 U 之间的函数关系的是()解析：设粒子到达 O 点的速度为 v，粒子通过电场的过程中，由动能定理得 qU12mv2，粒子在磁场中运动，由牛顿第二定律得 qvBmv2R，Rx2，由以上三式解得x2B 2mUq，选项 B 正确，选项 A、C、D 错误 答案：B 二、多项选择题 6.如图所示，质量为m、带电荷量为q 的三个相同的带电小球A、B、C 从同一高度以同一初速度水平抛出(小球运动过程中不计空气阻力)，B 球处于竖直向下的匀强磁场中，C球处于垂直纸面向里的匀强电场中，它们落地的时间分别为tA、tB、tC，落地时的速度大小分别为vA、vB、vC，则以下判断正确的是()A tA tB tC B.tBtAtC C vC vAvB D vA vBvC 解析：根据题意可知，A 球在竖直方向上做自由落体运动，只有重力做功，B 球除受重力之外，还受洛伦兹力的作用，但洛伦兹力总是沿水平方向，且洛伦兹力不做功，故只有重力做功，所以 B 球竖直方向做自由落体运动，C 球除受重力之外，还受到垂直纸面向里的电场力作用，故 C 球在竖直方向做自由落体运动，重力和电场力均对其做正功，所以三个球在竖直方向都做自由落体运动，由于下落的高度相同，故下落的时间相等，即有tAtBtC，A 正确，B 错误；根据动能定理可知，A、B 两球合力做的功相等，初速度相同，所以末速度大小相等，而 C 球的合力做的功比 A、B 两球的合力做的功多，初速度又与 A、B 两球的初速度相同，故C 球的末速度比 A、B 两球的末速度大，即 vAvBvC，C 错误，D 正确 答案：AD 7.如图所示，一根光滑的绝缘斜轨道连接一个竖直放置的半径为R 0.50 m 的圆形绝缘光滑槽轨槽轨处在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B 0.50 T有一个质量为m 0.10 g、带电荷量为q1.6 103 C 的小球在斜轨道上某位置由静止自由下滑，若小球恰好能通过最高点，则下列说法中正确的是(重力加速度g 取10 m/s2)()A若小球到达最高点的线速度为v，小球在最高点时的关系式mg qvB mv2R成立 B小球滑下的初位置离轨道最低点高为h2120 m C小球在最高点只受到洛伦兹力和重力的作用 D小球从初始位置到最高点的过程中机械能守恒 解析：小球在最高点时，根据左手定则可知，洛伦兹力的方向向上，所以 mgqvBmv2R，选项 A 错误；从初位置到最高点的过程中运用动能定理得 mg(h2R)12mv2，而 mgqvBmv2R，代入数据解得 h2120 m，选项 B 正确；球恰好能通过最高点，说明轨道对小球没有作用力，洛伦兹力和重力的合力提供向心力，即此时小球只受洛伦兹力和重力的作用，选项C 正确；小球从初始位置到达最高点的过程中洛伦兹力和轨道的支持力都不做功，只有重力做功，机械能守恒，选项D 正确 答案：BCD 三、非选择题 8.(2018陕西汉中高三月考)如图所示，虚线圆所围的区域内有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场和另一未知匀强电场(未画)，一电子从A 点沿直径AO 方向以速度 v 射入该区域已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子所受的重力(1)若电子做直线运动，求匀强电场的电场强度E 的大小和方向；(2)若撤掉电场，其他条件不变，电子束经过磁场区域后其运动方向与原入射方向的夹角为，求圆形磁场区域的半径r 和电子在磁场中运动的时间t.解析：(1)若电子做直线运动，据 evBeE 得 EvB，场强垂直 OA 竖直向下(2)若撤掉电场，电子在磁场中做匀速圆周运动，电子束经过磁场区域后其运动方向与原入射方向的夹角为，运动轨迹如图所示，则 evBmv2R 解得 RmveB 找出轨迹圆的圆心 O，如图所示，由几何关系得，tan 2rR，解得 rmveBtan 2 设电子做匀速圆周运动的周期为 T，有 T2Rv2meB 电子在磁场中运动的时间为 t2T，解得 tmeB 答案：(1)vB 垂直OA 竖直向下(2)mveBtan 2 meB 9.如图，在x0 的空间中，存在垂直于xOy 平面、方向向外的匀强磁场，磁感应强度 B 0.5 T一带负电的粒子(比荷qm 160 C/kg)，在距O 点左侧x 0.06 m 处的d 点以v0 8 m/s 的初速度沿y 轴正方向开始运动，不计带电粒子的重力求：(1)带电粒子开始运动后第一次通过y 轴时的速度大小和方向；(2)带电粒子进入磁场后经多长时间返回电场；(3)带电粒子运动的周期 解析：(1)由题意知，带电粒子在第二象限内做类平抛运动，加速度 aqEm1 600 m/s2，带电粒子在第二象限内运动的时间 t1 2xa3200 s，则带电粒子通过 y 轴进入磁场时，沿 x 轴方向上的速度 vxat18 3 m/s，则带电粒子第一次通过 y 轴时的速度 vv2xv2016 m/s，设速度 v 与 y 轴正方向的夹角为 则 tan vxv0 3，得 60.(2)作出带电粒子在磁场内的运动轨迹，如图所示，由几何关系可知带电粒子的运动轨迹所对应的圆心角120，则带电粒子在磁场内运动的时间 t213T132mqB120 s.(3)带电粒子从磁场返回电场后的运动是此前由电场进入磁场运动的逆运动，则经历时间 t3t1，带电粒子的速度变为 v0，此后重复前面的运动可见，粒子在电、磁场中的运动具有周期性，其周期 Tt1t2t3(3100120)s.答案：(1)16 m/s 与 y 轴正方向成60角 (2)120 s(3)(3100120)s 10.如图所示，平面直角坐标系的第二象限内存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为 m、带电荷量为q 的小球从 A点以速度 v0沿直线 AO 运动，AO 与 x 轴负方向成 37角在 y 轴与 MN 之间的区域内加一电场强度最小的匀强电场后，可使小球继续做直线运动到 MN 上的 C点，MN 与 PQ 之间区域内存在宽度为 d 的竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，小球在区域内做匀速圆周运动并恰好不能从右边界飞出，已知小球在 C 点的速度大小为2v0，重力加速度为g，sin 370.6，cos 370.8，求：(1)第二象限内电场强度 E1的大小和磁感应强度 B1的大小；(2)区域内最小电场强度 E2的大小和方向；(3)区域内电场强度 E3的大小和磁感应强度 B2的大小 解析：(1)带电小球在第二象限内受重力、电场力和洛伦兹力作用做直线运动，三力满足如图甲所示关系且小球只能做匀速直线运动 由图甲知tan 37qE1mg，cos 37mgB1qv0，解得 E13mg4q，B15mg4qv0.(2)区域中小球做加速直线运动，电场强度最小，受力如图乙所示(电场力方向与速度方向垂直)，小球做匀加速直线运动，由图乙知 cos 37qE2mg，解得 E24mg5q 方向与 x 轴正方向成 53角斜向上(3)小球在区域内做匀速圆周运动，所以 mgqE3，得 E3mgq 因小球恰好不从右边界穿出，小球运动轨迹如图丙所示 由几何关系可知 rrcos 53d，解得 r58d 由洛伦兹力提供向心力知 B2q2v0m2v02r，联立得 B216mv05qd.答案：见解析