2019_2020版高中物理第三章習(xí)題課帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（教師備用）課時(shí)作業(yè)新人教版.docx

習(xí)題課帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(教師備用)1.(2019安徽定遠(yuǎn)重點(diǎn)中學(xué)高二月考)如圖所示,M,N兩平行金屬板間存在著正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),一帶電粒子(重力不計(jì))從O點(diǎn)以速度v沿著與兩板平行的方向射入場(chǎng)區(qū)后,做勻速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)時(shí)間t1飛出場(chǎng)區(qū);如果兩板間撤去磁場(chǎng),粒子仍以原來(lái)的速度從O點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng),經(jīng)過(guò)時(shí)間t2飛出電場(chǎng);如果兩板間撤去電場(chǎng),粒子仍以原來(lái)的速度從O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)后,經(jīng)過(guò)時(shí)間t3飛出磁場(chǎng),則t1,t2,t3的大小關(guān)系為(A)A.t1=t2t1t3C.t1=t2=t3 D.t1t2=t3解析:設(shè)極板長(zhǎng)度為L(zhǎng),粒子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=,粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)與豎直方向的勻加速運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間由水平分運(yùn)動(dòng)決定t2=t1;粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)路程sL,洛倫茲力對(duì)粒子不做功,速率v不變,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t3=t1=t2;則t1=t20)的小球,以過(guò)O點(diǎn)的豎直線Ox為界,左側(cè)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),右側(cè)有勻強(qiáng)電場(chǎng),方向如圖所示.將帶電小球從最低位置c拉至a點(diǎn)由靜止釋放,讓小球在ab間擺動(dòng),b為小球在左側(cè)能到達(dá)的最高點(diǎn).不計(jì)空氣阻力,下列說(shuō)法正確的是(BD)A.a,b兩位置高度相等B.小球在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒,在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能不守恒C.小球經(jīng)過(guò)Ox左側(cè)磁場(chǎng)中同一位置時(shí)絲線張力相等D.小球從a到c過(guò)程中機(jī)械能增加解析:小球從a到c過(guò)程中,靜電力做正功,機(jī)械能不守恒,由動(dòng)能定理(mg+qE)hE=m;在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,只有重力做功,故機(jī)械能守恒,則mghB=m,可知hBhE,即a,b兩位置高度不相等,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;小球經(jīng)過(guò)Ox左側(cè)磁場(chǎng)中同一位置時(shí),速度的方向可能不同,則洛倫茲力的方向不同,絲線張力不相等,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;小球從a到c過(guò)程中除重力做功外,還有靜電力做正功,則機(jī)械能增加,選項(xiàng)D正確.8.(2019湖南衡陽(yáng)一中高二期末)(多選)如圖所示,水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為E,且Eq=mg,垂直紙面向里的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,一帶電荷量為q的液滴質(zhì)量為m,在重力、靜電力和洛倫茲力作用下在疊加場(chǎng)空間運(yùn)動(dòng).下列關(guān)于帶電液滴在疊加場(chǎng)空間的運(yùn)動(dòng)描述正確的是(BD)A.液滴可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B.液滴不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)C.液滴可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)且機(jī)械能守恒D.如果是直線運(yùn)動(dòng),必為勻速直線運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)軌跡與水平方向的夾角是解析:由于液滴受到的重力與靜電力恒定,如果做勻加速直線運(yùn)動(dòng),則液滴的洛倫茲力大小變化,液滴的合外力變化,不可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于液滴受豎直向下的重力和水平方向的靜電力,所以重力與靜電力的合力不可能為零,即液滴不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)B正確;當(dāng)液滴所受的洛倫茲力與重力和靜電力的合力等大反向時(shí),液滴做勻速直線運(yùn)動(dòng),但靜電力會(huì)做功,所以機(jī)械能不守恒,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由于液滴不可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng),如果是直線運(yùn)動(dòng),必為勻速直線運(yùn)動(dòng),由于mg=qE,重力與靜電力的合力一定與速度方向垂直,即與水平方向成45,故D正確.9.(多選)北半球某處,地磁場(chǎng)水平分量B1=0.810-4 T,豎直分量 B2= 0.510-4 T,海水向北流動(dòng),海洋工作者測(cè)量海水的流速時(shí),將兩極板插入此海水中,保持兩極板正對(duì)且垂線沿東西方向,兩極板相距d=20 m,如圖所示,與兩極板相連的電壓表(可看做是理想電壓表)示數(shù)為U=0.2 mV,則(AD)A.西側(cè)極板電勢(shì)高,東側(cè)極板電勢(shì)低B.西側(cè)極板電勢(shì)低,東側(cè)極板電勢(shì)高C.海水的流速大小為0.125 m/sD.海水的流速大小為0.2 m/s解析:由于海水向北流動(dòng),地磁場(chǎng)有豎直向下的分量,由左手定則可知,正電荷偏向西側(cè)極板,負(fù)電荷偏向東側(cè)極板,即西側(cè)極板電勢(shì)高,東側(cè)極板電勢(shì)低,故選項(xiàng)A正確;對(duì)于流過(guò)兩極板間的帶電粒子有qvB2=q,即v= m/s=0.2 m/s,故選項(xiàng)D正確.10.(2019青海西寧四中高二期末)如圖,在x軸上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).x軸下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為,方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一質(zhì)量為m、電荷量為-q的帶電粒子(不計(jì)重力),從x軸上O點(diǎn)以速度v0垂直x軸向上射出.求:(1)經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間粒子第三次到達(dá)x軸(初位置O點(diǎn)為第一次).(2)粒子第三次到達(dá)x軸時(shí)離O點(diǎn)的距離.解析:(1)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示粒子在x軸上方運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=T1=,在x軸下方運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2=T2=粒子第三次到達(dá)x軸所需時(shí)間t=T1+T2=.(2)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得qvB=m,則粒子軌道半徑r1=,r2=,粒子第三次到達(dá)x軸時(shí),距離O點(diǎn)的距離L=2(r1+r2)=.答案:(1)(2)11.(2019吉林實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期末)(多選)如圖所示,虛線EF的下方存在著正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一帶電微粒從離EF為h的高處由靜止下落,從B點(diǎn)進(jìn)入場(chǎng)區(qū),做了一段勻速圓周運(yùn)動(dòng),從D點(diǎn)射出,則下列說(shuō)法正確的是(BC)A.微粒受到的靜電力的方向可能豎直向下B.微粒做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為C.從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的過(guò)程中微粒的電勢(shì)能先增大后減小D.從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的過(guò)程中微粒的電勢(shì)能和重力勢(shì)能之和在最低點(diǎn)C時(shí)最小解析:由題知,帶電微粒進(jìn)入正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),靜電力與重力必定平衡,則微粒受到的靜電力的方向一定豎直向上,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于mg=qE,而qvB=m,豎直下落的過(guò)程中機(jī)械能守恒,得v=,可解得,微粒做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r=,故B正確;由于靜電力方向豎直向上,則微粒從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的過(guò)程中,靜電力先做負(fù)功后做正功,則其電勢(shì)能先增大后減小,故C正確;根據(jù)能量守恒定律,微粒在B到D的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,電勢(shì)能、動(dòng)能、重力勢(shì)能之和一定,動(dòng)能不變,則知微粒的電勢(shì)能和重力勢(shì)能之和一定不變,故D錯(cuò)誤.12.(2019黑龍江哈爾濱期末)如圖所示,ABC為豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道,其中AB為傾斜直軌道,BC為與AB相切的圓形軌道,整個(gè)裝置處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.質(zhì)量相同的可看做質(zhì)點(diǎn)的甲、乙兩個(gè)小球,甲球不帶電、乙球帶正電.現(xiàn)將兩個(gè)小球在軌道AB上分別從相同高度處由靜止釋放,都能通過(guò)圓形軌道最高點(diǎn),則(B)A.經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí),甲球的速度比乙球小B.經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí),兩個(gè)小球的速度相等C.兩個(gè)小球到最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小相同D.如果使兩球均恰好通過(guò)最高點(diǎn),則甲球的釋放位置比乙球的高解析:兩球均從相同的高度A處開(kāi)始釋放到小球到達(dá)圓形軌道最高點(diǎn)過(guò)程中,兩球重力做功相等,洛倫茲力不做功,則經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí),甲球的速度等于乙球的速度,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;兩個(gè)小球到最低點(diǎn)時(shí)的速度相同,在最低點(diǎn),對(duì)甲球有FN甲-mg=m;對(duì)乙球有FN乙+qvB-mg=m;可知FN甲FN乙,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;甲、乙兩球恰能經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí),分別有mg=m;mg+qv乙B=m,則v乙v甲,可知甲球的釋放位置比乙球的低,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.13.(2019黑龍江大慶期末)(多選)如圖所示,斜面固定于水平地面上,并處于方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,質(zhì)量為m、帶電荷量為+Q小滑塊從斜面頂端由靜止釋放,運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,小球?qū)w離斜面,在此過(guò)程中(BD)A.斜面光滑時(shí)飛離斜面瞬間的速度比粗糙時(shí)大B.斜面光滑時(shí)在斜面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比粗糙時(shí)短C.斜面光滑時(shí)在斜面上運(yùn)動(dòng)的位移比粗糙時(shí)大D.斜面光滑時(shí)在斜面上運(yùn)動(dòng)的位移比粗糙時(shí)小解析:小滑塊飛離斜面時(shí),洛倫茲力與重力垂直斜面的分力平衡,由平衡條件得mgcos =qvmB,解得vm=,故斜面光滑與粗糙時(shí),小滑塊飛離斜面時(shí)速度相同,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;斜面光滑時(shí)平均加速度大,故加速到相同速度需要的時(shí)間短,故選項(xiàng)B正確;斜面光滑時(shí)合力大,兩種情況下滑塊離開(kāi)斜面時(shí)的速度相等,動(dòng)能相等,根據(jù)動(dòng)能定理可知,斜面光滑時(shí)滑塊加速距離短,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.14.(2019吉林梅河口檢測(cè))如圖所示,M,N為加速電場(chǎng)的兩極板,M板中心有一小孔Q,其正上方有一圓心為O,內(nèi)徑R1=2 m,外徑R2=4 m的環(huán)形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,區(qū)域邊界與M板相切于Q點(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B= T,方向垂直于紙面向里.一比荷qm=1108 C/kg的帶正電粒子從緊鄰N板上的P點(diǎn)由靜止釋放,經(jīng)加速后通過(guò)小孔Q,垂直進(jìn)入環(huán)形磁場(chǎng)區(qū)域.P,Q,O三點(diǎn)在同一豎直線上,不計(jì)粒子重力,且不考慮粒子的相對(duì)論效應(yīng).(1)若加速電壓U0=2104 V,求粒子剛進(jìn)入環(huán)形磁場(chǎng)時(shí)的速率v0;(2)要使粒子能進(jìn)入中間的圓形區(qū)域,加速電壓U應(yīng)滿足什么條件?解析:(1)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,根據(jù)動(dòng)能定理有qU0=m,解得v0=2106 m/s.(2)粒子剛好不進(jìn)入中間圓形區(qū)域的軌跡如圖所示,設(shè)此時(shí)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為r,根據(jù)幾何關(guān)系有r2+=(r+R1)2,設(shè)粒子在環(huán)形磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為v,根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qvB=,設(shè)對(duì)應(yīng)的加速電壓為U1,對(duì)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理qU1=,可得U1=5107 V,要使粒子能進(jìn)入中間的圓形區(qū)域,加速電壓U應(yīng)滿足的條件為UU1= 5107 V.答案:(1)2106 m/s(2)U5107 V15.如圖(甲)所示,寬度為d的豎直狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)(邊界為L(zhǎng)1,L2),存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向上的周期性變化的電場(chǎng)如圖(乙)所示,電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E0,E00表示電場(chǎng)方向豎直向上.t=0時(shí),一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域,沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后,做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng),再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn).Q為線段N1N2的中點(diǎn),重力加速度為g.上述d,E0,m,v,g為已知量.(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(2)求電場(chǎng)變化的周期T;(3)改變寬度d,使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)相應(yīng)寬度的區(qū)域,求T的最小值.解析:(1)微粒從N1Q的直線運(yùn)動(dòng)中,有mg+qE0=qvB,微粒