高考物理課標(biāo)版一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)規(guī)范練30帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

考點(diǎn)規(guī)范練30帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、單項(xiàng)選擇題1.(2017·陜西西安模擬)如圖所示,虛線區(qū)域空間內(nèi)存在由勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B組成的正交或平行的電場(chǎng)和磁場(chǎng),有一個(gè)帶正電小球(電荷量為+q,質(zhì)量為m)從正交或平行的電磁復(fù)合場(chǎng)上方的某一高度自由落下,那么帶電小球可能沿直線通過(guò)的是()A.①② B.③④ C.①③ D.②④2.如圖所示,一束質(zhì)量、速度和電荷量不全相等的離子,經(jīng)過(guò)由正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的速度選擇器后,進(jìn)入另一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并分裂為A、B兩束,下列說(shuō)法正確的是()A.組成A束和B束的離子都帶負(fù)電B.組成A束和B束的離子質(zhì)量一定不同C.A束離子的比荷大于B束離子的比荷D.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外3.圖甲是回旋加速器的原理示意圖,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,在加速帶電粒子時(shí),兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒定),并分別與高頻電源相連,加速時(shí)某帶電粒子的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,若忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間,則下列判斷正確的是()A.高頻電源的變化周期應(yīng)該等于tntn1B.在Ekt圖象中,t4t3=t3t2=t2t1C.粒子加速次數(shù)越多,粒子獲得的最大動(dòng)能一定越大D.不同粒子獲得的最大動(dòng)能都相同4.如圖所示,甲是一個(gè)帶正電的小物塊,乙是一個(gè)不帶電的絕緣物塊,甲、乙疊放在一起靜置于粗糙的水平地板上,地板上方空間有水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)用水平恒力拉乙物塊,使甲、乙一起保持相對(duì)靜止向左加速運(yùn)動(dòng),在加速運(yùn)動(dòng)階段,下列說(shuō)法正確的是()A.甲對(duì)乙的壓力不斷減小B.甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷增大C.乙對(duì)地板的壓力不斷減小D.甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小二、多項(xiàng)選擇題5.質(zhì)量為m、電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成θ角從O點(diǎn)進(jìn)入方向如圖所示的正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的混合場(chǎng)區(qū),該微粒在電場(chǎng)力、洛倫茲力和重力的共同作用下,恰好沿直線運(yùn)動(dòng)到A。下列說(shuō)法正確的是()A.該微粒一定帶負(fù)電荷B.微粒從O到A的運(yùn)動(dòng)可能是勻變速運(yùn)動(dòng)C.該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為D.該電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為Bvcosθ6.如圖所示,在水平勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一豎直足夠長(zhǎng)固定絕緣桿MN,小球P套在桿上,已知P的質(zhì)量為m、電荷量為+q,電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,P與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g。小球由靜止開(kāi)始下滑直到穩(wěn)定的過(guò)程中()A.小球的加速度一直減小B.小球的機(jī)械能和電勢(shì)能的總和保持不變C.下滑加速度為最大加速度一半時(shí)的速度可能是v=D.下滑加速度為最大加速度一半時(shí)的速度可能是v=7.(2017·云南邵通二模)磁流體發(fā)電機(jī)是一種把物體內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能的低碳環(huán)保發(fā)電機(jī),下圖為其原理示意圖,水平放置的平行金屬板C、D間有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,將一束等離子體(高溫下電離的氣體,含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒)水平射入磁場(chǎng),兩金屬板間就產(chǎn)生電壓。定值電阻R0的阻值是滑動(dòng)變阻器最大阻值的一半,與開(kāi)關(guān)S串聯(lián)接在C、D兩端,已知兩金屬板間距離為d,射入等離子體的速度為v,磁流體發(fā)電機(jī)本身的電阻為r(R0<r<2R0)。不計(jì)粒子的重力,則滑動(dòng)變阻器的滑片P由a端向b端滑動(dòng)的過(guò)程中()A.電阻R0消耗功率最大值為B.滑動(dòng)變阻器消耗功率最大值為C.金屬板C為電源負(fù)極,D為電源正極D.發(fā)電機(jī)的輸出功率先增大后減小三、非選擇題8.如圖所示,在豎直平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy,其第一象限存在著正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度的方向水平向右,磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里。一電荷量為+q、質(zhì)量為m的微粒從原點(diǎn)出發(fā)沿與x軸正方向的夾角為45°的初速度進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)中,正好做直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)微粒運(yùn)動(dòng)到A(l,l)時(shí),電場(chǎng)方向突然變?yōu)樨Q直向上(不計(jì)電場(chǎng)變化的時(shí)間),粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,正好垂直于y軸穿出復(fù)合場(chǎng)。不計(jì)一切阻力,求:(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小;(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(3)粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。9.電視機(jī)顯像管中需要用變化的磁場(chǎng)來(lái)控制電子束的偏轉(zhuǎn)。圖甲為顯像管工作原理示意圖,陰極K發(fā)射的電子束(初速度不計(jì))經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)后,進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),磁場(chǎng)方向垂直于圓面(以垂直圓面向里為正方向),磁場(chǎng)區(qū)的中心為O,半徑為r,熒光屏MN到磁場(chǎng)區(qū)中心O的距離為L(zhǎng)。當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí),電子束將通過(guò)O點(diǎn)垂直打到屏幕的中心P點(diǎn)。當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按圖乙所示的規(guī)律變化時(shí),在熒光屏上得到一條長(zhǎng)為2L的亮線。由于電子通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的時(shí)間很短,可以認(rèn)為在每個(gè)電子通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度不變。已知電子的電荷量為e,質(zhì)量為m(1)電子打到熒光屏上時(shí)的速度大小;(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值B0。10.(2017·福建漳州模擬)在地面上方某處的真空室里存在著水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)E1,以水平向右和豎直向上分別為x軸、y軸的正方向建立平面直角坐標(biāo)系,如圖所示。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的微粒從點(diǎn)P(l,0)由靜止釋放后沿直線PQ運(yùn)動(dòng),當(dāng)微粒到達(dá)點(diǎn)Q(0,l)的瞬間,電場(chǎng)的方向變?yōu)樨Q直向上且大小變?yōu)镋2=,同時(shí)加上一個(gè)垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=,該磁場(chǎng)有理想的下邊界,其他方向范圍無(wú)限大。求:(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E1的大小;(2)欲使微粒不從磁場(chǎng)下邊界穿出,該磁場(chǎng)下邊界的y軸坐標(biāo)值應(yīng)滿足的條件;(3)微粒從P點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)又回到x軸所需的時(shí)間。##考點(diǎn)規(guī)范練30帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.B解析①圖中小球受重力、向左的電場(chǎng)力、向右的洛倫茲力,下降過(guò)程中速度一定變大,故洛倫茲力一定變化,不可能一直與電場(chǎng)力平衡,故合力不可能一直向下,故一定做曲線運(yùn)動(dòng);②圖中小球受重力、向上的電場(chǎng)力、垂直向外的洛倫茲力,合力與速度一定不共線,故一定做曲線運(yùn)動(dòng);③圖中小球受重力、向左上方的電場(chǎng)力、水平向右的洛倫茲力,若三力平衡,則小球做勻速直線運(yùn)動(dòng);④圖中小球受向下的重力和向上的電場(chǎng)力,合力一定與速度共線,故小球一定做直線運(yùn)動(dòng);故選項(xiàng)B正確。2.C解析由左手定則知,A、B離子均帶正電,A錯(cuò)誤;兩束離子經(jīng)過(guò)同一速度選擇器后的速度相同,在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中,由R=可知,半徑大的離子對(duì)應(yīng)的比荷小,但離子的質(zhì)量不一定相同,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;速度選擇器中的磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向里,D錯(cuò)誤。3.B解析回旋加速器所加高頻電源的頻率與帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的頻率相同,在一個(gè)周期內(nèi),帶電粒子兩次通過(guò)勻強(qiáng)電場(chǎng)而加速,故高頻電源的變化周期為tntn2,A項(xiàng)錯(cuò);帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期與粒子速度無(wú)關(guān),故B項(xiàng)正確;粒子加速到做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑等于加速器半徑時(shí),速度達(dá)到最大,即qvmaxB=m?Ekmax=,與加速次數(shù)無(wú)關(guān),C項(xiàng)錯(cuò)誤;不同粒子的比荷不同,最大動(dòng)能也不一定相同,D項(xiàng)錯(cuò)。4.D解析對(duì)甲、乙兩物塊受力分析,甲物塊受豎直向下的洛倫茲力不斷增大,乙物塊對(duì)地板的壓力不斷增大,甲、乙一起向左做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng);甲、乙兩物塊間的摩擦力大小為Ff=m甲a,甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小。故D正確。5.AC解析若微粒帶正電荷,它受豎直向下的重力mg、水平向左的電場(chǎng)力qE和垂直O(jiān)A斜向右下方的洛倫茲力qvB,知微粒不能做直線運(yùn)動(dòng),據(jù)此可知微粒應(yīng)帶負(fù)電荷,它受豎直向下的重力mg、水平向右的電場(chǎng)力qE和垂直O(jiān)A斜向左上方的洛倫茲力qvB,又知微粒恰好沿著直線運(yùn)動(dòng)到A,可知微粒應(yīng)該做勻速直線運(yùn)動(dòng),則選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由平衡條件得:qvBcosθ=mg,qvBsinθ=qE,得磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=,電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E=Bvsinθ,故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。6.CD解析對(duì)小球受力分析如圖所示,則mgμ(qEqvB)=ma,隨著v的增加,小球加速度先增大,當(dāng)qE=qvB時(shí)達(dá)到最大值,amax=g,繼續(xù)運(yùn)動(dòng),mgμ(qvBqE)=ma,隨著v的增大,a逐漸減小,所以A錯(cuò)誤。因?yàn)橛心Σ亮ψ龉?機(jī)械能與電勢(shì)能總和在減小,B錯(cuò)誤。若在前半段達(dá)到最大加速度的一半,則mgμ(qEqvB)=m,得v=;若在后半段達(dá)到最大加速度的一半,則mgμ(qvBqE)=m,得v=,故C、D正確。7.ACD解析根據(jù)左手定則可判斷兩極板的極性,離子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中同時(shí)受靜電力和洛倫茲力,到二力平衡時(shí)兩極板間的電壓穩(wěn)定。由題圖可知,當(dāng)滑片P位于b端時(shí),電路中電流最大,電阻R0消耗功率最大,其最大值為P1=I2R0=,故A正確;將定值電阻R0歸為電源內(nèi)阻,因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的最大阻值2R0<r+R0,則當(dāng)滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大時(shí)消耗功率最大,最大值為P=,故B錯(cuò)誤;因等離子體射入后,由左手定則可知正離子向D板偏轉(zhuǎn),負(fù)離子向C板偏轉(zhuǎn),所以極板C為電源負(fù)極,極板D為電源正極,C正確;等離子體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),洛倫茲力與靜電力平衡,即Bqv=q,所以電源電動(dòng)勢(shì)為E=Bdv,又R0<r<2R0,所以滑片P由a向b端滑動(dòng)時(shí),外電路總電阻減小,其間某位置有r=R0+R,由電源輸出功率與外電阻關(guān)系可知,在滑片P由a向b端滑動(dòng)的過(guò)程中,發(fā)電機(jī)的輸出功率先增大后減小,故D正確。8.解析(1)微粒到達(dá)A(l,l)之前做勻速直線運(yùn)動(dòng),對(duì)微粒受力分析如圖甲,所以,Eq=mg,得E=甲(2)由平衡條件得qvB=mg電場(chǎng)方向變化后,微粒所受重力與電場(chǎng)力平衡,微粒在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌跡如圖乙。乙則qvB=m由幾何知識(shí)可得r=lv=聯(lián)立解得B=。(3)微粒做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=t1+t2=。答案(1)(2)(3)9.解析(1)電子打到熒光屏上時(shí)速度的大小等于它飛出加速電場(chǎng)時(shí)的速度大小,設(shè)為v,由動(dòng)能定理得eU=mv2解得v=。(2)當(dāng)交變磁場(chǎng)為最大值B0時(shí),電子束有最大偏轉(zhuǎn),在熒光屏上打在Q點(diǎn),PQ=L。電子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,設(shè)此時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為θ,由幾何關(guān)系可知,tanθ=,θ=60°根據(jù)幾何關(guān)系,電子束在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)路徑所對(duì)的圓心角α=θ,而tan。由牛頓第二定律和洛倫茲力公式得evB0=解得B0=。答案(1)(2)10.解析(1)由于微粒沿PQ方向運(yùn)動(dòng),可知微粒所受的合力沿PQ方向,受力分析如圖所示,可得qE1=mgcot