專題22-帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)(疊加場(chǎng))中的運(yùn)動(dòng)模型(原卷版)

2023年高三物理二輪常見模型與方法強(qiáng)化專訓(xùn)專練專題22帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)（疊加場(chǎng)）中的運(yùn)動(dòng)模型特訓(xùn)目標(biāo)特訓(xùn)內(nèi)容目標(biāo)1高考真題（1T—4T）目標(biāo)2束縛類直線運(yùn)動(dòng)模型（5T—8T）目標(biāo)3圓周運(yùn)動(dòng)模型（9T—12T）目標(biāo)4一般曲線運(yùn)動(dòng)模型（13T—16T）【特訓(xùn)典例】高考真題1．空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于紙面（平面）向里，電場(chǎng)的方向沿y軸正方向。一帶正電的粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，從坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止開始運(yùn)動(dòng)。下列四幅圖中，可能正確描述該粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的是（）A． B．C． D．2．如圖所示，磁控管內(nèi)局部區(qū)域分布有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。電子從M點(diǎn)由靜止釋放，沿圖中所示軌跡依次經(jīng)過(guò)N、P兩點(diǎn)。已知M、P在同一等勢(shì)面上，下列說(shuō)法正確的有（）A．電子從N到P，電場(chǎng)力做正功B．N點(diǎn)的電勢(shì)高于P點(diǎn)的電勢(shì)C．電子從M到N，洛倫茲力不做功D．電子在M點(diǎn)所受的合力大于在P點(diǎn)所受的合力3．霍爾元件是一種重要的磁傳感器，可用在多種自動(dòng)控制系統(tǒng)中。長(zhǎng)方體半導(dǎo)體材料厚為a、寬為b、長(zhǎng)為c，以長(zhǎng)方體三邊為坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，如圖所示。半導(dǎo)體中有電荷量均為e的自由電子與空穴兩種載流子，空穴可看作帶正電荷的自由移動(dòng)粒子，單位體積內(nèi)自由電子和空穴的數(shù)目分別為n和p。當(dāng)半導(dǎo)體材料通有沿方向的恒定電流后，某時(shí)刻在半導(dǎo)體所在空間加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，沿方向，于是在z方向上很快建立穩(wěn)定電場(chǎng)，稱其為霍爾電場(chǎng)，已知電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，沿方向。（1）判斷剛加磁場(chǎng)瞬間自由電子受到的洛倫茲力方向；（2）若自由電子定向移動(dòng)在沿方向上形成的電流為，求單個(gè)自由電子由于定向移動(dòng)在z方向上受到洛倫茲力和霍爾電場(chǎng)力的合力大??；（3）霍爾電場(chǎng)建立后，自由電子與空穴在z方向定向移動(dòng)的速率分別為、，求時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)到半導(dǎo)體z方向的上表面的自由電子數(shù)與空穴數(shù)，并說(shuō)明兩種載流子在z方向上形成的電流應(yīng)滿足的條件。4．如圖，兩個(gè)定值電阻的阻值分別為和，直流電源的內(nèi)阻不計(jì)，平行板電容器兩極板水平放置，板間距離為，板長(zhǎng)為，極板間存在方向水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)量為、帶電量為的小球以初速度沿水平方向從電容器下板左側(cè)邊緣點(diǎn)進(jìn)入電容器，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，恰從電容器上板右側(cè)邊緣離開電容器。此過(guò)程中，小球未與極板發(fā)生碰撞，重力加速度大小為，忽略空氣阻力。（1）求直流電源的電動(dòng)勢(shì)；（2）求兩極板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；（3）在圖中虛線的右側(cè)設(shè)計(jì)一勻強(qiáng)電場(chǎng)，使小球離開電容器后沿直線運(yùn)動(dòng)，求電場(chǎng)強(qiáng)度的最小值。束縛類直線運(yùn)動(dòng)模型5．如圖所示，一傾角為θ＝53°（圖中未標(biāo)出）的斜面固定在水平面上，在其所在的空間存在方向豎直向上、電場(chǎng)強(qiáng)度大小E＝2×106V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)和方向垂直于豎直面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝4×105T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)讓一質(zhì)量m＝4kg、電荷量q＝＋1.0×10－5C的帶電物塊從斜面上某點(diǎn)（足夠高）由靜止釋放，當(dāng)沿斜面下滑位移大小為3m時(shí)，物塊開始離開斜面．g取10m/s2，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6.下列說(shuō)法正確的是（）A．物塊離開斜面時(shí)的動(dòng)能為18JB．物塊從釋放至剛要離開斜面的過(guò)程中，重力勢(shì)能減少120JC．物塊從釋放至剛要離開斜面的過(guò)程中，電勢(shì)能增加了60JD．物塊從釋放至剛要離開斜面的過(guò)程中，由于摩擦而產(chǎn)生的熱量為30J6．如圖所示，長(zhǎng)度為L(zhǎng)、內(nèi)壁光滑且一端開口的輕玻璃管平放在水平面上，管底有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球。輕玻璃管以速度v0進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向豎直向下，在外力的作用下玻璃管向右勻速運(yùn)動(dòng)，最終小球從上端口飛出。從玻璃管進(jìn)入磁場(chǎng)至小球飛出上端口的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A．小球的運(yùn)動(dòng)軌跡是一段拋物線B．小球沿管方向的加速度大小C．洛倫茲力對(duì)小球做的功D．管壁的彈力對(duì)小球做的功7．如圖所示，足夠長(zhǎng)的固定絕緣粗細(xì)均勻的直管道水平放置，橫截面為正方形，里面放有帶正電的立方體物塊。物塊的質(zhì)量為m，電荷量為q，邊長(zhǎng)稍微小于管道橫截面的邊長(zhǎng)，與管道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于管道的前后面?，F(xiàn)對(duì)物塊施加水平向右的力F，使物塊自靜止開始以大小為a的加速度向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度為g，對(duì)物塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程的說(shuō)法正確的是（）A．力F隨時(shí)間先均勻減小，后均勻增大B．力F的最小值為零C．自開始運(yùn)動(dòng)至F最小的過(guò)程中，物塊的位移大小為D．自開始運(yùn)動(dòng)至F最小的過(guò)程中，力F對(duì)物塊的沖量大小為8．如圖所示，光滑地面放置一足夠長(zhǎng)的不帶電絕緣木板，空間中存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為，木板上表面靜止釋放一個(gè)帶電種類未知的物塊，二者質(zhì)量均為，它們間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。物塊的電量大小為，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為。已知?jiǎng)傞_始木板物塊一起運(yùn)動(dòng)，之后能發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則（

）A．一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定共同向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B．一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩物體間的摩擦力不變C．兩物體間的壓力為零時(shí)，恰好發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)D．恰好發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，物塊速度大小為圓周運(yùn)動(dòng)模型9．如圖，長(zhǎng)直導(dǎo)線水平固定放置，通有向右的恒定電流，絕緣細(xì)線一端系于導(dǎo)線上的點(diǎn)，另一端系一個(gè)帶電小球，細(xì)線拉直，第一次讓小球在A點(diǎn)由靜止釋放，讓小球繞點(diǎn)沿圓1在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)；第二次讓小球在點(diǎn)由靜止釋放，讓小球繞點(diǎn)沿圓2在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。圓1與直導(dǎo)線在同一豎直面內(nèi)，圓2與直導(dǎo)線垂直，A、兩點(diǎn)高度相同，不計(jì)空氣阻力，則兩次小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)（）A．速度大小相等，線的拉力相等 B．速度大小不等，線的拉力相等C．速度大小相等，線的拉力不等 D．速度大小不等，線的拉力不等10．在如圖所示的正交電磁場(chǎng)中豎直固定著一個(gè)半徑R=m的光滑圓弧，圓弧CD豎直固定，它對(duì)應(yīng)的圓心角為240°，在C的左端有一傾斜的切線光滑軌道AC與水平面夾角θ=30°。電場(chǎng)強(qiáng)度為E的電場(chǎng)充滿整個(gè)空間，而磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)只分布在圓弧軌道所在的右半側(cè)區(qū)域，已知E和B在數(shù)值上相等，取重力加速度g=10m/s2?，F(xiàn)在A點(diǎn)安裝一個(gè)彈射裝置，它能以不同速度沿AC方向發(fā)射可視為質(zhì)點(diǎn)的帶電小球，小球的質(zhì)量為m，小球射出后能在AC上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是（）A．小球一定帶負(fù)電B．小球在軌道的最低點(diǎn)F處速度最大C．若小球以初速度v0=(5＋）m/s射出，則小球會(huì)從D點(diǎn)離開軌道D．若撤去磁場(chǎng)，讓小球以初速度v0=2m/s射出，則小球一定不會(huì)脫離軌道11．如圖所示，兩個(gè)半徑相同的半圓形光滑軌道置于豎直平面內(nèi)，左右兩端點(diǎn)等高，分別處于沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。兩個(gè)相同的帶正電小球同時(shí)從兩軌道左端最高點(diǎn)由靜止釋放。M、N為軌道的最低點(diǎn)，則下列說(shuō)法中正確的是（

）A．兩個(gè)小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)的速度<B．兩個(gè)小球第一次經(jīng)過(guò)軌道最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力C．小球第一次到達(dá)點(diǎn)的時(shí)間大于小球第一次到達(dá)點(diǎn)的時(shí)間D．在磁場(chǎng)中小球能到達(dá)軌道的另一端最高處，在電場(chǎng)中小球不能到達(dá)軌道另一端最高處12．一個(gè)質(zhì)量為、帶電量為的小球，由長(zhǎng)為的細(xì)線吊在天花板下，空間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．現(xiàn)小球恰好以速率在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道平面與地面的距離為，細(xì)線與豎直方向的夾角為，如圖所示，已知重力加速度大小為，空氣阻力忽略不計(jì)．下列選項(xiàng)正確的是（）A．小球的向心加速度大小為B．由題中數(shù)據(jù)可以求得磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小C．某時(shí)刻剪斷細(xì)線，小球?qū)⒆銎綊佭\(yùn)動(dòng)D．剪斷細(xì)線后，小球落到地面時(shí)速度大小為一般曲線運(yùn)動(dòng)模型13．在xOy豎直平面內(nèi)存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，現(xiàn)讓一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電小球從O點(diǎn)沿y軸正方向射入，已知電場(chǎng)強(qiáng)度大小為，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，小球從O點(diǎn)射入的速度大小為，重力加速度為g，則小球的運(yùn)動(dòng)軌跡可能是（）A． B．C． D．14．如圖所示，一個(gè)可以看成點(diǎn)電荷的帶電小球質(zhì)量為m，電荷量為+q，從水平面上的M點(diǎn)以初速度v0拋出，初速度方向與豎直方向的夾角為θ，小球恰好垂直撞擊在豎直墻壁的N點(diǎn)，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是（）A．小球從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的豎直位移y與水平位移x之比滿足B．若在空間施加一個(gè)垂直紙面向里的勻強(qiáng)電場(chǎng)，小球從M點(diǎn)以速度v0沿原方向拋出后可能會(huì)垂直擊中墻面C．若在空間施加一個(gè)大小為方向與v0同向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，從水平地面上的P點(diǎn)將小球以速度v0拋出，速度方向與豎直方向的夾角為θ＝37°，sin37°＝0.6，小球垂直撞擊在豎直墻壁上的Q點(diǎn)，則PQ兩點(diǎn)間的水平間距D．若空間中充滿了垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度，從水平地面上的S點(diǎn)將小球以速度v0豎直向上拋出后，小球垂直撞擊在豎直墻壁上的T點(diǎn)，則ST兩點(diǎn)間豎直高度差15．如圖所示，在空間直角坐標(biāo)系中，沿z軸正方向有電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，沿y軸正方向有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m、帶電荷量為的小球以一定的初速度沿x軸正方向拋出后小球做平拋運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度為g，則下列說(shuō)法正確的是（）A．小球的初速度可能小于B．經(jīng)過(guò)時(shí)間，小球的動(dòng)能變?yōu)槌跏紩r(shí)的2倍C．僅將小球的初速度方向變?yōu)檠貀軸正方向，小球不可能做勻變速運(yùn)動(dòng)D．僅將磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向變?yōu)檠貁軸正方向，小球不可能做類平拋運(yùn)動(dòng)