2023-2024學(xué)年高中物理人教版2019選擇性課后習(xí)題第1章習(xí)題課帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

習(xí)題課帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.(多選)如圖所示,a為帶正電的小物塊,b是一不帶電的絕緣物塊,a、b疊放于粗糙的水平地面上,地面上方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)用水平恒力F拉b物塊,使a、b一起無相對(duì)滑動(dòng)地向左加速運(yùn)動(dòng),在加速運(yùn)動(dòng)階段()A.a、b一起運(yùn)動(dòng)的加速度減小B.a、b一起運(yùn)動(dòng)的加速度增大C.a、b物塊間的摩擦力減小D.a、b物塊間的摩擦力增大2.帶電質(zhì)點(diǎn)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),某時(shí)刻速度方向如圖所示,所受的重力和洛倫茲力的合力恰好與速度方向相反,不計(jì)阻力,則在此后的一小段時(shí)間內(nèi),帶電質(zhì)點(diǎn)()A.可能做直線運(yùn)動(dòng)B.可能做勻減速運(yùn)動(dòng)C.一定做曲線運(yùn)動(dòng)D.可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)3.(多選)如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,勻強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向下,有一正離子恰能沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域。不計(jì)重力,則()A.若電子以和正離子相同的速率從右向左飛入,電子也沿直線運(yùn)動(dòng)B.若電子以和正離子相同的速率從右向左飛入,電子將向上偏轉(zhuǎn)C.若電子以和正離子相同的速率從左向右飛入,電子將向下偏轉(zhuǎn)D.若電子以和正離子相同的速率從左向右飛入,電子也沿直線運(yùn)動(dòng)4.(多選)如圖所示,ABC為豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道,其中AB為傾斜直軌道,BC為與AB相切的圓形軌道,并且圓形軌道處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。質(zhì)量相同的甲、乙、丙三個(gè)小球中,甲球帶正電、乙球帶負(fù)電、丙球不帶電?，F(xiàn)將三個(gè)小球在軌道AB上分別從不同高度處由靜止釋放,都恰好通過圓形軌道的最高點(diǎn),則()A.經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí),三個(gè)小球的速度相等B.經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí),甲球的速度最小C.甲球的釋放位置比乙球的高D.運(yùn)動(dòng)過程中三個(gè)小球的機(jī)械能均保持不變5.如圖所示,空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)方向豎直向上(與紙面平行),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等,質(zhì)量分別為ma、mb、mc。已知在該區(qū)域內(nèi),a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)。下列選項(xiàng)正確的是()A.ma>mb>mc B.mb>ma>mcC.mc>ma>mb D.mc>mb>ma6.在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一傾角為θ、足夠長(zhǎng)的光滑絕緣斜面,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向外,電場(chǎng)方向豎直向上,有一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球靜止在斜面頂端,這時(shí)小球?qū)π泵娴恼龎毫η『脼榱?如圖所示。若迅速把電場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)為豎直向下,小球能在斜面上連續(xù)滑行多遠(yuǎn)?所用時(shí)間是多少?關(guān)鍵能力提升練7.(2021山東泰安期中)如圖所示,空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小E=53N/C,同時(shí)存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),其方向與電場(chǎng)方向垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.5T。有一帶正電的小球,質(zhì)量m=1×106kg,電荷量q=2×106C,正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)撤掉磁場(chǎng)(不考慮磁場(chǎng)消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象),g取10m/s2。求:(1)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和方向;(2)從撤掉磁場(chǎng)到小球再次穿過P點(diǎn)所在的這條電場(chǎng)線經(jīng)歷的時(shí)間t。8.如圖所示的平面直角坐標(biāo)系xOy,在第一象限內(nèi)有平行于y軸的勻強(qiáng)電場(chǎng),方向沿y軸正方向;在第四象限的正方形abcd區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于xOy平面向里,正方形邊長(zhǎng)為l且ad邊與x軸重合,ab邊與y軸平行。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子,從y軸上的P(0,h)點(diǎn),以大小為v0的速度沿x軸正方向射入電場(chǎng),通過電場(chǎng)后從x軸上的a(2h,0)點(diǎn)進(jìn)入第四象限的磁場(chǎng)區(qū)域,不計(jì)粒子所受的重力。(1)求電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小。(2)求粒子到達(dá)a點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向。(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B滿足什么條件時(shí),粒子經(jīng)過磁場(chǎng)后能到達(dá)y軸上,且速度與y軸負(fù)方向成45°角?9.如圖所示,絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時(shí)存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)方向水平向右,電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點(diǎn)由靜止開始沿MN下滑,到達(dá)C點(diǎn)時(shí)離開MN做曲線運(yùn)動(dòng)。A、C兩點(diǎn)間距離為h,重力加速度為g。(1)求小滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的速度大小vC。(2)求小滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過程中克服摩擦力做的功Wf。(3)若D點(diǎn)為小滑塊在靜電力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動(dòng)過程中速度最大的位置,當(dāng)小滑塊運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)撤去磁場(chǎng),此后小滑塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到水平地面上的P點(diǎn)。已知小滑塊在D點(diǎn)時(shí)的速度大小為vD,從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間為t,求小滑塊運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)速度的大小vP。10.(2021山東卷)某離子實(shí)驗(yàn)裝置的基本原理如圖甲所示。Ⅰ區(qū)寬度為d,左邊界與x軸垂直交于坐標(biāo)原點(diǎn)O,其內(nèi)充滿垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0;Ⅱ區(qū)寬度為L(zhǎng),左邊界與x軸垂直交于O1點(diǎn),右邊界與x軸垂直交于O2點(diǎn),其內(nèi)充滿沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。測(cè)試板垂直x軸置于Ⅱ區(qū)右邊界,其中心C與O2點(diǎn)重合。從離子源不斷飄出電荷量為q、質(zhì)量為m的正離子,加速后沿x軸正方向過Q點(diǎn),依次經(jīng)Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū),恰好到達(dá)測(cè)試板中心C。已知離子剛進(jìn)入Ⅱ區(qū)時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角為θ。忽略離子間的相互作用,不計(jì)重力。甲乙(1)求離子在Ⅰ區(qū)中運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的大小v。(2)求Ⅱ區(qū)內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E。(3)保持上述條件不變,將Ⅱ區(qū)分為左右兩部分,分別填充磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B(數(shù)值未知)方向相反且平行y軸的勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖乙所示。為使離子的運(yùn)動(dòng)軌跡與測(cè)試板相切于C點(diǎn),需沿x軸移動(dòng)測(cè)試板,求移動(dòng)后C到O1的距離s。答案：1.AC以a為研究對(duì)象,分析a的受力情況,a向左加速→受洛倫茲力方向向下→對(duì)b的壓力增大。以a、b整體為研究對(duì)象,分析整體受到的合外力,b對(duì)地面壓力增大→b受的摩擦力增大→整體合外力減小→加速度減小。再分析a,b對(duì)a的摩擦力是a受到的合外力,a的加速度減小→a受到的合外力減小→a、b間的摩擦力減小。故選A、C。2.C帶電質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中,重力做功,速度大小和方向發(fā)生變化,洛倫茲力的大小和方向也隨之發(fā)生變化,故帶電質(zhì)點(diǎn)不可能做直線運(yùn)動(dòng),也不可能做勻減速運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng),一定做曲線運(yùn)動(dòng),C正確。3.BD若電子從右向左飛入,靜電力向上,洛倫茲力也向上,所以向上偏,B正確,A錯(cuò)誤;若電子從左向右飛入,靜電力向上,洛倫茲力向下,由題意知電子受力平衡將做勻速直線運(yùn)動(dòng),D正確,C錯(cuò)誤。4.CD設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,圓形軌道半徑為r,三個(gè)小球質(zhì)量均為m,它們恰好通過最高點(diǎn)時(shí)的速度分別為v甲、v乙和v丙,則mg+Bv甲q甲=mv甲2r,mgBv乙q乙=mv乙2r,mg=mv丙2r,顯然,v甲>v丙>v乙,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;三個(gè)小球在運(yùn)動(dòng)過程中,只有重力做功,即它們的機(jī)械能守恒,選項(xiàng)D正確5.B設(shè)三個(gè)微粒的電荷量均為q,a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),說明洛倫茲力提供向心力,重力與靜電力平衡,即mag=qE;b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),三力平衡,則mbg=qE+qvB;c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng),三力平衡,則mcg+qvB=qE。比較各式可得mb>ma>mc,選項(xiàng)B正確。6.答案m解析電場(chǎng)反轉(zhuǎn)前,有mg=qE電場(chǎng)反轉(zhuǎn)后,小球先沿斜面向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),到對(duì)斜面壓力減為零時(shí)開始離開斜面,此時(shí)有qvB=(mg+qE)cosθ小球在斜面上滑行距離s=12vt=12a=(聯(lián)立得s=m所用時(shí)間為t=mqB7.答案(1)20m/s,方向與電場(chǎng)方向成60°角斜向上(2)23s解析(1)小球勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受力如圖所示,其所受的三個(gè)力在同一平面內(nèi),合力為零,有qvB=q代入數(shù)據(jù)解得v=20m/s速度v的方向與電場(chǎng)E的方向之間的夾角θ滿足tanθ=qE代入數(shù)據(jù)解得tanθ=3θ=60°。(2)撤去磁場(chǎng)后,由于靜電力垂直于豎直方向,它對(duì)豎直方向的分運(yùn)動(dòng)沒有影響,以P點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),豎直向上為正方向,小球在豎直方向上做勻減速運(yùn)動(dòng),其初速度為vy=vsinθ若使小球再次穿過P點(diǎn)所在的電場(chǎng)線,僅需小球的豎直方向上分位移為零,則有vyt12gt2=聯(lián)立解得t=23s。8.答案(1)mv022qh(2)2v0,(3)B≥2解析(1)粒子做類平拋運(yùn)動(dòng),如圖所示沿y軸方向h=12·沿x軸方向2h=v0t解得E=mv(2)到達(dá)a點(diǎn)時(shí)水平速度為v0,豎直速度為vy水平方向2h=v0t,豎直方向h=12vy得vy=v0所以到達(dá)a點(diǎn)的速度va=2v0,方向與x軸正方向成45°角。(3)粒子到達(dá)y軸上,且速度與y軸負(fù)方向成45°角,必須要從ab邊射出,從b點(diǎn)射出時(shí)對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B最小,粒子在磁場(chǎng)中的軌跡是以O(shè)1為圓心的一段四分之一圓弧,設(shè)半徑為r1,r1=22由Bqva=mva2r所以磁感應(yīng)強(qiáng)度須滿足的條件為B≥2m9.答案(1)E(2)mghm(3)v解析(1)小滑塊沿MN運(yùn)動(dòng)過程,水平方向受力滿足qvB+FN=qE小滑塊在C點(diǎn)離開MN時(shí),FN=0解得vC=EB(2)由動(dòng)能定理得mghWf=12解得Wf=mghmE(3)小滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示小滑塊速度最大時(shí),速度方向與靜電力、重力的合力方向垂直。撤去磁場(chǎng)后小滑塊將做類平拋運(yùn)動(dòng),等效加速度為g',g'=(qEm)

解得vP=vD10.答案(1)q(2)2(3)6(解析(1)設(shè)離子在Ⅰ區(qū)內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r,由牛頓第二定律得qvB0=mv根據(jù)幾何關(guān)系得sinθ=d聯(lián)立解得v=qB(2)離子在Ⅱ區(qū)內(nèi)只受靜電力,x方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),y方向做勻變速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)從進(jìn)入電場(chǎng)到擊中測(cè)試板中心C的時(shí)間為t,y方向的位移為y0,加速度大