高三物理带电粒子在复合场中的运动复习ppt课件

1、1.(20091.(2009广东广东11)11)如图如图1 1所示所示, ,表面粗糙的斜面固表面粗糙的斜面固定于地面上定于地面上, ,并处于方向并处于方向垂直于纸面向外、磁感应垂直于纸面向外、磁感应强度为强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中. .质量为质量为m m、带电荷量为、带电荷量为+ +Q Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑的小滑块从斜面顶端由静止下滑. .在滑块下滑的在滑块下滑的过程中过程中, ,下列判断正确的是下列判断正确的是 ( )( )A.A.滑块受到的摩擦力不变滑块受到的摩擦力不变B.B.滑块到达地面时的动能与滑块到达地面时的动能与B B的大小无关的大小无关C.C.滑块受到的洛伦兹

2、力方向垂直斜面向下滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D.D.B B很大时很大时, ,滑块可能静止于斜面上滑块可能静止于斜面上定时检测二定时检测二 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 图图1 11解析解析 滑块下滑的过程中滑块下滑的过程中, ,受力受力分析如右图所示分析如右图所示, ,C C对对; ;摩擦力摩擦力F Ff f= =F FN N, ,而而F FN N= =G G2 2+ +F F洛洛= =G G2 2+ +q qv vB B, ,由由于于G G2 2不变不变, ,v v增大增大, ,故故F FN N增大增大, ,F Ff f增增大大,A,A错错; ;由于摩擦力的大小与

3、由于摩擦力的大小与B B有关有关, ,而滑块到达而滑块到达地面时的动能与重力做功和摩擦力做功有关地面时的动能与重力做功和摩擦力做功有关, ,故故B B错错; ;若若B B很大时很大时, ,摩擦力增大较快摩擦力增大较快, ,当摩擦力增大当摩擦力增大到到F Ff f= =G G1 1之后之后, ,滑块将保持匀速滑块将保持匀速, ,不可能静止于斜不可能静止于斜面上面上,D,D错错. .答案答案 C22.2.(2009(2009宁夏宁夏16)16)医生做某些特殊手术时医生做某些特殊手术时, ,利用利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度电磁血流计来监测通过动脉的血流速度. .电磁血电磁血流计由一对电极流

4、计由一对电极a a和和b b以及一对磁极以及一对磁极N N和和S S构成构成, ,磁磁极间的磁场是均匀的极间的磁场是均匀的. .使用时使用时, ,两电极两电极a a、b b均与均与血管壁接触血管壁接触, ,两触点的连线、磁场方向和血流速两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直度方向两两垂直, ,如图如图2 2所示所示. .由于血液中的正负由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动离子随血流一起在磁场中运动, ,电极电极a a、b b之间会之间会有微小电势差有微小电势差. .在达到平衡时在达到平衡时, ,血管内部的电场血管内部的电场可看作是匀强电场可看作是匀强电场, ,血液中的离子所受的电场

5、力血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零和磁场力的合力为零. .在某次监测中在某次监测中, ,两触点间两触点间的距离为的距离为3.0 mm,3.0 mm,血管壁的厚度可忽略血管壁的厚度可忽略, ,两触点两触点间的电势差为间的电势差为160 V,160 V,磁感应强度的大小为磁感应强度的大小为0.040 T.0.040 T.则血流速度的近似值和电极则血流速度的近似值和电极a a、b b的正的正负为负为( () )3A.1.3 m/s,A.1.3 m/s,a a正、正、b b负负B.2.7 m/s,B.2.7 m/s,a a正、正、b b负负C.1.3 m/s,C.1.3 m/s,a a负、负

6、、b b正正D.2.7 m/s,D.2.7 m/s,a a负、负、b b正正图图2 24解析解析 由左手定则知由左手定则知: :血液中的正离子在洛伦兹血液中的正离子在洛伦兹力作用下将向上极板聚集力作用下将向上极板聚集, ,负离子向下极板聚集负离子向下极板聚集, ,故故a a正、正、b b负负, ,排除排除C C、D D选项选项; ;含有正、负离子的含有正、负离子的血液流动血液流动, ,相当于导体棒做切割磁感线运动相当于导体棒做切割磁感线运动, ,切切割长度为割长度为a a、b b两接触点间距两接触点间距, ,即即L L=3.0 mm=3.0=3.0 mm=3.01010-3-3 m, m,由由

7、U U= =BlBlv v得得v v= = m/s m/s= m/s1.3 m/s,= m/s1.3 m/s,故故A A对，对，B B错错. .答案答案 A36100 . 3040. 010160BlU3453.3.如图如图3 3所示的虚线区域内所示的虚线区域内, ,充满充满垂直于纸面向里的匀强磁场和垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场竖直向下的匀强电场. .一带电一带电粒子粒子a a( (不计重力不计重力) )以一定的初以一定的初速度由左边界的速度由左边界的O O点射入磁场、点射入磁场、电场区域电场区域, ,恰好沿直线由区域恰好沿直线由区域右边界的右边界的O O点点( (图中未标出图

8、中未标出) )穿出穿出. .若撤去该区若撤去该区域内的磁场而保留电场不变域内的磁场而保留电场不变, ,另一个同样的粒子另一个同样的粒子b b( (不计重力不计重力) )仍以相同初速度由仍以相同初速度由O O点射入点射入, ,从区域从区域右边界穿出右边界穿出, ,则粒子则粒子b b( () )图图3 36A.A.穿出位置一定在穿出位置一定在O O点下方点下方B.B.穿出位置一定在穿出位置一定在O O点上方点上方C.C.运动时运动时, ,在电场中的电势能一定减小在电场中的电势能一定减小D.D.在电场中运动时在电场中运动时, ,动能一定减小动能一定减小解析解析 本题考查带电粒子在磁场和电场中的运动本

9、题考查带电粒子在磁场和电场中的运动, ,意在考查学生发散思维的能力意在考查学生发散思维的能力. .带电粒子的电性可带电粒子的电性可正也可负正也可负, ,当只有电场作用时当只有电场作用时, ,粒子穿出位置可能粒子穿出位置可能在在O O点上方点上方, ,也可能在也可能在O O点下方点下方. .电场力一定对电场力一定对粒子做正功粒子做正功, ,粒子的电势能减小粒子的电势能减小, ,动能一定增加动能一定增加. .答案答案 C74.4.如图如图4 4所示所示, ,铜质导电板置于铜质导电板置于匀强磁场中匀强磁场中, ,通电时铜板中通电时铜板中电流方向向下电流方向向下, ,由于磁场的由于磁场的作用作用, ,

10、则则( () )A.A.板左侧聚集较多电子板左侧聚集较多电子, ,使使b b点电势高于点电势高于a a点点B.B.板左侧聚集较多电子板左侧聚集较多电子, ,使使a a点电势高于点电势高于b b点点C.C.板右侧聚集较多电子板右侧聚集较多电子, ,使使a a点电势高于点电势高于b b点点D.D.板右侧聚集较多电子板右侧聚集较多电子, ,使使b b点电势高于点电势高于a a点点图图4 48解析解析 铜板导电靠的是自由电子的定向移动铜板导电靠的是自由电子的定向移动, ,电电流方向向下流方向向下, ,则电子相对磁场定向移动方向向上则电子相对磁场定向移动方向向上, ,根据左手定则根据左手定则, ,电子受

11、洛伦兹力方向向右电子受洛伦兹力方向向右, ,致使致使铜板右侧聚集较多电子铜板右侧聚集较多电子, ,左侧剩余较多正离子左侧剩余较多正离子, ,板中逐渐形成方向向右的水平电场板中逐渐形成方向向右的水平电场, ,直到定向移直到定向移动的自由电子受到的洛伦兹力与水平电场力平动的自由电子受到的洛伦兹力与水平电场力平衡为止衡为止, ,所以由于磁场的作用所以由于磁场的作用, ,整个铜板左侧电整个铜板左侧电势高于右侧势高于右侧, ,即即a a b b. .答案答案 C95.5.环形对撞机是研究高能粒子的重要装置环形对撞机是研究高能粒子的重要装置, ,其核心其核心部件是一个高度真空的圆环状的空腔部件是一个高度真

12、空的圆环状的空腔. .若带电粒若带电粒子初速度可视为零子初速度可视为零, ,经电压为经电压为U U的电场加速后的电场加速后, ,沿沿圆环切线方向注入对撞机的环状空腔内圆环切线方向注入对撞机的环状空腔内, ,空腔内空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场存在着与圆环平面垂直的匀强磁场, ,磁感应强度磁感应强度大小为大小为B B. .带电粒子将被限制在圆环状空腔内运带电粒子将被限制在圆环状空腔内运动动. .要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动运动, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )10A.A.对于给定的加速电压对于给定的加速电压, ,带电粒

13、子的比荷带电粒子的比荷q q/ /m m越大越大, ,磁感应强度磁感应强度B B越大越大B.B.对于给定的加速电压对于给定的加速电压, ,带电粒子的比荷带电粒子的比荷q q/ /m m越大越大, ,磁感应强度磁感应强度B B越小越小C.C.对于给定的带电粒子和磁感应强度对于给定的带电粒子和磁感应强度B B, ,加速电压加速电压U U越大越大, ,粒子运动的周期越小粒子运动的周期越小D.D.对于给定的带电粒子和磁感应强度对于给定的带电粒子和磁感应强度B B, ,不管加速不管加速电压电压U U多大多大, ,粒子运动的周期都不变粒子运动的周期都不变11解析解析 带电粒子经过加速电场后速度为带电粒子经

14、过加速电场后速度为v v= = , ,带电粒子以该速度进入对撞机的环状空腔内带电粒子以该速度进入对撞机的环状空腔内, ,且在且在圆环内做半径确定的圆周运动圆环内做半径确定的圆周运动, ,因此因此R R= = , ,对于给定的加速电压对于给定的加速电压, ,即即U U一定一定, ,则带电粒子的比则带电粒子的比荷荷q q/ /m m越大越大, ,磁感应强度磁感应强度B B应越小应越小,A,A错误错误,B,B正确正确; ;带带电粒子运动周期为电粒子运动周期为T T= =, ,与带电粒子的速度无与带电粒子的速度无关关, ,当然就与加速电压当然就与加速电压U U无关无关, ,因此因此, ,对于给定的带对

15、于给定的带电粒子和磁感应强度电粒子和磁感应强度B B, ,不管加速电压不管加速电压U U多大多大, ,粒子粒子运动的周期都不变运动的周期都不变. .答案答案 BDmqU222qBUmqBmvqBm2126.6.如图所示如图所示, ,虚线框中存在匀强电场虚线框中存在匀强电场E E和匀强磁场和匀强磁场B B, ,实线表示电场线实线表示电场线, ,它们相互正交或平行它们相互正交或平行, ,有一个有一个带正电的小球从该复合场上方的某一高度处自带正电的小球从该复合场上方的某一高度处自由落下由落下, ,那么那么, ,带电小球可能沿直线通过下列的带电小球可能沿直线通过下列的哪些复合场区域哪些复合场区域( )

16、( )13解析解析 带电小球要沿直线通过复合场区域带电小球要沿直线通过复合场区域, ,则受力则受力必须平衡必须平衡, ,分析刚进复合场时的受力就可得分析刚进复合场时的受力就可得C C、D D正正确确. .答案答案 CD7.7.如图如图5 5所示为一个质量为所示为一个质量为m m、电荷量为、电荷量为+ +q q的圆环的圆环, ,可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动, ,细杆细杆处于磁感应强度为处于磁感应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中( (不计空气阻不计空气阻力力),),现给圆环向右初速度现给圆环向右初速度v v0 0, ,在以后的运动过程在以后的运动过程

17、中中, ,圆环运动的速度图象可能是下图中的圆环运动的速度图象可能是下图中的( )( )14图图5 515解析解析 由左手定则可知由左手定则可知, ,圆环所受洛伦兹力竖直向圆环所受洛伦兹力竖直向上上, ,如果恰好如果恰好q qv v0 0B B= =mgmg, ,圆环与杆间无弹力圆环与杆间无弹力, ,不受摩不受摩擦力擦力, ,圆环将以圆环将以v v0 0做匀速直线运动做匀速直线运动, ,故故A A正确正确; ;如果如果q qv v0 0B B mgmg, ,则则a a= = , ,随着随着v v的减小的减小a a也减小也减小, ,直到直到q qv v0 0B B= =mgmg, ,以后将以剩余的

18、速度做匀速直线运动以后将以剩余的速度做匀速直线运动, ,故故D D正确正确,B,B、C C错误错误. .答案答案 ADmBqmg)(vmmgqvB)(168.8.如图如图6 6所示所示, ,在互相垂直的匀在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中强电场和匀强磁场中, ,电荷电荷量为量为q q的液滴在竖直面内做的液滴在竖直面内做半径为半径为R R的匀速圆周运动的匀速圆周运动, ,已知电场强度为已知电场强度为E E, ,磁感应磁感应强度为强度为B B, ,则油滴的质量和则油滴的质量和环绕速度分别为环绕速度分别为( )( )A.A.B.B.C.C.D.D.图图6 6BEgqE,BEEqRB,2qgRgqRB,

19、EBgRgqE,17解析解析 液滴做匀速圆周运动液滴做匀速圆周运动, ,洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向心力, ,重力和电场力等大反向重力和电场力等大反向, ,根据根据q qv vB B= =m mv v2 2/ /R R, ,qEqE= =mgmg, ,解得解得m m= ,= ,v v = ,= ,故故D D正确正确. . 答案答案 DgqEEBgR189.9.在某地上空同时存在着匀强在某地上空同时存在着匀强电场与匀强磁场电场与匀强磁场, ,一质量为一质量为m m的带正电小球的带正电小球, ,在该区域在该区域内沿水平方向向右做直线内沿水平方向向右做直线运动运动, ,如图如图7 7所示所示,

20、,关于场的关于场的分布情况可能的是分布情况可能的是( () )A.A.该处电场方向和磁场方向重合该处电场方向和磁场方向重合B.B.电场竖直向上电场竖直向上, ,磁场垂直纸面向里磁场垂直纸面向里C.C.电场斜向里侧上方电场斜向里侧上方, ,磁场斜向外侧上方磁场斜向外侧上方, ,均与均与v v 垂直垂直D.D.电场水平向右电场水平向右, ,磁场垂直纸面向里磁场垂直纸面向里图图7 719解析解析 带电小球在复合场中运动一定受重力和电带电小球在复合场中运动一定受重力和电场力场力, ,是否受洛伦兹力需具体分析是否受洛伦兹力需具体分析.A.A选项中若电场、选项中若电场、磁场方向与速度方向垂直磁场方向与速度

21、方向垂直, ,则洛伦兹力与电场力垂则洛伦兹力与电场力垂直直, ,如果与重力的合力为零就会做直线运动如果与重力的合力为零就会做直线运动.B.B选项选项中电场力、洛伦兹力都向上中电场力、洛伦兹力都向上, ,若与重力合力为零若与重力合力为零, ,也会做直线运动也会做直线运动.C.C选项电场力斜向里侧上方选项电场力斜向里侧上方, ,洛伦洛伦兹力斜向外侧下方兹力斜向外侧下方, ,若与重力合力为零若与重力合力为零, ,就会做直线就会做直线运动运动.D.D选项三个力的合力不可能总为零选项三个力的合力不可能总为零, ,因此本题因此本题选选A A、B B、C.C.答案答案 ABC2010.10.(2008(20

22、08宁夏宁夏25)25)如图如图8 8所示所示, ,在第一象限有一匀强电场在第一象限有一匀强电场, ,场场强大小为强大小为E E, ,方向与方向与y y轴平行轴平行; ;在在x x轴下方有一匀强磁场轴下方有一匀强磁场, ,磁场磁场方向与纸面垂直方向与纸面垂直. .一质量为一质量为m m、电荷量为、电荷量为- -q q( (q q0)0)的粒子以平行于的粒子以平行于x x轴的速度从轴的速度从y y轴上的轴上的P P点处射入点处射入电场电场, ,在在x x轴上的轴上的Q Q点处进入磁场点处进入磁场, ,并从坐标原点并从坐标原点O O离开磁场离开磁场. .粒子在磁场中的运动轨迹与粒子在磁场中的运动轨

23、迹与y y轴交于轴交于M M点点. .已知已知OPOP= =l l, ,OQOQ=2 =2 l l. .不计重力不计重力. .求求3图图8 821(1)(1)M M点与坐标原点点与坐标原点O O间的距离间的距离. .(2)(2)粒子从粒子从P P点运动到点运动到M M点所用的时间点所用的时间. .解析解析 (1)(1)带电粒子在电场中做类平抛运动带电粒子在电场中做类平抛运动, ,在在y y轴轴负方向上做初速度为零的匀加速运动负方向上做初速度为零的匀加速运动, ,设加速度的设加速度的大小为大小为a a; ;在在x x轴正方向上做匀速直线运动轴正方向上做匀速直线运动, ,设速度设速度为为v v0

24、0; ;粒子从粒子从P P点运动到点运动到Q Q点所用的时间为点所用的时间为t t1 1, ,进入磁进入磁场时速度方向与场时速度方向与x x轴正方向的夹角为轴正方向的夹角为, ,则则a a= =t t1 1= =mqEay0222v v0 0= =其中其中x x0 0=2 =2 l l, ,y y0 0= =l l, ,又有又有tantan= =联立式联立式, ,得得=30=30因为因为M M、O O、Q Q点在圆周上点在圆周上,MOQMOQ=90=90, ,所以所以MQMQ为直为直径径. .从图中的几何关系可知从图中的几何关系可知10tx301vqt23R R=2 =2 l lMOMO=6=

25、6l l(2)(2)设粒子在磁场中运动的速度为设粒子在磁场中运动的速度为v v, ,从从Q Q到到M M点运动点运动的时间为的时间为t t2 2, ,则有则有v v= =t t2 2= =带电粒子自带电粒子自P P点出发到点出发到M M点所用的时间点所用的时间t t为为3cos0vvR24t t= =t t1 1+ +t t2 2联立式联立式, ,并代入数据得并代入数据得t t= =答案答案 (1)6(1)6l l (2)(2)qEml2) 123(qEml2) 123(2511.11.(2009(2009全国全国25)25)如图如图9 9所示所示, ,在宽度分别为在宽度分别为l l1 1和和l l2 2的两个毗邻的条形区域中分别有匀强磁的两个毗邻的条形区域中分别有匀强磁场和匀强电场场和匀强电场, ,磁场方向垂直于纸面向里磁场方向垂直于纸面向里, ,电场电场方向与电、磁场分界线平行向右方向与电、磁场分界线平行向右. .一带正电荷的一带正电荷的粒子以速率粒子以速率v v从磁场区域上边界的从磁场区域上边界的P P点斜射入磁点斜射入磁场场, ,然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场场, ,