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1、2021教科版高中物理选修(3试卷教案 带电粒子在叠加场中的运动 1. 图374 如图374所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一带电微粒从a点进入场区并刚好能沿ab直线向上运动，下列说法中正确的是( ) A微粒一定带负电 B微粒的动能一定减小 C微粒的电势能一定增加 D微粒的机械能一定增加 答案 AD 解析 微粒进入场区后沿直线ab运动，则微粒受到的合力或者为零，或者合力方向在ab直线上( 垂直于运动方向的合力仍为零)若微粒所受合力不为零，则必然做变速运动，由于速度的变化会导致洛伦兹力变化，则微粒在垂直于运动方向上的合力不再为零，微粒就不能沿直线
2、运动，因此微粒所受合力只能为零而做匀速直线运动；若微粒带正电，则受力分析如下图甲所示，合力不可能为零，故微粒一定带负电，受力分析如图乙所示，故A正确，B错；静电力做正功，微粒电势能减小，机械能增大，故C错，D 正确 带电粒子在组合场中的运动 2. 图375 试卷教案 如图375所示，在平面直角坐标系xOy内，第象限存在沿y负方向的匀强电场，第象限以ON为直径的半圆形区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，从y轴正半轴上yh处的M点，以速度v0垂直 于y轴射入电场，经x轴上x2h处的P点进入磁场，最后以垂直于y轴的方向射出磁场不计粒子重力求：
3、 (1)电场强度的大小E； (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r； (3)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t. 答案 见解析 解析 粒子的运动轨迹如下图所示 (1)设粒子在电场中运动的时间为t1 1 则有2hv0t1，hat2 21 根据牛顿第二定律得Eqma mv20 求得E. 2qh (2)设粒子进入磁场时速度为v， 11 在电场中，由动能定理得Eqhmv2mv2 220v22mv0 又Bqvm，解得r rBq2h (3)粒子在电场中运动的时间t1 v02r2m 粒子在磁场中运动的周期Tv Bq设粒子在磁场中运动的时间为t2， 32ht2T，求得tt1t2 8v0 3m .4Bq 试卷教
4、案 (时间：60分钟) 题组一 带电粒子在叠加场中的运动 图376 1如图376所示，匀强磁场的方向垂直纸面向里，匀强电场的方向竖直向下，有一正离子恰能以速率v沿直线从左向右水平飞越此区域下列说法正确的是( ) A若一电子以速率v从右向左飞入，则该电子也沿直线运动 B若一电子以速率v从右向左飞入，则该电子将向上偏转 C若一电子以速率v从右向左飞入，则该电子将向下偏转 D若一电子以速率v从左向右飞入，则该电子也沿直线运动 答案 BD 解析 若电子从右向左飞入，静电力向上，洛伦兹力也向上，所以电子上偏，选项B正确，A、C错误；若电子从左向右飞入，静电力向上，洛伦兹力向下由题意，对正电荷有qEBqv
5、，会发现q被约去，说明等号的成立与q无关，包括q的大小和正负，所以一旦满足了EBv，对任意不计重力的带电粒子都有静电力大小等于洛伦兹力大小，显然对于电子两者也相等，所以电子从左向右飞入时，将做匀速直线运动，选项D正确 2. 图377 如图377所示，是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所具有的速率vE/B，那么( ) A带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿直线通过 B带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过 C不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都能沿直线通过 D不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都能沿直线通过 试卷教案 答案 AC 解析 按四个选项要求
6、让粒子进入，洛伦兹力与电场力等大反向抵消了的就能沿直线匀速通过磁场 3. 图378 如图378所示是磁流体发电机原理示意图A、B极板间的磁场方向垂直于纸面向里等离子束从左向右进入板间下述正确的是( ) AA板电势高于B板，负载R中电流向上 BB板电势高于A板，负载R中电流向上 CA板电势高于B板，负载R中电流向下 DB板电势高于A板，负载R中电流向下 答案 C 解析 等离子束指的是含有大量正、负离子，整体呈中性的离子流，进入磁场后，正离子受到向上的洛伦兹力向A板偏，负离子受到向下的洛伦兹力向B板偏这样正离子聚集在A板，而负离子聚集在B板，A板电势高于B板，电流方向从ARB. 4. 图379 医
7、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以及一对磁极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379所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，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作是匀强电场，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( ) A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/
8、s，a正、b负 C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正 试卷教案 答案 A 解析 血液中的粒子在磁场的作用下会在a，b之间形成电势差，当电场给粒子的力与E 洛伦兹力大小相等时达到稳定状态(与速度选择器原理相似)，血流速度v1.3 m/s，又由 B左手定则可得a为正极，b为负极，故选A. 5. 图3710 一个带电微粒在如图3710所示的正交匀强电场和匀强磁场中的竖直平面内做匀速圆周运动，求： (1)该带电微粒的电性？ (2)该带电微粒的旋转方向？ (3)若已知圆的半径为r，电场强度的大小为E，磁感应强度的大小为B，重力加速度为g，则线速度为多少？ gBr 答案 (1)负电荷 (2)逆时针 (3) E 解析 (1)带电粒子在重力场、匀强电场和匀强磁场中做匀速圆周运动，可知，带电粒子受到的重力和电场力是一对平衡力，重力竖直向下，所以电场力竖直向上，与电场方向相反，故可知带电粒子带负电荷 (2)磁场方向向外，洛伦兹力的方向始终指向圆心，由左手定则可判断粒子的旋转方向为逆时针(四指所指的方向与带负电的粒子的运动方向相反) (3)由粒子做匀速圆周运动，得知电场力和重力大小相等，得：mgqE mv 带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动的半径为： r qBgBr 联立得：v E 题组二 带电粒子在电场和磁场组合场中的运动 5 / 5