物理高考大一轮复习第9章磁场第27讲带电粒子在复合场中的运动练习（含解析）.docx

第27讲 带电粒子在复合场中的运动解密考纲考查带电粒子在复合场中的运动，对学生综合分析能力和理论联系实际能力要求较高1(2019郴州高考物理一模)如图所示，甲是不带电的绝缘物块，乙带正电，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的绝缘水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现加一水平向左的匀强电场，发现甲、乙无相对滑动一起向左加速运动在加速运动阶段()A甲、乙两物块间的摩擦力不变B甲、乙两物块可能做加速度减小的加速运动C乙物块与地面之间的摩擦力不断减小D甲、乙两物体可能做匀加速直线运动B解析 以甲、乙整体为研究对象，受力分析如图所示，则有FNF洛(m甲m乙)g，当甲、乙一起加速运动时，洛伦兹力F洛增大，FN增大，则地面对乙的滑动摩擦力Ff增大，由于Ff增大，F一定，根据牛顿第二定律得，加速度a减小，对甲研究得到，乙对甲的摩擦力Ffm甲a，则得到Ff甲减小，甲、乙两物块间的静摩擦力不断减小，故选项A、C错误；甲、乙整体受到的摩擦力逐渐增大，故做加速度不断减小的加速运动，最后是一起匀速运动，故选项B正确，D错误2(2019天津和平区高三上学期期末)如图所示为一速度选择器，两极板P1、P2之间存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场一束带电粒子流以速度v从S1沿直线运动到S2，则下列说法正确的是()A该粒子流的粒子一定带正电B粒子从S1到S2一定做匀速直线运动C粒子运动的速度大小一定等于D若粒子以速度v从S2向上运动，一定能沿直线到达S1B解析 粒子受洛伦兹力和电场力，假设粒子带正电，则受到向右的洛伦兹力，向左的电场力；若粒子带负电，洛伦兹力向左，电场力向右；均可以平衡，故粒子可以带正电，也可以带负电，选项A错误洛伦兹力与电场力平衡qEqvB，粒子做匀速直线运动才能不发生偏转而直线通过，解得v，选项B正确，C错误如果这束粒子流从S2处沿直线ba方向射入，电场力方向不变，洛伦兹力反向，故电场力与洛伦兹力方向相同，不再平衡，故合力与速度不共线，粒子开始做曲线运动，不能运动到S1处，选项D错误3(2019安阳高三二模)(多选)如图所示，空间某处存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，一个带负电的金属小球从M点水平射入场区，经一段时间运动到N点，关于小球由M到N的运动，下列说法正确的是()A小球可能做匀变速运动B小球一定做变加速运动C小球动能可能不变D小球机械能守恒BC解析 小球从M到N，在竖直方向上发生了偏转，所以受到的竖直向下的洛伦兹力，竖直向下的重力和竖直向上的电场力的合力不为零，并且速度方向变化，则洛伦兹力方向变化，所以合力方向变化，故不可能做匀变速运动，一定做变加速运动，选项A错误，B正确；若电场力和重力等大反向，则过程中电场力和重力做功之和为零，而洛伦兹力不做功，所以小球的动能可能不变，重力势能减小，这种情况下机械能不守恒，若以电场力和重力不等大反向，则有电场力做功，所以机械能也不守恒，故小球的机械能不守恒，选项C正确，D错误4(2019成都高三摸底测试)如图所示区域有方向竖直向下的匀强电场和水平向里的匀强磁场，一带正电的微粒以水平向右的初速度进入该区域时，恰能沿直线运动欲使微粒向下偏转，可采用的方法是()A仅减小入射速度B仅减小微粒的质量C仅增大微粒的电荷量D仅增大磁场的磁感应强度A解析 带正电的粒子受到向下的电场力和重力以及向上的洛伦兹力作用，当qvBmgqE时，粒子沿直线通过正交场区；若减小入射速度，则洛伦兹力减小，电场力不变，合力向下，向下偏转，故选项A正确仅减小微粒的质量，则洛伦兹力大于电场力与重力的合力，合力向上，向上偏转，故选项B错误增大电荷量，则电场力与洛伦兹力都增大，合力向上，向上偏转，故选项C错误增大磁感应强度，则向上的洛伦兹力增大，合力向上，向上偏转，故选项D错误5(2019苏北四市高三第一次调研)(多选)在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N，做成了一个霍尔元件，在E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，M、N间的电压为UH.已知半导体薄片中的载流子为正电荷，电流与磁场的方向如图所示，下列说法正确的有()AN板电势高于M板电势B磁感应强度越大，M、N间电势差越大C将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行，UH不变D将磁场和电流分别反向，N板电势低于M板电势AB解析 根据左手定则，电流的方向向里，自由电荷受力的方向指向N端，向N端偏转，则N点电势高，故选项A正确；设左右两个表面相距为d，电子所受的电场力等于洛伦兹力，即设材料单位体积内电子的个数为n，材料截面积为S，则evB，IneSv，SdL，由得UH，令k，则UHk，所以若保持电流I恒定，则M、N间的电压与磁感应强度B成正比，故选项B正确；将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行，则带电粒子不会受到洛伦兹力，因此不存在电势差，故选项C错误；若磁场和电流分别反向，依据左手定则，则N板电势仍高于M板电势，故选项D错误6(2017全国卷)如图所示，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向垂直于纸面向里三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等，质量分别为ma、mb、mc.已知在该区域内，a在纸面内做匀速圆周运动，b在纸面内向右做匀速直线运动，c在纸面内向左做匀速直线运动下列选项正确的是()AmambmcBmbmamcCmcmamb DmcmbmaB解析 该空间区域为匀强电场、匀强磁场和重力场的叠加场，a在纸面内做匀速圆周运动，可知其重力与所受到的电场力平衡，洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力，有magqE，解得ma.b在纸面内向右做匀速直线运动，由左手定则可判断出其所受洛伦兹力方向竖直向上，可知mbgqEqvbB，解得mb.c在纸面内向左做匀速直线运动，由左手定则可判断出其所受洛伦兹力方向竖直向下，可知mcgqvcBqE，解得mc.综上所述，可知mbmamc，选项B正确7(2019漳州高三二模)(多选)在竖直放置固定的光滑绝缘圆环中，套有一个带电q、质量m的小环，整个装置放在如图所示的正交匀强电磁场中，磁感应强度大小为B，电场E，重力加速度为g.当小环从大环顶端无初速度下滑时，则小环()A运动到最低点的速度最大B不能做完整的圆周运动C对轨道最大压力为NmgD受到的最大洛伦兹力fqBBD解析 将重力场和电场等效为一个等效场，只有运动到等效最低点速度才最大，选项A错误；由能量守恒定律可知无法到达等效最高点，不能做完整的圆周运动，选项B正确；由动能定理可得mgRRmv，解得vmax，受到的最大洛伦兹力fqB，选项D正确；在等效最低点由牛顿第二定律有Nf，可知Nmgf，选项C错误8(2019江西师范大学附属中学高三冲刺卷)(多选)如图所示，虚线框中存在垂直纸面向外的匀强磁场B和平行纸面且与竖直平面夹角为45斜向下的匀强电场E，有一质量为m，电荷量为q的带负电的小球在高为h处的P点从静止开始自由下落，当小球运动到复合场内时刚好做直线运动，那么()A小球在复合场中一定做匀速直线运动B若换成带正电的小球，小球仍可能做直线运动C磁感应强度B，场强ED若同时改变小球的比荷与初始下落高度h，小球不能沿直线通过复合场ACD解析 小球在复合场中受到竖直向下的重力、与电场强度方向相反的电场力和水平向右的洛伦兹力的作用，如图所示其中电场力和重力是恒力，而洛伦兹力的大小与小球的速度大小成正比，若小球做的是变速运动，那么洛伦兹力也是变力，小球的合外力方向也要改变，这与题意不符，所以小球在复合场中一定做匀速直线运动，故选项A正确根据小球的平衡条件可得qvBmg，qEmg，又v22gh，联立各式解得磁感应强度B，电场强度E；若要使小球沿直线通过复合场，小球的合力一定为零，若同时改变小球的比荷与初始下落的高度h，以上两个式子不能同时满足，不能做直线运动，故选项C、D正确若换成带正电的小球，则电场力和洛伦兹力同时反向，合力不可能为零，故选项B错误9(2019佛山顺德区高三学情调研)(多选)如图所示，xOy坐标系内存在着方向竖直向下的匀强电场，同时在以O1为圆心的圆形区域内有方向垂直纸面向里的有界匀强磁场，电子从原点O以初速v沿平行于x轴正方向射入场区，若散去磁场，电场保持不变，则电子进入场区后从P点飞出，所用时间为t1；若撤去电场，磁场保持不变，则带电粒子进入场区后将向下偏转并从Q点飞出，所用时间为t2，若P、Q两个点关于x轴对称，下列判断正确的是()At1 t2Bt11，故当电场和磁场同时存在时，eEevB，即电场力大于洛伦兹力，电子向上偏转，将偏向y轴正方向做曲线运动，故选项C正确，D错误10(2019中原名校高三质量考评)(多选)如图所示，在平行板电容器极板间有场强为E、方向竖直向下的匀强电场和磁感应强度为B1、方向水平向里的匀强磁场左右两挡板中间分别开有小孔S1、S2，在其右侧有一边长为L的正三角形磁场，磁感应强度为B2，磁场边界ac中点S3与小孔S1、S2正对现有大量的带电荷量均为q、而质量和速率均可能不同的粒子从小孔S1水平射入电容器，其中速率为v0的粒子刚好能沿直线通过小孔S1、S2.粒子的重力及各粒子间的相互作用均可忽略不计下列有关说法正确的是()Av0一定等于B在电容器极板中向上偏转的粒子的速度一定满足v0C质量m，选项B正确；设质量为m0的粒子的轨迹刚好与bc边相切，如图所示，由几何关系得 RR，而R，解得m0，所以m的粒子都会从ac边射出，而，选项C错误；质量不同的粒子在磁场中运动的周期不同，所以在磁场中运动的时间不同，选项D错误11(2019濮阳高三第二次模拟)如图所示，在xOy坐标系的第二象限内有水平向右的匀强电场，第四象限内有竖直向上的匀强电场，两个电场的场强大小相等，第四象限内还有垂直于纸面的匀强磁场，让一个质量为m、带电荷量为q的粒子在第二象限内的P(L，L)点由静止释放，结果粒子沿直线运动到坐标原点并进入第四象限，粒子在第四象限内运动后从x轴上的Q(L,0)点进入第一象限，重力加速度为g，求：(1)粒子从P点运动到坐标原点的时间；(2)匀强磁场的磁感应强度的大小和方向解析 (1)粒子在第二象限内做直线运动，因此电场力和重力的合力方向沿PO方向，则粒子带正电mgqE1qE2，mgma，Lat2，解得t.(2)设粒子从O点进入第四象限的速度大小为v，由动能定理可得mgLqELmv2，求得v2，方向与x轴正方向成45角，由于粒子在第四象限内受到电场力与重力等大反向，因此粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于粒子做匀速圆周运动后从x轴上的Q(L,0)点进入第一象限，根据左手定则可以判断，磁场方向垂直于纸面向里粒子做圆周运动的轨迹如图所示，由几何关系可知粒子做匀速圆周运动的轨迹半径为RL，由牛顿第二定律可得Bqvm，解得B.答案 (1)(2)垂直纸面向里12(2019朝阳高三模拟)如图所示，在区里有与水平方向成60角的匀强电场E1，宽度为d.在区里有垂直于纸面向外的匀强磁场和竖直方向的电场E2，宽度也为d.一带电量为q、质量为m 的微粒自图中P点由静止释放后沿虚线做直线运动进入区的磁场内，已知PQ与中间边界MN的夹角是60.若微粒进入区后做匀速圆周运动且还能回到MN边界上重力加速度为g.区和区的场在竖直方向足够长，d、m、q已知，求：(1)微粒带何种电荷，电场强度E1；(2)区磁感应强度B的取值范围；(3)微粒第一次在磁场中运动的最长时间解析 (1)带电微粒沿虚线做直线运动，可知微粒受到的合力斜向右上，故微粒带的是正电荷微粒受重力和电场力电场力FqE1，由