新高考物理一轮练习专题76带电粒子在复合场中的运动

专题76带电粒子在复合场中的运动1．[2021·武昌调研](多选)质量为m、电荷量为＋q的物块以初速度v0进入两水平平行绝缘木板a、b之间，木板足够长，处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，两板间距略大于物块高度，物块与两板间的动摩擦因数均为μ.在运动过程中物块的电荷量不变，且经历变速运动后物块最终处于平衡状态．已知重力加速度为g，则从开始运动到最终处于平衡状态，物块克服摩擦力做的功可能为()A.0B．eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))－eq\f(m3g2,2q2B2)C.eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))D．eq\f(m3g2,2q2B2)2.如图所示装置为速度选择器，平行金属板间有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上，磁场方向垂直纸面向外，带电粒子均以垂直电场和磁场的速度射入且都能从另一侧射出，不计粒子重力，以下说法正确的有()A.若带正电粒子以速度v从O点射入能沿直线OO′射出，则带负电粒子以速度v从O′点射入能沿直线O′O射出B.若带正电粒子以速度v从O点射入，离开时动能增加，则带负电粒子以速度v从O点射入，离开时动能减少C.若氘核(eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H)和氦核(eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He)以相同速度从O点射入，则一定能以相同速度从同一位置射出D.若氘核(eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H)和氦核(eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He)以相同速度从O点射入，则一定能以相同速度从不同位置射出3.(多选)现代广泛应用的半导体材料分为两大类：一类是N型半导体，其载流子是电子，另一类是P型半导体，其载流子称为“空穴”，相当于带正电的粒子．如果把某种导电材料制成长方体放在匀强磁场中，磁场方向如图所示，且与长方体的前后侧面垂直，当长方体中通有向右的电流I时，测得长方体的上下表面的电势分别为φ上和φ下，则()A.长方体如果是N型半导体，必有φ上＞φ下B.长方体如果是P型半导体，必有φ上＞φ下C.长方体如果是P型半导体，必有φ上＜φ下D.长方体如果是金属导体，必有φ上＜φ下4.中国科学家发现了量子反常霍尔效应，杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级的成果．如图所示，厚度为h、宽度为d的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上、下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．下列说法正确的是()A.上表面的电势高于下表面的电势B.仅增大h时，上、下表面的电势差增大C.仅增大d时，上、下表面的电势差减小D.仅增大电流I时，上、下表面的电势差减小5．笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件．当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态．如图所示，一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v.当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭．则元件的()A.前表面的电势比后表面的低B.前、后表面间的电压U与v无关C.前、后表面间的电压U与c成正比D.自由电子受到的洛伦兹力大小为eq\f(eU,a)6.目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机．如图所示表示了它的发电原理：将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压．如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间．当发电机稳定发电时，电流表示数为I，那么板间等离子体的电阻率为()A.eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))B．eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BLv,I)－R))C.eq\f(S,L)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))D．eq\f(S,L)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BLv,I)－R))7.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示．由于血液中的正负离子随血液一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零．在某次监测中，两触点间的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160μV，磁感应强度的大小为0.040T．则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()，a正、b负B．2.7m/s，a正、b负，a负、b正D．2.7m/s，a负、b正8.[2021·洛阳市摸底](多选)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成．长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q 表示污水流量(单位时间内流出的污水体积)，下列说法中正确的是()A.M板电势一定高于N板的电势B.污水中离子浓度越高，电压表的示数越大C.污水流动的速度越大，电压表的示数越大D.电压表的示数U与污水流量Q成正比9.[2021·辽宁五校协作体联考]如图所示，某空间存在正交的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面水平向里．一带电微粒由a点以一定的初速度进入电磁场，刚好能沿直线ab斜向上运动，则下列说法正确的是()A.微粒可能带正电，也可能带负电B.微粒的动能可能变大C.微粒的电势能一定减少D.微粒的机械能一定不变10.(多选)如图所示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的是()A.小球一定带正电B.小球一定带负电C.小球的绕行方向为顺时针D.改变小球的速度大小，小球将不做圆周运动11．(多选)一质谱仪的原理如图，粒子源产生的带电粒子(不计重力)经狭缝S1与S2之间的电场加速后进入速度选择器，速度满足一定条件的粒子做直线运动，从小孔S3穿出再经磁场偏转，最后打在照相底片上．已知磁场B1、B2的方向均垂直纸面向外．则()A.图中P1可能为电源负极B.图中所示虚线可能为α粒子的轨迹C.在速度选择器中粒子可以做加速直线运动D.打在底片上的位置越靠近S3，粒子的比荷eq\f(q,m)越大12．[角度创新](多选)CT是医院的一种检查仪器，CT的重要部件之一就是回旋加速器．回旋加速器的结构如图所示，有一磁感应强度为B的匀强磁场(未画出)垂直于回旋加速器．在回旋加速器的O点可逸出初速度为零、质量为m、电荷量为q的粒子，加速电压为U，D形盒半径为R.两D形盒间的缝隙间距d很小，可忽略不计，不考虑相对论效应和重力影响，则下列说法正确的是()A.粒子在回旋加速器中运动的圈数为eq\f(qB2R2,4mU)B.粒子在回旋加速器中运动的时间为eq\f(πBR2,U)C.回旋加速器所加交流电压的频率为eq\f(qB,4πm)D.粒子第1次与第n次在上方D形盒中运动的轨迹半径之比为eq\f(1,\r(2n－1))13.质量为m、带电量为q的小物块，从倾角为θ的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示，若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，下面说法中不正确的是()A.小物块一定带负电荷B.小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动C.小物块在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增大的变加速直线运动D.小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面压力为零时的速率为eq\f(mgcosθ,Bq)14．(多选)如图所示，一个带正电荷的物块m由静止开始从斜面上A点下滑，滑到水平面BC上的D点停下来．已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同，且不计物块经过B处时的机械能损失．先在ABC所在空间加竖直向下的匀强电场，第二次让物块m从A点由静止开始下滑，结果物块在水平面上的D′点停下来．后又撤去电场，在ABC所在空间加水平向里的匀强磁场，再次让物块m从A点由静止开始下滑，结果物块沿斜面滑下并在水平面上的D″点停下来．则以下说法中正确的是()A.D′点一定在D点左侧B.D′点一定与D点重合C.D″点一定在D点右侧D.D″点一定与D点重合专题76带电粒子在复合场中的运动1．BC若初始时洛伦兹力小于物块的重力，则物块最终处于静止状态，由动能定理可知，带电物块克服摩擦力做的功为W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))，选项C正确；若初始时洛伦兹力大于物块的重力，则平衡时物块所受洛伦兹力刚好等于其重力，物块与两水平木板间的压力为零，物块不受摩擦力作用做匀速运动，则有qvB＝mg，解得v＝eq\f(mg,qB)，由动能定理可知，带电物块克服摩擦力做的功为W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))－eq\f(m3g2,2q2B2)，选项B正确，D错误；由于物块经历变速过程，故物块克服摩擦力做的功不可能为0，A错误．2．C带负电粒子从O′点射入所受电场力和洛伦兹力均向下，做曲线运动，A错误；洛伦兹力不做功，带正电粒子动能增加，则电场力大于洛伦兹力向上做曲线运动，带负电粒子受向下的电场力大于向上的洛伦兹力，向下做曲线运动，电场力做正功，动能增加，B错误；设带正电粒子的加速度向上有a＝eq\f(F电－F洛,m)＝eq\f(（E－Bv）q,m)，a只与粒子的比荷有关，因为氘核eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H和氦核eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He的比荷相等，C正确，D错误．3．AC如果是N型半导体，载流子是负电荷，根据左手定则，负电荷向下偏，则下表面带负电，则φ上＞φ下．A正确；如果是P型半导体，载流子是正电荷，根据左手定则，正电荷向下偏，则下表面带正电，则φ上＜φ下．B错误，C正确；如果是金属导体，则移动的是自由电子，根据左手定则，负电荷向下偏，则下表面带负电，则φ上＞φ下，D错误．4．C金属导体中的自由电子是向左运动的，根据左手定则可知上表面带负电，则上表面的电势低于下表面的电势，A错误；当电子达到平衡时，电场力等于洛伦兹力，即qeq\f(U,h)＝qvB，又I＝nqvhd(n为导体单位体积内的自由电子数)，得U＝eq\f(IB,nqd)，则仅增大h时，上、下表面的电势差不变，仅增大d时，上、下表面的电势差减小，仅增大I时，上、下表面的电势差增大，故C正确，B、D错误．5．D本题考查了霍尔元件的工作原理和应用，以及考生的理解能力和应用数学知识处理物理问题的能力，体现了科学推理素养和应用与创新的价值观念．根据左手定则判断出电子受力情况，可知电子偏转到后表面，前表面电势高于后表面电势，故A项错误．再由Ee＝Bev＝F洛，E＝eq\f(U,a)，解得U＝Bva，F洛＝eq\f(eU,a)，U与v成正比、U与c无关，故B、C项错误，D项正确．6．A当等离子体受到的电场力与洛伦兹力平衡时，两板电压即为电动势，即qvB＝qeq\f(U,d)，得U＝Bdv.又I＝eq\f(U,R＋r)，r＝ρeq\f(d,S)，解得ρ＝eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))，A正确．7．A血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力向上偏，负离子受到向下的洛伦兹力向下偏，则a带正电，b带负电．最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有qeq\f(U,d)＝qvB，所以v＝eq\f(U,Bd)＝eq\f(160×10－6,0.040×3×10－3)m/s＝1.3m/s.A正确，B、C、D错误．8．ACD由左手定则知，M板带正电、N板带负电，故M板电势一定高于N板电势，A正确；由平衡条件得qvB＝qeq\f(U,c)，解得U＝vBc，故电压表的示数与粒子浓度无关，B错误；由U＝vBc知，污水流动的速度越大，电压表的示数越大，C正确；污水的流量Q＝vbc，结合上式得，U＝eq\f(QB,b)，故电压表的示数U与污水的流量Q成正比，D正确．9．C10.BC11．BD根据磁场中的偏转方向可知粒子带正电，速度选择器中粒子所受的洛伦兹力与电场力平衡，P1应为电源正极，A项错误；α粒子带正电，符合图中的运动轨迹，B项正确；粒子在速度选择器中受电场力和洛伦兹力，若做直线运动，只能是匀速直线运动，C项错误；打在底片上的位置越靠近S3，粒子的偏转半径r＝eq\f(mv,qB)越小，粒子的比荷越大，D项正确．12．AD设粒子在磁场中转动的圈数为n，因每加速一次粒子获得的能量为qU，每圈有两次加速，则