1、專題10帶電粒子在組合場、復合場中的運動(時間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共8小題,每小題8分,共64分。在每小題給出的四個選項中,只有一個選項符合題目要求)1.如圖所示為“濾速器”裝置示意圖。a、b為水平放置的平行金屬板,其電容為C,板間距離為d,平行板內存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度為B。a、b板帶上電荷量,可在平行板內產生勻強電場,且電場方向和磁場方向互相垂直。一帶電粒子以速度v0經小孔O進入正交電磁場可沿直線OO運動,由O射出,粒子所受重力不計,則a板所帶電荷量情況是()A.帶正電,其電荷量為B.帶負電,其電荷量為C.帶正電,其電荷量為CBdv0D.帶負電,其電荷

2、量為2.如圖所示,空間的某一正方形區域存在著相互垂直的勻強電場和勻強磁場,一個帶電粒子以某一初速度由邊界中點A進入這個區域沿直線運動,從中點C離開區域;如果將磁場撤去,其他變件不變,則粒子從B點離開場區;如果將電場撤去,其他條件不變,則粒子從D點離開場區。已知BC=CD,設粒子在上述三種情況下,從A到B、從A到C和從A到D所用的時間分別是t1、t2、t3,離開三點時的動能分別是Ek1、Ek2、Ek3,粒子重力忽略不計,以下關系式正確的是()A.t1=t2t3B.t1t2=t3C.Ek1=Ek2Ek2Ek33.如圖所示,一束質量、速度和電荷量不全相等的離子,經過由正交的勻強電場和勻強磁場組成的速

3、度選擇器后,進入另一個勻強磁場中并分裂為A、B束,下列說法中正確的是()A.組成A、B束的離子都帶負電B.組成A、B束的離子質量一定不同C.A束離子的比荷大于B束離子的比荷D.速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外4.如圖所示,在第二象限內有水平向右的勻強電場,電場強度為E;在第一、四象限內分別存在如圖所示的勻強磁場,磁感應強度大小相等。有一個帶電粒子以初速度v0從x軸上的P點垂直進入勻強電場,恰好與y軸成45角射出電場,再經過一段時間又恰好垂直于x軸進入下面的磁場。已知O、P之間的距離為d,則帶電粒子()A.在電場中運動的時間為B.在磁場中做圓周運動的半徑為dC.自進入磁場至第二次經過x軸所用時

4、間為D.從進入電場時開始計時,粒子在運動過程中第二次經過x軸的時間為5.如圖所示,一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強磁場(B)和勻強電場(E)組成的速度選擇器,然后粒子通過平板S上的狹縫P,進入另一勻強磁場(B),最終打在A1A2上。下列表述正確的是()A.粒子帶負電B.所有打在A1A2上的粒子,在磁場B中運動時間都相同C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率大于D.粒子打在A1A2上的位置越靠近P,粒子的比荷越大6.在一絕緣、粗糙且足夠長的水平管道中有一帶電荷量為q、質量為m的帶電球體,管道半徑略大于球體半徑,整個管道處于磁感應強度為B的水平勻強磁場中,磁感應強度方向與管道垂直,現

5、給帶電球體一個水平速度v0,則在整個運動過程中,帶電球體克服摩擦力所做的功不可能為()A.0B.m()2C.D.m-()27.如圖所示,有一金屬塊放在垂直于側面C的勻強磁場中,當有穩恒電流自左向右通過時,下列說法中正確的是()A.金屬塊上表面的電勢高于下表面的電勢B.磁感應強度增大時,金屬塊上、下兩表面間的電壓U增大C.電流增大時,金屬塊上、下兩表面間的電壓U減小D.電流不變時,金屬塊中單位體積內自由電子越多,上、下兩表面間的電壓U越大8.(2014重慶榮昌中學期末訓練)如圖所示,豎直放置的平行板電容器,A板接電源正極,B板接電源負極,在電容器中加一與電場方向垂直的、水平向里的勻強磁場。一批帶

6、正電的微粒從A板中點小孔C射入,射入的速度大小方向各不相同,考慮微粒所受重力,微粒在平行板A、B間運動過程中()A.所有微粒的動能都將增加B.所有微粒的機械能都將不變C.有的微粒可以做勻速圓周運動D.有的微粒可能做勻速直線運動二、非選擇題(本題共2小題,共36分)9.(18分)(2014北京海淀模擬)磁流體發電是一項新興技術,如圖是它的示意圖。相距為d的兩平行金屬板P、Q之間有一個很強的磁場。一束等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量正、負帶電粒子)以速度v沿垂直于磁場的方向射入磁場,由于等離子體在磁場力的作用下運動方向發生偏轉,P、Q板上就會聚集電荷,從而在兩板間產生電壓。若P、Q兩板間的磁

7、場、電場按勻強磁場、勻強電場處理,磁感應強度為B。(1)求這個發電機的電動勢E;(2)發電機的輸出端a、b間接有阻值為R的電阻,發電機的內電阻為r。a.在圖示磁極配置的情況下,判斷通過電阻R的電流方向;b.計算通過電阻R的電流大小I。10.(18分)(2014遼寧沈陽質檢)如圖所示,在足夠大的空間范圍內,同時存在著豎直向上的勻強電場和垂直紙面向外的勻強磁場,電場強度為E,磁感應強度為B,足夠長的斜面固定在水平面上,斜面傾角為45。有一帶電的小球P靜止于斜面頂端A處,且恰好對斜面無壓力。若將小球P以初速度v0水平向右拋出(P視為質點)。一段時間后,小球落在斜面上的C點。已知小球的運動軌跡在同一豎

8、直平面內,重力加速度為g,求:(1)小球P落到斜面時速度方向與斜面的夾角及由A到C所需的時間t;(2)小球P從拋出到落回斜面的位移x的大小。答案與解析專題10帶電粒子在組合場、復合場中的運動1.C解析:對帶電粒子受力分析,a極板帶正電,帶電粒子受力平衡,有qv0B=q,U=,可得電荷量為Q=CBdv0,本題只有選項C正確。2.A解析:根據題意可知,粒子在復合場中做直線運動,由于忽略粒子重力,則洛倫茲力與電場力平衡,即有qE=qv0B,可得粒子從A到C的運動時間為t2=,其中d表示AC間距;若將磁場撤去,粒子從B點離開場區,該過程中粒子在電場力作用下做類平拋運動,運動時間t1=;若撤去電場,粒子

9、做勻速圓周運動,從A到D的過程中,沿AC方向的速度分量逐漸減小,且均小于v0,則有t3,據以上分析,選項A正確,選項B錯誤。粒子從A到C過程是勻速直線運動,動能不變;從A到D過程中,粒子只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,動能不變,則Ek2=Ek3;粒子從A到B過程中,合外力是電場力,電場力做了正功,粒子的動能增加,則有Ek1Ek2=Ek3,選項C、D錯誤。3.C解析:由左手定則可知組成A、B束的離子都帶正電,選項A錯誤。經過速度選擇器后的離子速度相等,根據在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑不同,由r=可知組成A、B束的離子比荷一定不同,而質量有可能相同,A束離子的比荷大于B束離子的比荷,選項

10、B錯誤,C正確。由于離子帶正電,所受電場力向右,所受洛倫茲力一定向左,由左手定則,速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向里,選項D錯誤。4.D解析:粒子在電場中做類平拋運動,沿x軸方向上的平均速度為,所以在電場中運動時間為。由題意知,進入磁場時豎直方向速度等于水平方向速度v0,故速度為v0,在磁場中做圓周運動的半徑為r=2d,在第一象限內運動時間為t1=T=,在第四象限內運動時間為t2=T=,所以自進入磁場至第二次經過x軸時間為t=t1+t2=,從進入電場到第二次經過x軸的時間為t=+t=,所以D正確。5.D解析:粒子在勻強磁場B中向左偏轉,根據左手定則可知粒子帶正電,選項A錯誤;打在A1A2上的粒

11、子的運動時間t=,與粒子的比荷有關,粒子的比荷不同,在磁場B中運動時間不同,選項B錯誤;粒子在復合場中做直線運動,Eq=Bvq,所以v=,選項C錯誤;粒子打在A1A2上的位置越靠近P,粒子在磁場B中做圓周運動的軌道半徑r越小,根據r=可得,所以粒子的比荷越大,選項D正確。6.B解析:給帶電球體一個水平速度v0,若qv0B=mg,則摩擦力等于0,帶電球體克服摩擦力所做的功為0,選項A可能;若qv0Bmg,則最終帶電球體速度達到滿足qvB=mg時,摩擦力等于0,速度不再變化,此時v=,帶電球體克服摩擦力所做的功WFf=m-()2,選項D可能。7.B解析:電流方向水平向右,則自由電子的運動方向水平向

12、左,根據左手定則可知電子向上偏,上表面得到電子帶負電,下表面失去電子帶正電,可知下表面的電勢高,選項A錯誤;電流的微觀表達式為I=neSv,n表示單位體積內的電子數,S表示橫截面積,則n=,當電子勻速穿過勻強磁場時,此時電場力等于洛倫茲力,即e=evB,解得U=Bdv,n=,選項B正確、D錯誤;電流I增大,v增大,U增大,選項C錯誤。8.D解析:帶電微粒受到重力、洛倫茲力和電場力。若速度較大,則洛倫茲力向上且可能大于重力,此時將向上偏,洛倫茲力不做功,重力做負功,電場力做正功,則動能可能不變,可能減小,也可能增大,若速度較小,則洛倫茲力可能小于重力,微粒將向下偏,重力做正功,電場力做正功,動能一定增大,選項A錯誤。由于除重力以外的電場力對微粒做了功,機械能不守恒,故選項B錯誤。因液滴重力與電場力不可能平衡,所以粒子不可能做勻速圓周運動,選項C錯誤。若洛倫茲力與重力、電場力三力平衡,粒子可能做勻速直線運動,選項D正確。故選D?？键c:本題考查了帶電微粒在復合場中的運動、能量守恒定律、運動的判斷。9.答案:見解析解析