高考物理一轮总复习 8.3带电粒子在复合场中的运动限时规范特训-人教版高三全册物理试题.doc

【金版教程】2016高考物理一轮总复习 8.3带电粒子在复合场中的运动限时规范特训限时：45分钟满分：100分一、选择题(本题共8小题，每小题8分，共64分)1. 如图所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后，水平进入由互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B构成的复合场中(E和B已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则()A. 小球可能带正电B. 小球做匀速圆周运动的半径为r C. 小球做匀速圆周运动的周期为TD. 若电压U增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加解析：小球在复合场中做匀速圆周运动，则小球受到的电场力和重力满足mgEq，则小球带负电，A错误；因为小球做圆周运动的向心力为洛伦兹力，由牛顿第二定律和动能定理可得：Bqv，Uqmv2，可得：小球做匀速圆周运动的半径r ，B正确；由T，可以得出T，与电压U无关，所以CD错误。答案：B2. 2015·淮安模拟(多选)北半球某处，地磁场水平分量B10.8×104 T，竖直分量B20.5×104 T，海水向北流动，海洋工作者测量海水的流速时，将两极板插入此海水中，保持两极板正对且垂线沿东西方向，两极板相距d20 m，如图所示，与两极板相连的电压表(可看作是理想电压表)示数为U0.2 mV，则()A. 西侧极板电势高，东侧极板电势低B. 西侧极板电势低，东侧极板电势高C. 海水的流速大小为0.125 m/sD. 海水的流速大小为0.2 m/s解析：由于海水向北流动，地磁场有竖直向下的分量，由左手定则可知，正电荷偏向西侧极板，负电荷偏向东侧极板，即西侧极板电势高，东侧极板电势低，故选项A正确；对于流过两极板间的带电粒子有：qvB2q，即v m/s0.2 m/s，故选项D正确。答案：AD3. 2014·东北三省模拟如图所示，斜面顶端在同一高度的三个光滑斜面AB、AC、AD，均处于水平方向的匀强磁场中。一个带负电的绝缘物块，分别从三个斜面顶端A点由静止释放，设滑到底端的时间分别为tAB、tAC、tAD，则()A. tABtACtADB. tAB>tAC>tADC. tAB<tAC<tAD D. 无法比较解析：带电物块在磁场中的斜面上运动时受到重力、支持力和垂直斜面向下的洛伦兹力，设斜面顶端的高度为h，倾角为，则物块的加速度为agsin，由公式xat2，得t，知越大，t越小，则选项C正确。答案：C4. 2013·重庆高考如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电量为q的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B。当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表面的低。由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为()A.，负 B.，正C.，负 D.，正解析：因导电材料上表面的电势比下表面的低，故上表面带负电荷，根据左手定则可判断自由运动电荷带负电，则B、D两项均错。设长方体形材料长度为L，总电量为Q，则其单位体积内自由运动电荷数为，当电流I稳恒时，材料内的电荷所受电场力与磁场力相互平衡，则有BIL，故，A项错误，C项正确。答案：C5. (多选)如图所示，虚线间空间存在由匀强电场E和匀强磁场B组成的正交或平行的电场和磁场，有一个带正电小球(电荷量为q，质量为m)从正交或平行的电磁混合场上方的某一高度自由落下，那么，带电小球可能沿直线通过下列的哪个电磁混合场()解析：带电小球进入复合场时受力情况如图所示：A图中由于小球所受合力不为零，所以洛伦兹力不恒定，因此水平方向合力不可能保持为零，小球不可能沿直线运动；B图中垂直纸面向外的方向上只有一个洛伦兹力，所以这种情况下小球也不能沿竖直方向运动；C图中小球所受三个力的合力如果为零，小球就可以沿竖直方向运动；D图中小球只受竖直方向两个力作用，一定沿竖直方向运动。答案：CD6. 2014·厦门检测(多选)如图所示，一束粒子(不计重力，初速度可忽略)缓慢通过小孔O1进入极板间电压为U的水平加速电场区域，再通过小孔O2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域，其中磁场的方向如图所示，磁感应强度大小可根据实际要求调节，收集室的小孔O3与O1、O2在同一条水平线上。则收集室收集到的是()A. 具有特定质量的粒子 B. 具有特定比荷的粒子C. 具有特定速度的粒子 D. 具有特定动能的粒子解析：粒子在加速电场中由动能定理可得：qUmv2v，粒子沿直线O1O2O3运动，则在相互正交的恒定匀强电场、磁场区域中必定受力平衡，可得：qEBqvv为某一定值。故选项B、C正确。答案：BC7. 2015·湖北黄冈高三质检如图所示，在纸面内半径为R的圆形区域中充满了垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，一点电荷从图中A点以速度v0垂直磁场射入，当该电荷离开磁场时，速度方向刚好改变了180°，不计电荷的重力，下列说法正确的是()A. 该点电荷离开磁场时速度方向的反向延长线通过O点B. 该点电荷的比荷C. 该点电荷在磁场中的运动时间tD. 该点电荷带正电解析：根据左手定则可知，该点电荷带负电，选项D错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，其速度方向的偏向角等于其运动轨迹所对应的圆心角，根据题意，该粒子在磁场中的运动轨迹刚好是半个圆周，画出其运动轨迹并找出圆心O1，如图所示，根据几何关系可知，轨道半径r，根据r和t可求出，该点电荷的比荷为和该点电荷在磁场中的运动时间t，所以选项B正确，C错误；该点电荷离开磁场时速度方向的反向延长线不通过O点，选项A错误。答案：B8. (多选)利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MN上方是磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端相距为l。一群质量为m、电荷量为q，具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场，对于能够从宽度为d的缝射出的粒子，下列说法正确的是()A. 粒子带正电B. 射出粒子的最大速度为C. 保持d和l不变，增大B，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D. 保持d和B不变，增大l，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大解析：带电粒子能够从右缝中射出，进入磁场时所受洛伦兹力方向应向右，由左手定则可判定粒子带负电，选项A错误；由qvBm解得v，根据题意可知射出粒子运动的最大半径为rmax，最小半径为rmin，故射出粒子的最大速度为vmax，选项B正确；射出粒子的最小速度为vmin，vvmaxvmin，若保持d和l不变，增大B时，v增大，选项C正确；若保持d和B不变，增大l时，v不变，选项D错误。答案：BC二、非选择题(本题共3小题，共36分)9. 2015·新疆乌鲁木齐高三诊断(12分)电子激光器的部分原理如图所示。矩形区域、内存在方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，磁场的宽度均为a、高度均为2a。一质量为m，电荷量为e的电子以速度v0(未知)从AD边的中点垂直于磁场左边界进入磁场。求：(1)电子从BC边飞出的最小速度。(2)在满足(1)的条件下，电子在整个磁场区域中运动的时间。解析：(1)电子从BC边飞出且具有最小速度的临界条件是电子恰好从C点飞出。由对称性知，电子在每个磁场中沿长度2a边界方向偏转的距离为 设电子的轨道半径为R，圆心为OBve在OPQ中a2(R)2R2解得v (2)设电子在每个磁场中运动的时间为t，电子做圆周运动的周期为TTsintT解得tarcsin电子在磁场中运动的总时间为t总3tarcsin答案：(1)(2)arcsin10. (12分)常见的激光器有固体激光器和气体激光器，世界上发达国家已经研究出了自由电子激光器，其原理可简化用如图所示，相距为L的两块平行金属板M、N竖直放置，S1、S2分别为M、N板上的小孔，自由电子(设初速度为零)经MN间的加速电压加速后垂直进入宽度均为d的两个反向的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，电子从一磁场进入另一磁场时会放出一个光子，且进入磁场时速度的偏转角为30°。忽略电子发出光子后的能量损失，已知电子的电荷量为e，质量为m。求：(1)电子进入磁场时速度的大小和加速电压的大小；(2)电子离开磁场时在竖直方向上发生的位移的大小和电子在磁场中的运动时间。解析：(1)电子进入磁场时的轨迹如图所示，根据洛伦兹力提供向心力得，evBm由几何关系得，drsin解得，v粒子从S1到达S2的过程中，根据动能定理得，eUmv2解得，U。(2)电子出磁场后在竖直方向上发生的位移为y2r(1cos)2(2)d根据洛伦兹力提供向心力得，evBmr解得，T所以，在磁场中的运动时间为tT。答案：(1)(2)2(2)d11. (12分)2015·安徽池州一中月考如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在 mx0的区域内有磁感应强度大小B4.0×104 T、方向垂直于纸面向里的条形匀强磁场，其左边界与x轴交于P点；在x>0的区域内有电场强度大小E4 N/C、方向沿y轴正方向的条形匀强电场，其宽度d2 m。一质量m6.4×1027 kg、电荷量q3.2×1019 C的带电粒子从P点以速度v4×104 m/s，沿与x轴正方向成60°角射入磁场，经磁场、电场偏转后，最终通过x轴上的Q点(图中未标出)，不计粒子重力。求：(1)带电粒子在磁场中的运动时间；(2)当电场左边界与y轴重合时Q点的横坐标；(3)若只改变上述电场强度的大小，要求带电粒子仍能通过Q点，讨论此电场左边界的横坐标x与电场强度的大小E的函数关系。图1解析：(1)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有qvB代入数据得：r2 m轨迹如图1交y轴于C点，过P点作v的垂线交y轴于O1点，由几何关系得O1为粒子运动轨迹的圆心，且圆心角为60°。在磁场中运动时间t×代入数据得：t5.23×105 s(2)带电粒子离开磁场垂直进入电场后做类平抛运动方法一：粒子在电场中加速度a2.0×108 m/s2运动时间t15.0×105 s沿y方向分速度vyat11.0×104 m/s沿y方向位移yat0.25 m粒子出电场后又经时间t2达x轴上Q点t27.5×105 s故Q点的横坐标为xdvt25.0 m方法二：设带电粒子离开电场时的速度偏向角为，如图1，则：tan设Q点的横坐标为x则：tan故x5 m。(3)电场左边界的横坐标为x。当0<x<3 m时，如图2，图2设粒子离开电场时的速度偏向角为，则：tan又：tan由上两式得：E当3 mx5 m时，如图3，图3有yat2将y1 m及各数据代入上式得：E答案：(1)5.23×105 s(2)5.0 m(3)当0<x<3 m时，E；当3 mx5 m时，E