浙江省高考物理 能力突破 8.3带电粒子在复合场中的运动A.doc

浙江2013年物理高考能力突破：8.3带电粒子在复合场中的运动a(40分钟 100分)一、单项选择题(本题共4小题，每小题7分，共28分，每小题只有一个选项符合题意)1.在空间某一区域中既存在匀强电场，又存在匀强磁场.有一带电粒子，以某一速度从不同方向射入到该区域中(不计带电粒子受到的重力)，则该带电粒子在区域中的运动情况可能是( )a.做匀速直线运动b.做匀速圆周运动c.做非匀变速直线运动d.做匀变速曲线运动2.如图所示，匀强电场方向竖直向上，匀强磁场方向水平指向纸外，有一电子(不计重力)，恰能沿直线从左向右飞越此区域，若电子以相同的速率从右向左水平飞入该区域，则电子将( )a.沿直线飞越此区域b.向上偏转c.向下偏转d.向纸外偏转3.(预测题)如图所示，质量为m，电荷量为e的质子以某一初速度从坐标原点o沿x轴正方向进入场区，若场区仅存在平行于y轴向上的匀强电场时，质子通过p(d，d)点时的动能为5ek；若场区仅存在垂直于xoy平面的匀强磁场时，质子也能通过p点.不计质子的重力.设上述匀强电场的电场强度大小为e，匀强磁场的磁感应强度大小为b，则下列说法中正确的是( )a. b. c. d. 4.(创新题)如图所示，竖直放置的两块很大的平行金属板a、b，相距为d，ab间的电场强度为e，今有一带正电的微粒从a板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场，当它飞到b板时，速度大小不变，而方向变为水平方向，且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板而进入bc区域，bc区域的宽度也为d，所加电场大小为e，方向竖直向上，磁感应强度方向垂直纸面向里，磁场磁感应强度大小等于e/v0，重力加速度为g，则下列关于粒子运动的有关说法错误的是( )a.粒子在ab区域的运动时间为b.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，圆周半径r=2dc.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，运动时间为d.粒子在ab、bc区域中运动的总时间为二、不定项选择题(本题共3小题，每小题7分，共21分，每小题至少一个选项符合题意)5.(2012南京模拟)如图所示,两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场e和匀强磁场b,有一个带正电的小球(电荷量为+q,质量为m)从电磁复合场上方的某一高度处自由落下,那么,带电小球可能沿直线通过的电磁复合场是( )6.(易错题)北半球某处，地磁场水平分量b1=0.810-4 t，竖直分量b2=0.510-4 t，海水向北流动，海洋工作者测量海水的流速时，将两极板插入此海水中，保持两极板正对且垂线沿东西方向，两极板相距d=20 m，如图所示，与两极板相连的电压表(可看做是理想电压表)示数为u=0.2 mv，则( )a.西侧极板电势高，东侧极板电势低b.西侧极板电势低，东侧极板电势高c.海水的流速大小为0.125 m/sd.海水的流速大小为0.1 m/s7.(易错题)环形对撞机是研究高能粒子的重要装置，其核心部件是一个高度真空的圆环状的空腔.若带电粒子初速度可视为零，经电压为u的电场加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为b.带电粒子将被限制在圆环状空腔内运动.要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动，下列说法中正确的是( )a.对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度b越大b.对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度b越小c.对于给定的带电粒子，加速电压u越大，粒子运动的周期越小d.对于给定的带电粒子，不管加速电压u多大，粒子运动的周期都不变三、计算题(本大题共3小题，共51分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)8.(2012丽水模拟)(16分)如图所示，水平虚线l1、l2间的高度差h=5 cm,l1的上方和l2的下方都存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向上的匀强电场，下方磁场的磁感应强度是上方的倍，一带电微粒正好能在竖直平面内沿图中轨迹做周期性运动，在两磁场中的轨迹是半圆.当运动到轨迹最低点时，如果撤去电场，微粒将做匀速直线运动.取g=10 m/s2. (1)说出微粒的绕行方向；(2)分别求出微粒在两磁场中的速度大小.9.(17分)一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为q=1.610-19 c,霍尔元件在自动检测、控制领域得到了广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等.在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab=1.010-2 m、长bc=4.010-2 m、厚h=1.010-3 m,水平放置在竖直向上的磁感应强度b=2.0 t的匀强磁场中，bc方向通有i=3.0 a的电流，如图所示，由于磁场的作用，稳定后，在沿宽度方向上产生1.010-5 v的横向电压.(1)薄板中载流子定向运动的速率为多大？(2)这块霍尔材料中单位体积内的载流子个数为多少？10.(2012南昌模拟)(18分)如图所示,真空中有以o为圆心,r为半径的圆柱形匀强磁场区域,圆的最下端与x轴相切于坐标原点o,圆的右端与平行于y轴的虚线mn相切,磁感应强度为b，方向垂直纸面向外,在虚线mn右侧x轴上方足够大的范围内有方向竖直向下、场强大小为e的匀强电场.现从坐标原点o向纸面内不同方向发射速率相同的质子,质子在磁场中做匀速圆周运动的半径也为r,已知质子的电荷量为e,质量为m,不计质子的重力、质子对电磁场的影响及质子间的相互作用力.求:(1)质子进入磁场时的速度大小;(2)沿y轴正方向射入磁场的质子到达x轴所需的时间.答案解析1. 【解析】选a.如果粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡，则粒子做匀速直线运动，a正确；如果粒子速度方向与磁感线平行，则粒子做匀变速直线运动,若粒子的速度方向与磁场不平行时，洛伦兹力为变力，将做非匀变速曲线运动，故b、c、d错.2.【解析】选c.电子在复合场中从左边进入时受力如图(a)，沿直线从左向右飞越此区域，则f洛=f电；电子从右边进入复合场区域时受力如图(b)所示.由电子受力方向与速度方向的关系知电子应在速度和力决定的平面内向下偏转做曲线运动.故选项c正确.3.【解析】选d.质子在电场中，解得,a、b错误.再根据，故c错误、d正确.【变式备选】带电粒子(不计重力)以初速度v0从a点进入匀强磁场，如图.运动中经过b点，oa=ob.若撤去磁场，加一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从a点进入电场，粒子仍能通过b点，那么电场强度e与磁感应强度b之比e/b为( )a.v0b.1c.2v0d.【解析】选c.粒子在磁场中运动时，粒子在电场中运动时，.解得，故c正确. 4. 【解题指南】解题时应注意以下几点：(1)由题意，本题需考虑带电微粒的重力. (2)在ab区域，粒子竖直方向在重力作用下做减速运动，水平方向在电场力作用下做加速运动.(3)在bc区域，粒子受重力、电场力和洛伦兹力.【解析】选c.粒子在ab区域运动时，竖直方向在重力作用下做匀减速运动，故v0=gt,t=，a正确.在水平方向，v0=at,a=，则qe=mg.在bc区域，由于粒子所受电场力竖直向上，且qe=mg，故粒子只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.其轨道半径，又qe=mg,v02=2gd，所以r=2d，故b正确；设粒子在bc区域转过的角度为，则sin=，则=30，所以粒子在bc区域做匀速圆周运动的时间t2=，或t2=.故c错.粒子在电场中运动时间t1=,故总时间t=t1+t2=,故d正确，故选c.5.【解析】选d.在a图中刚进入复合场时,带电小球受到方向向左的电场力、向右的洛伦兹力、竖直向下的重力,在重力的作用下,小球的速度要变大,洛伦兹力也会变大,所以水平方向受力不可能总是平衡,a选项错误;b图中小球要受到向下的重力、向上的电场力、向外的洛伦兹力,小球要向外偏转,不可能沿直线通过复合场,b选项错误;c图中小球受到向下的重力、向右的洛伦兹力、沿电场方向的电场力,若这三个力的合力正好为0,则小球将沿直线通过复合场,c选项正确;d图中小球只受到向下的重力和向上的电场力,都在竖直方向上,小球可能沿直线通过复合场,d选项正确.6.【解析】选a.由于海水向北流动，地磁场有竖直向下的分量，由左手定则可知，正电荷偏向西侧极板，负电荷偏向东侧极板，即西侧极板电势高，东侧极板电势低，故选项a正确，b错误；对于流过两极板间的带电粒子有：qvb2=，即v= =0.2 m/s，故选项c、d错误.7.【解析】选b、c.带电粒子经过加速电场后速度为，带电粒子以该速度进入对撞机的环状空腔内，且在圆环内做半径确定的圆周运动，因此 ，对于给定的加速电压，即u一定，则带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度b应越小，a错误，b正确；对于给定的带电粒子,运动周期,加速电压越大,粒子的速度越大,则周期越小,故c正确,d错误.8. 【解析】(1)带电微粒做匀速圆周运动时一定满足qe=mg,故微粒带正电，(2分)绕行方向为逆时针.(3分)(2)设上、下半圆中的速度和磁感应强度分别为v1、v2、b1、b2则b2=b1(2分)mv22-mv12=mgh(3分)qv1b1= (2分)qv2b2= (2分)解以上各式得v1=1 m/s，v2= m/s(2分)答案：(1)逆时针方向(2)1 m/sm/s9.【解析】(1)稳定时载流子在沿宽度方向上受到的磁场力和电场力平衡,(6分) (4分)(2)由电流的微观解释可得：i=nqvs.s=abh故n=i/qvs=3.751027 个/m3(7分)答案：(1)510-4m/s(2)3.751027个/m310.【解析】(1)由洛伦兹力公式和牛顿第二定律,得:,解得: .(6分)(2)若质子沿y轴正方向射入磁场,则以n为圆心转过圆弧后从a点垂直电场方向进入电场,质子在磁场中有:,(3分)得: (2分)进入电场后质子做类平抛运动,y方向上的位移 (3分)解得: (2分)则: .(2分)答案:(1) (2) 【总结提