人教版(新教材)高中物理選擇性必修2課時作業(yè)10：專題強化5 帶電粒子在疊加場中的運動

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1帶電粒子在疊加場中的運動1.(多選)如圖1所示，實線表示在豎直平面內的電場線，電場線與水平方向成α角，水平方向的勻強磁場與電場正交，有一帶電液滴沿斜向上的虛線L做直線運動，L與水平方向成β角，且α>β，則下列說法中正確的是()圖1A．液滴一定做勻速直線運動B．液滴一定帶正電C．電場線方向一定斜向上D．液滴有可能做勻變速直線運動〖答案〗ABC〖解析〗液滴受重力、電場力、洛倫茲力的共同作用而做勻速直線運動，合力為零，可判斷出洛倫茲力與電場力的方向，判斷出液滴只有帶正電才可能所受合力為零而做勻速直線運動，此時電場線方向必斜向上，故A、B、C正確，D錯誤．2.(多選)如圖2所示，a、b是一對平行金屬板，分別接到直流電源兩極上，右邊有一擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內存在著勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里，在a、b兩板間還存在著勻強電場E.從兩板左側中點c處射入一束正離子(不計重力)，這些正離子都沿直線運動到右側，從d孔射出后分成三束．則下列判斷正確的是()圖2A．這三束正離子的速度一定不相同B．這三束正離子的比荷一定不相同C．a、b兩板間的勻強電場方向一定由a指向bD．若這三束離子改為帶負電而其他條件不變則仍能從d孔射出〖答案〗BCD3.(2020·湖南懷化期末)如圖3所示，空間中存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場，有一帶電液滴在豎直面內做半徑為R的勻速圓周運動，已知電場強度為E，磁感應強度為B，重力加速度為g，則液滴環(huán)繞速度大小及方向分別為()圖3A.eq\f(E,B)，順時針 B.eq\f(E,B)，逆時針C.eq\f(BgR,E)，順時針 D.eq\f(BgR,E)，逆時針〖答案〗C〖解析〗液滴在疊加場中做勻速圓周運動，知重力和電場力平衡，則液滴受到向上的電場力，可知液滴帶負電，根據(jù)左手定則可知液滴做順時針的勻速圓周運動，根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qvB＝meq\f(v2,R)又因為重力和電場力平衡，則有qE＝mg解得v＝eq\f(BgR,E)故A、B、D錯誤，C正確．4.如圖4所示，空間中的勻強電場水平向右，勻強磁場垂直紙面向里，一帶電微粒沿著直線從M運動到N，以下說法正確的是()圖4A．帶電微?？赡軒ж撾夿．運動過程中帶電微粒的動能保持不變C．運動過程中帶電微粒的電勢能增加D．運動過程中帶電微粒的機械能守恒〖答案〗B〖解析〗根據(jù)做直線運動的條件和受力情況可知，微粒一定帶正電，且做勻速直線運動，因此動能保持不變，A錯誤，B正確；由于電場力向右，對微粒做正功，電勢能減小，C錯誤；洛倫茲力不做功，由能量守恒可知，電勢能減小，機械能一定增加，D錯誤．5.如圖5所示，在水平地面附近有一個范圍足夠大的相互正交的勻強電場和勻強磁場．勻強磁場的磁感應強度大小為B，方向水平并垂直紙面向外，一質量為m、帶電荷量為－q(q>0)的帶電微粒在此區(qū)域恰好做速度大小為v的勻速圓周運動．(重力加速度大小為g)圖5(1)求此區(qū)域內電場強度的大小和方向；(2)若某時刻微粒運動到距地面高度為H的P點，速度與水平方向成45°角，如圖所示，則該微粒至少需要經(jīng)過多長時間才能運動到距地面最高點？最高點距地面多高？〖答案〗(1)eq\f(mg,q)方向豎直向下(2)eq\f(3πm,4qB)H＋eq\f(2＋\r(2)mv,2qB)〖解析〗(1)要滿足帶負電微粒做勻速圓周運動，則：qE＝mg，得E＝eq\f(mg,q)，方向豎直向下．(2)微粒的部分運動軌跡如圖所示，當微粒第一次運動到最高點時，α＝135°，則t＝eq\f(α,360°)T＝eq\f(135°,360°)T＝eq\f(3T,8)由qvB＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,qB)則T＝eq\f(2πR,v)＝eq\f(2πm,qB)所以：t＝eq\f(3πm,4qB)，最高點距地面的高度為：H1＝R＋Rsin45°＋H＝H＋eq\f(2＋\r(2)mv,2qB).6．(2017·全國卷Ⅰ)如圖6，空間某區(qū)域存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向上(與紙面平行)，磁場方向垂直于紙面向里．三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質量分別為ma、mb、mc.已知在該區(qū)域內，a在紙面內做勻速圓周運動，b在紙面內向右做勻速直線運動，c在紙面內向左做勻速直線運動．下列選項正確的是()圖6A．ma＞mb＞mc B．mb＞ma＞mcC．mc＞ma＞mb D．mc＞mb＞ma〖答案〗B〖解析〗設三個微粒的電荷量均為q，a在紙面內做勻速圓周運動，說明洛倫茲力提供向心力，重力與電場力平衡，則mag＝qE①b在紙面內向右做勻速直線運動，三力平衡，則mbg＝qE＋qvB②c在紙面內向左做勻速直線運動，三力平衡，則mcg＋qvB＝qE③比較①②③式得：mb>ma>mc，選項B正確．7.如圖7所示的虛線區(qū)域內，充滿垂直紙面向里的勻強磁場和豎直向上的勻強電場，一帶電微粒A以一定初速度由左邊界的O點射入磁場、電場區(qū)域，恰好沿水平直線從區(qū)域右邊界O′點穿出，射出時速度大小為vA，若僅撤去磁場，其他條件不變，另一個相同的微粒B仍以相同的速度由O點射入并從區(qū)域右邊界穿出，射出時速度的大小為vB，則微粒B()圖7A．穿出位置一定在O′點上方，vB<vAB．穿出位置一定在O′點上方，vB>vAC．穿出位置一定在O′點下方，vB<vAD．穿出位置一定在O′點下方，vB>vA〖答案〗D〖解析〗設帶電微粒從O點射入時的速度為v0，若帶電微粒A帶負電，其電場力、重力、洛倫茲力均向下，與運動方向垂直，不可能做直線運動，故微粒A一定帶正電，且滿足mg＝Eq＋Bqv0，做勻速直線運動，故vA＝v0.若僅撤去磁場，由于mg>Eq，帶電微粒B向下偏轉，穿出位置一定在O′點下方，合力對其做正功，vB>vA，故D正確．8.如圖8所示，空間存在豎直向上的勻強電場和水平的勻強磁場(垂直紙面向里)．一帶正電的小球從O點由靜止釋放后，運動軌跡如圖中曲線OPQ所示，其中P為運動軌跡中的最高點，Q為與O同一水平高度的點．下列關于該帶電小球運動的描述，正確的是()圖8A．小球在運動過程中受到的磁場力先增大后減小B．小球在運動過程中電勢能先增加后減少C．小球在運動過程中機械能守恒D．小球到Q點后將沿著曲線QPO回到O點〖答案〗A〖解析〗小球由靜止開始向上運動，可知電場力大于重力，在運動的過程中，洛倫茲力不做功，電場力和重力的合力先做正功，后做負功，根據(jù)動能定理知，小球的速度先增大后減小，則小球受到的磁場力先增大后減小，故A正確；小球在運動的過程中，電場力先做正功，后做負功，則電勢能先減少后增加，故B錯誤；小球在運動的過程中，除重力做功以外，電場力也做功，機械能不守恒，故C錯誤；小球到Q點后，將重復之前的運動，不會沿著曲線QPO回到O點，故D錯誤．9.(2020·黃梅國際育才高級中學月考)如圖9所示，質量為m、帶電荷量為＋q的液滴，以速度v沿與水平方向成45°角斜向上進入正交的足夠大勻強電場和勻強磁場疊加區(qū)域，電場強度方向水平向右，磁場方向垂直紙面向里，液滴在場區(qū)做直線運動，重力加速度為g，求：圖9(1)電場強度E和磁感應強度B各多大；(2)當液滴運動到某一點A時，電場方向突然變?yōu)樨Q直向上，大小不改變，不考慮因電場變化而產生的磁場的影響，此時液滴加速度的大??；(3)在滿足(2)的前提下，液滴從A點到達與A點同一水平線上的B點(圖中未畫出)所用的時間．〖答案〗(1)eq\f(mg,q)eq\f(\r(2)mg,qv)(2)eq\r(2)g(3)eq\f(3\r(2)πv,4g)〖解析〗(1)液滴帶正電，受力分析如圖所示：根據(jù)平衡條件，有：Eq＝mgtanθ＝mgqvB＝eq\f(mg,cosθ)＝eq\r(2)mg故E＝eq\f(mg,q)，B＝eq\f(\r(2)mg,qv)(2)電場方向突然變?yōu)樨Q直向上，大小不改變，故電場力與重力平衡，洛倫茲力提供向心力，液滴做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律，有：a＝eq\f(F洛,m)＝eq\r(2)g(3)電場變?yōu)樨Q直向上后，qE＝mg，故液滴做勻速圓周運動，由Bqv＝eq\f(mv2,R)及T＝eq\f(2πR,v)可得T＝eq\f(2πm,qB)，又t＝eq\f(3,4)T可得t＝eq\f(3\r(2)πv,4g).10．如圖10甲所示，寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(邊界為L1、L2)，存在垂直紙面向里的勻強磁場和豎直方向上的周期性變化的電場(如圖乙所示)，電場強度的大小為E0，E>0表示電場方向豎直向上．t＝0時，一帶正電、質量為m的微粒從左邊界上的N1點以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運動到Q點后，做一次完整的圓周運動，再沿直線運動到右邊界上的N2點，Q為線段N1N2的中點，重力加速度為g.上述d、E0、m、v和重力加速度g為已知量．求：圖10(1)微粒所帶電荷量q和磁感應強度B的大??；(2)微粒做圓周運動的半徑；(3)電場變化的周期T.〖答案〗(1)eq\f(mg,E0)eq\f(2E0,v)(2)eq\f(v2,2g)(3)eq\f(d,2v)＋eq\f(πv,g)〖解析〗(1)微粒從N1沿直線運動到Q點的過程中受力平衡，則mg＋qE0＝qvB到Q點后微粒做圓周運動，則mg＝qE0聯(lián)立以上兩式解得：q＝eq\f(mg,E0)，