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1、学习好资料欢迎下载专题 10 带电粒子在组合场、复合场中的运动( 时间 :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。在每小题给出的四个选项中, 只有一个选项符合题目要求) 1.如图所示为“滤速器”装置示意图。a、b 为水平放置的平行金属板, 其电容为C,板间距离为 d, 平行板内存在垂直纸面向里的匀强磁场, 磁感应强度为B。a、b 板带上电荷量,可在平行板内产生匀强电场, 且电场方向和磁场方向互相垂直。一带电粒子以速度v0经小孔 O进入正交电磁场可沿直线OO运动 , 由 O射出 , 粒子所受重力不计, 则 a 板所带电荷量情况是( )
2、A.带正电 ,其电荷量为B.带负电 ,其电荷量为C.带正电 ,其电荷量为CBdv0D.带负电 ,其电荷量为2. 如图所示 , 空间的某一正方形区域存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场, 一个带电粒子以某一初速度由边界中点A进入这个区域沿直线运动, 从中点 C离开区域 ; 如果将磁场撤去,其他变件不变 , 则粒子从 B点离开场区 ; 如果将电场撤去, 其他条件不变, 则粒子从 D点离开场区。已知BC=CD, 设粒子在上述三种情况下, 从 A到 B 、从 A到 C和从 A到 D所用的时间分别是 t1、t2、t3, 离开三点时的动能分别是Ek1、Ek2、Ek3, 粒子重力忽略不计, 以下关系式正确的是
3、( ) A.t1=t2t3B.t1t2=t3C.Ek1=Ek2Ek2Ek33.如图所示 , 一束质量、速度和电荷量不全相等的离子, 经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后,进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B束, 下列说法中正确的是( ) A.组成 A、B束的离子都带负电B.组成 A、B束的离子质量一定不同C.A束离子的比荷大于B束离子的比荷D.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页学习好资料欢迎下载4. 如图所示 , 在第二象限内有水平向右的匀强电场, 电场强度为E;在第一、四
4、象限内分别存在如图所示的匀强磁场, 磁感应强度大小相等。有一个带电粒子以初速度v0从 x 轴上的 P点垂直进入匀强电场,恰好与y 轴成 45角射出电场 , 再经过一段时间又恰好垂直于x 轴进入下面的磁场。已知O 、P之间的距离为d, 则带电粒子 ( ) A.在电场中运动的时间为B.在磁场中做圆周运动的半径为d C.自进入磁场至第二次经过x 轴所用时间为D.从进入电场时开始计时, 粒子在运动过程中第二次经过x 轴的时间为5. 如图所示 , 一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(B) 和匀强电场(E) 组成的速度选择器, 然后粒子通过平板S上的狭缝 P,进入另一匀强磁场(B),
5、最终打在A1A2上。下列表述正确的是( ) A.粒子带负电B.所有打在A1A2上的粒子 , 在磁场 B 中运动时间都相同C.能通过狭缝P的带电粒子的速率大于D.粒子打在A1A2上的位置越靠近P,粒子的比荷越大6.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的带电球体 , 管道半径略大于球体半径, 整个管道处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中, 磁感应强度方向与管道垂直 , 现给带电球体一个水平速度v0, 则在整个运动过程中, 带电球体克服摩擦力所做的功不可能为 ( ) A.0 B.m()2C.D.m-()2 7.如图所示 , 有一金属块放在垂直于侧面C的匀强磁场中,当有稳恒电流
6、自左向右通过时, 下列说法中正确的是( ) A.金属块上表面的电势高于下表面的电势B.磁感应强度增大时, 金属块上、下两表面间的电压U增大C.电流增大时 , 金属块上、下两表面间的电压U减小精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页学习好资料欢迎下载D.电流不变时 , 金属块中单位体积内自由电子越多, 上、下两表面间的电压U越大8.(2014 重庆荣昌中学期末训练) 如图所示 , 竖直放置的平行板电容器,A 板接电源正极,B板接电源负极 , 在电容器中加一与电场方向垂直的、水平向里的匀强磁场。一批带正电的微粒从 A板中点小孔
7、C射入 , 射入的速度大小方向各不相同,考虑微粒所受重力, 微粒在平行板A、B间运动过程中( ) A.所有微粒的动能都将增加B.所有微粒的机械能都将不变C.有的微粒可以做匀速圆周运动D.有的微粒可能做匀速直线运动二、非选择题 ( 本题共 2 小题 , 共 36 分) 9.(18 分)(2014 北京海淀模拟) 磁流体发电是一项新兴技术, 如图是它的示意图。相距为d的两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体( 即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子 ) 以速度 v 沿垂直于磁场的方向射入磁场, 由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转,P、 Q板上就会聚集电荷, 从而在两板间
8、产生电压。若 P、Q两板间的磁场、电场按匀强磁场、匀强电场处理, 磁感应强度为B。(1) 求这个发电机的电动势E; (2) 发电机的输出端a、b 间接有阻值为R的电阻 , 发电机的内电阻为r 。a.在图示磁极配置的情况下, 判断通过电阻R的电流方向 ; b.计算通过电阻R的电流大小I。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页学习好资料欢迎下载10.(18分)(2014 辽宁沈阳质检) 如图所示 , 在足够大的空间范围内, 同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场, 电场强度为E,磁感应强度为B, 足够长的斜面固
9、定在水平面上 , 斜面倾角为45。有一带电的小球P 静止于斜面顶端A 处, 且恰好对斜面无压力。若将小球P 以初速度v0水平向右抛出 (P 视为质点 ) 。一段时间后 , 小球落在斜面上的C点。已知小球的运动轨迹在同一竖直平面内, 重力加速度为g, 求: (1) 小球 P落到斜面时速度方向与斜面的夹角 及由 A到 C所需的时间t; (2) 小球 P从抛出到落回斜面的位移x 的大小。答案与解析专题 10 带电粒子在组合场、复合场中的运动1.C 解析 : 对带电粒子受力分析,a极板带正电 , 带电粒子受力平衡,有qv0B=q,U=, 可得电荷量为Q=CBdv0, 本题只有选项C正确。2.A 解析
10、: 根据题意可知, 粒子在复合场中做直线运动, 由于忽略粒子重力, 则洛伦兹力与电场力平衡 , 即有qE=qv0B, 可得粒子从A到C的运动时间为t2=,其中d表示AC间距 ; 若将磁场撤去 ,粒子从B点离开场区 , 该过程中粒子在电场力作用下做类平抛运动, 运动时间t1=;若撤去电场 , 粒子做匀速圆周运动, 从A到D的过程中 , 沿AC方向的速度分量逐渐减小, 且均精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页学习好资料欢迎下载小于v0, 则有t3, 据以上分析 , 选项 A正确 , 选项 B错误。粒子从A到C过程是匀速直线
11、运动,动能不变 ; 从A到D过程中 , 粒子只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,动能不变 , 则Ek2=Ek3;粒子从A 到 B 过程中 , 合外力是电场力, 电场力做了正功, 粒子的动能增加, 则有Ek1Ek2=Ek3,选项 C、 D错误。3.C 解析 : 由左手定则可知组成A、B束的离子都带正电, 选项 A错误。经过速度选择器后的离子速度相等,根据在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径不同, 由r=可知组成A、B束的离子比荷一定不同, 而质量有可能相同,A束离子的比荷大于B束离子的比荷, 选项 B 错误,C 正确。由于离子带正电, 所受电场力向右, 所受洛伦兹力一定向左, 由左手定则 , 速度
12、选择器中的磁场方向垂直纸面向里, 选项 D错误。4.D 解析 : 粒子在电场中做类平抛运动, 沿x轴方向上的平均速度为, 所以在电场中运动时间为。由题意知, 进入磁场时竖直方向速度等于水平方向速度v0, 故速度为v0, 在磁场中做圆周运动的半径为r=2d, 在第一象限内运动时间为t1=T=, 在第四象限内运动时间为t2=T=,所以自进入磁场至第二次经过x 轴时间为t=t1+t2=, 从进入电场到第二次经过x 轴的时间为t=+t=,所以 D正确。5.D 解析 : 粒子在匀强磁场B中向左偏转 , 根据左手定则可知粒子带正电, 选项 A错误 ;打在A1A2上的粒子的运动时间t=, 与粒子的比荷有关,
13、 粒子的比荷不同, 在磁场 B 中运动时间不同 , 选项 B 错误 ; 粒子在复合场中做直线运动,Eq=Bvq, 所以v=, 选项 C 错误 ; 粒子打在A1A2上的位置越靠近P, 粒子在磁场B中做圆周运动的轨道半径r越小 , 根据r=可得 , 所以粒子的比荷越大 ,选项 D正确。6.B 解析 : 给带电球体一个水平速度v0, 若qv0B=mg, 则摩擦力等于0, 带电球体克服摩擦力所做的功为0, 选项 A可能 ; 若qv0Bmg, 则最终带电球体速度达到满足qvB=mg时, 摩擦力等于 0, 速度不再变化, 此时v=, 带电球体克服摩擦力所做的功WFf=m-()2,选项 D可能。7.B 解析
14、 : 电流方向水平向右, 则自由电子的运动方向水平向左, 根据左手定则可知电子向上偏 , 上表面得到电子带负电, 下表面失去电子带正电, 可知下表面的电势高, 选项 A 错误; 电流的微观表达式为I=neSv,n表示单位体积内的电子数,S表示横截面积 , 则n=, 当电子匀速穿过匀强磁场时, 此时电场力等于洛伦兹力, 即e=evB, 解得U=Bdv,n=, 选项 B正确、 D错误; 电流I增大 ,v增大 ,U增大 , 选项 C错误。8.D 解析 : 带电微粒受到重力、洛伦兹力和电场力。若速度较大, 则洛伦兹力向上且可能大于重力 , 此时将向上偏, 洛伦兹力不做功, 重力做负功 , 电场力做正功
15、, 则动能可能不变,可能减小 , 也可能增大 , 若速度较小 ,则洛伦兹力可能小于重力, 微粒将向下偏, 重力做正功 ,电场力做正功 , 动能一定增大 , 选项 A错误。由于除重力以外的电场力对微粒做了功,机械能不守恒 , 故选项 B 错误。因液滴重力与电场力不可能平衡,所以粒子不可能做匀速圆周运动,选项 C错误。若洛伦兹力与重力、电场力三力平衡, 粒子可能做匀速直线运动, 选项 D正确。故选 D。考点 :本题考查了带电微粒在复合场中的运动、能量守恒定律、运动的判断。9.答案 : 见解析解析 : (1) 发电机的电动势E=Bdv(2)a. 通过电阻R的电流方向 : 从a到bb. 根据闭合电路欧姆定律I=通过电阻R的电流大小I=10.答案 :见解析精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页学习好资料欢迎下载解析 : (1) 小球P静止时对斜面无压力mg=qEP获得水平初速度后做匀速圆周运动, 由对称性可得小球P落到斜面时其速度方向与斜面的夹角为45qv0B=mT=小球P由A到C所需的时间 : t=(2) 由式可知 ,P做匀速圆周运动R=由几何关系知x=R联立解得位移x=精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页