2025届高考物理二轮总复习第一编专题3电场与磁场专题分层突破练9带电粒子在复合场中的运动课件

专题分层突破练9带电粒子在复合场中的运动1234567891011基础巩固选择题:每小题6分,共42分1.(2024安徽六安模拟)如图所示,电场强度为E的匀强电场竖直向下,磁感应强度为B的匀强磁场垂直电场向外,电荷量为q的小球(视为质点)获得某一垂直磁场水平向右的初速度,正好做匀速圆周运动,重力加速度为g,下列说法正确的是(

)A.小球带正电B.将初速度方向变成垂直磁场水平向左,则小球做直线运动D.若把电场的方向改成竖直向上,则小球恰好做类平抛运动

C1234567891011解析

小球要做匀速圆周运动,电场力与重力等大反向,电场力向上,小球必须带负电,故A错误;将初速度方向变成垂直磁场水平向左,电场力与重力方向相同,小球在重力、电场力和洛伦兹力作用下做曲线运动,故B错误;小球做匀速圆周运动,则mg=qE,周期为T=,故C正确;若把电场的方向改成竖直向上,小球所受重力与电场力均向下,但还有洛伦兹力作用,则小球不会做类平抛运动,故D错误。12345678910112.(2023新课标卷)一电子和一α粒子从铅盒上的小孔O竖直向上射出后,打到铅盒上方水平放置的屏幕P上的a和b两点,a点在小孔O的正上方,b点在a点的右侧,如图所示。已知α粒子的速度约为电子速度的,铅盒与屏幕之间存在匀强电场和匀强磁场,则电场和磁场方向可能为(

)A.电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向里B.电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向外C.电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向里D.电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向外答案

C1234567891011解析

当电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向里时,若粒子带正电,则静电力和洛伦兹力都向左,若粒子带负电,则静电力和洛伦兹力都向右,不可能有粒子射到a点,选项A错误;当电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向外时,可能有受力平衡的粒子,若a处为电子,则α粒子受到的静电力大,将射到a的左侧,若a处为α粒子,则电子受到的洛伦兹力大,将射到a的左侧,选项B错误;当电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向里时,可能有受力平衡的粒子,若a处为电子,则α粒子受到的静电力大,将射到a的右侧,若a处为α粒子,则电子受到的洛伦兹力大,将射到a的右侧,选项C正确;当电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向外时,若粒子带正电,则静电力和洛伦兹力都向右,若粒子带负电,则静电力和洛伦兹力都向左,不可能有粒子射到a点,选项D错误。12345678910113.(多选)(2024湖北卷)磁流体发电机的原理如图所示,MN和PQ是两平行金属极板,匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场,极板间便产生电压。下列说法正确的是(

)A.极板MN是发电机的正极B.仅增大两极板间的距离,极板间的电压减小C.仅增大等离子体的喷入速率,极板间的电压增大D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度,极板间的电压增大答案

AC1234567891011解析

本题考查磁流体发电机。根据左手定则,带正电的粒子因受到洛伦兹力而向上偏转,同理带负电的粒子向下偏转,此时极板MN带正电为发电机正极,A正确;当粒子受到的洛伦兹力和电场力平衡时,设此时极板间距为d,有qvB=,可得U=Bdv,因此仅增大两极板间的距离,极板间的电压U增大,仅增大等离子体的喷入速率,极板间的电压U增大,极板间的电压U的大小与喷入等离子体的正、负带电粒子数密度无关,B、D错误,C正确。12345678910114.(2024北京丰台一模)一束含有两种比荷

的带电粒子,以大小不同的初速度沿水平方向进入速度选择器,从O点进入垂直纸面向外的偏转磁场,打在O点正下方的粒子探测板上的P1和P2点,如图甲所示。撤去探测板,在O点右侧的磁场区域中放置云室,若带电粒子在云室中受到的阻力大小Ff=kq,k为常数,q为粒子的电荷量,其轨迹如图乙所示。甲乙1234567891011下列说法正确的是(

)A.打在P1点的带电粒子的比荷小B.增大速度选择器的磁感应强度,P1、P2向下移动C.打在P1点的带电粒子在云室里运动的路程更长D.打在P1点的带电粒子在云室里运动的时间更短答案

D12345678910111234567891011在云室内受到的阻力始终与速度方向相反,做负功,洛伦兹力不做功,根据A选项分析可知打在P2点的带电粒子在云室里运动的路程更长,打在P1点的带电粒子在云室里运动的路程更短,打在P1点的带电粒子在云室里运动的时间更短,故C错误,D正确。12345678910115.(多选)(2024安徽安庆三模)如图所示,在三维直角坐标系O-xyz中,分布着沿z轴正方向的匀强电场E和沿y轴正方向的匀强磁场B,一个电荷量为+q、质量为m的小球沿x轴正方向以一定的初速度v0抛出后做平抛运动,已知重力加速度为g,则下列说法正确的是(

)C.若仅将电场方向变为沿y轴正方向,小球可能做匀速圆周运动D.若仅将电场撤去,小球可能做匀速直线运动AC1234567891011若仅将电场方向变为沿y轴正方向,如果电场力和重力大小相等,小球可能做匀速圆周运动,C正确;若仅将电场撤去,小球所受合力不可能为零,不可能做匀速直线运动,D错误。故选A、C。12345678910116.(2024湖北卷)如图所示,在以O点为圆心、半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。圆形区域外有大小相等、方向相反、范围足够大的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子沿直径AC方向从A点射入圆形区域。不计粒子重力,下列说法正确的是(

)A.粒子的运动轨迹可能经过O点B.粒子射出圆形区域时的速度方向不一定沿该区域的半径方向D1234567891011解析

本题考查带电粒子在圆形边界磁场中的运动。在圆形匀强磁场中,沿着径向射入的粒子,总是沿径向射出,根据圆的特点可知粒子的运动轨迹不可能经过O点,故A、B错误;粒子连续两次由A点沿AC方向射入圆形区域,且经过的时间间隔最小,根据对称性画粒子的运动轨迹如图甲所示,甲1234567891011粒子从A点射入到从C点射出圆形区域用时最短,则粒子运动轨迹如图乙所示,设粒子在磁场中运动的半径为r,乙1234567891011综合提升7.(2023湖南卷)如图所示,真空中有区域Ⅰ和Ⅱ,区域Ⅰ中存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向下(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里,等腰直角三角形CGF区域(区域Ⅱ)内存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外。图中A、C、O三点在同一直线上,AO与GF垂直,且与电场和磁场方向均垂直。A点处的粒子源持续将比荷一定但速率不同的粒子射入区域Ⅰ中,只有沿直线AC运动的粒子才能进入区域Ⅱ。若区域Ⅰ中电场强度大小为E、磁感应强度大小为B1,区域Ⅱ中磁感应强度大小为B2,则粒子从CF的中点射出,它们在区域Ⅱ中运动的时间为t0。1234567891011若改变电场或磁场强弱,能进入区域Ⅱ中的粒子在区域Ⅱ中运动的时间为t,不计粒子的重力及粒子之间的相互作用,下列说法正确的是(

)A.若仅将区域Ⅰ中磁感应强度大小变为2B1,则t>t0B.若仅将区域Ⅰ中电场强度大小变为2E,则t>t0D1234567891011123456789101112345678910111234567891011123456789101112345678910118.(12分)(2024山西临汾三模)如图所示,平面直角坐标系xOy中直线OM与x轴之间的夹角θ=30°,OM与x轴之间存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于坐标平面向里。直线OM与y轴之间存在匀强电场(图中没有画出)。一质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子从OM上某点P垂直于磁场进入磁场区域,粒子速度方向与直线OM之间的夹角也是30°。粒子在磁场中偏转,恰好没有穿过x轴,再次经过直线OM时与坐标原点O的距离为L。不计粒子的重力。1234567891011(1)求该粒子进入磁场时速度v的大小;(2)若电场方向沿y轴负方向,粒子再次从P点进入磁场区域,求电场强度E1的大小;(3)若带电粒子恰能再次从P点以速度v返回磁场区域,求电场强度E2的大小和方向。12345678910111234567891011(2)粒子进入电场时速度方向沿x轴负方向,若电场方向沿y轴负方向,粒子在电场中做类平抛运动,设运动时间为t1,1234567891011(3)粒子恰能再次从P点以速度v返回磁场区域,则电场力对粒子做功为零,所以电场E2的方向垂直于OM向下,粒子从Q到P做类斜抛运动,设运动时间为t2,则有r=(vcos

30°)t2,2vsin

30°=a2t212345678910119.(14分)(2024湖南岳阳三模)在如图所示的O-xyz三维空间中,x≤0的区域存在沿y轴正方向的匀强电场,在x>0区域内存在半圆柱体MNP-M'N'P'空间区域,半圆柱沿y轴方向足够高,该区域内存在沿y轴正方向的匀强磁场,磁感应强度大小B=,平面MNN'M'在yOz平面内,D点(0,0,0)为半圆柱体底面圆心,半圆柱体的半径为r=L。一质量为m、电荷量为+q的带电粒子从A点(-L,0,0)以大小v0、方向沿着x轴正方向的速度射入匀强电场,经过C点(0,L,0)后进入半圆柱体磁场区域,不计粒子的重力。求:(1)电场强度E的大小;(2)带电粒子在半圆柱体内运动的时间;(3)带电粒子从半圆柱体射出时的位置坐标。12345678910111234567891011(2)在磁场中,粒子的运动可以分解为匀速圆周运动和沿y正方向的匀速直线运动,垂直磁场方向,根据洛伦兹力提供向心力1234567891011123456789101110.(15分)(2024重庆预测)如图所示,OP与x轴的夹角θ=60°,在第一象限中OP右侧有沿x轴负方向的匀强电场,一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速度v0从x轴上的M点平行于y轴射入电场,经电场后沿垂直于OP的方向由N点立刻进入一矩形磁场区域(未画出,方向垂直纸面向里),并沿y轴负方向经过O点。已知O点到N点的距离为3l,不计粒子的重力,求:(1)匀强电场的电场强度大小;(2)匀强磁场的磁感应强度大小;(3)矩形磁场区域的最小面积。1234567891011解析

(1)粒子从M点到N点做类平抛运动,在y轴方向上做匀速直线运动,在x轴方向上做初速度为零的匀加速直线运动,设粒子到达N点时x轴方向的速度为vx,合速度为v,所用时间为t,如图甲所示甲1234567891011粒子由N点进入一矩形磁场沿y轴负方向经过O点,运动轨迹如图乙所示粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r=(3l-r)sin

30°解得r=l乙1234567891011丙123456789101111.(17分)(2024山东临沂一模)一种研究微观带电粒子的仪器原理图如图甲所示,三维坐标系O-xyz中