【物理】2020届一轮复习人教版　带电粒子在复合场中的运动课时作业

【物理】2020届一轮复习人教版　带电粒子在复合场中的运动课时作业

‎2020届一轮复习人教版 　带电粒子在复合场中的运动 课时作业 ‎1.‎ ‎(多选)(带电粒子在磁场中的圆周运动)(2017·甘肃一诊)下图为研究带电粒子在匀强磁场中的运动的演示仪结构图。若励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外,电子束由电子枪产生,其速度方向与磁场方向垂直且水平向右,电子速度的大小v和磁场的磁感应强度B可分别由通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节,则下列说法正确的是(　　)‎ A.仅增大励磁线圈中的电流,电子束运动轨迹的半径将变大 B.仅提高电子枪的加速电压,电子束运动轨迹的半径将变大 C.仅增大励磁线圈中的电流,电子做圆周运动的周期不变 D.仅提高电子枪的加速电压,电子做圆周运动的周期不变 答案BD 解析电子经电场加速,根据动能定理,得eU=mv2,进入匀强磁场中做匀速圆周运动,轨迹半径r=,代入v可得r=,选项A错误,选项B正确;电子在磁场中做圆周运动的周期T=,与速度无关,与磁场强度有关,选项C错误,选项D正确。‎ ‎2.‎ ‎(带电粒子在磁场中的圆周运动)(2017·云南统测)如图所示,直线MN上方有垂直纸面向里的匀强磁场,电子1从磁场边界上的a点垂直MN和磁场方向射入磁场,经t1时间从b点离开磁场。之后电子2也由a点沿图示方向以相同速率垂直磁场方向射入磁场,经t2时间从a、b连线的中点c离开磁场,则为(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A. B.2 C. D.3‎ 答案D 解析两电子进入同一匀强磁场中,由圆周运动半径公式r=可知,两电子轨迹半径相同。电子1垂直MN射入匀强磁场,由几何知识可知,电子1在磁场中运动轨迹所对圆心角为π,电子2在磁场中运动轨迹所对圆心角为。由周期公式T=可知,两电子运动周期相同,故运动时间之比等于轨迹所对圆心角之比,即t1∶t2=3∶1,D项正确。‎ ‎3.‎ ‎(多解问题)(2017·陕西渭南一模)在真空室中,‎ 有垂直于纸面向里的匀强磁场,三个质子1、2和3分别以大小相等、方向如图所示的初速度v1、v2和v3经过平板MN上的小孔O射入匀强磁场,这三个质子打到平板MN上的位置到小孔O的距离分别是s1、s2和s3,不计质子重力,则有(　　)‎ A.s1>s2>s3 B.s1s2 D.s1=s30,y>0的空间中有恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里,大小为B。现有一质量为m、电荷量为q的带正电粒子,从x轴上的某点P沿着与x轴正方向成30°角的方向射入磁场。不计重力的影响,则下列有关说法正确的是(　　)‎ A.只要粒子的速率合适,粒子就可能通过坐标原点 B.粒子在磁场中运动所经历的时间一定为 C.粒子在磁场中运动所经历的时间可能为 D.粒子在磁场中运动所经历的时间可能为 答案C 解析 带正电的粒子从P点沿与x轴正方向成30°角的方向射入磁场中,则圆心在过P点与速度方向垂直的直线上,如图所示,粒子在磁场中要想到达O点,转过的圆心角肯定大于180°,因磁场有边界,故粒子不可能通过坐标原点,故选项A错误;由于P点的位置不确定,所以粒子在磁场中运动的圆弧对应的圆心角也不同,最大的圆心角是圆弧与y轴相切时即300°,运动时间为T,而最小的圆心角为P点在坐标原点即120°,运动时间为T,而T=,故粒子在磁场中运动所经历的时间最长为,最短为,选项C正确,选项B、选项D错误。‎ ‎6.‎ ‎(临界极值问题)平面OM和平面ON之间的夹角为30°,其横截面(纸面)如图所示,平面OM上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外。一带电粒子的质量为m,电荷量为q(q>0)。粒子沿纸面以大小为v的速度从OM的某点向左上方射入磁场,速度与OM成30°角。已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点,并从OM上另一点射出磁场。不计重力。粒子离开磁场的出射点到两平面交线O的距离为(　　)‎ A. B. C. D.‎ 答案D 解析粒子运动的轨迹如图:‎ 运动半径为r=。由运动的对称性知,出射速度的方向与OM间的夹角为30°,由图中几何关系知AB=r,AC=2rcos 30°=。所以出射点到O点的距离为BO=+r=,故选项D正确。‎ ‎7．(2018·江西五市八校联考)(多选)‎ 将一块长方体形状的半导体材料样品的表面垂直磁场方向置于磁场中，当此半导体材料中通有与磁场方向垂直的电流时，在半导体材料与电流和磁场方向垂直的两个侧面会出现一定的电压，这种现象称为霍尔效应，产生的电压称为霍尔电压，相应的将具有这样性质的半导体材料样品就称为霍尔元件。如图所示，利用电磁铁产生磁场，毫安表检测输入霍尔元件的电流，毫伏表检测霍尔元件输出的霍尔电压。已知图中的霍尔元件是P型半导体，与金属导体不同，它内部形成电流的“载流子”是空穴(空穴可视为能自由移动带正电的粒子)。图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关S1、S2闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法中正确的是(　　)‎ A．电表B为毫伏表，电表C为毫安表 B．接线端2的电势高于接线端4的电势 C．若调整电路，使通过电磁铁和霍尔元件的电流与原电流方向相反，但大小不变，则毫伏表的示数将保持不变 D．若适当减小R1、增大R2，则毫伏表示数一定增大 解析　由图可知，B电表跟电源串联，故B是毫安表，C并联进电路，故C是毫伏表，故A项错误；左边线圈有电流流过，产生磁场，由右手定则可知铁芯上部为N极，下部为S极，霍尔元件通过的磁场方向向下。已知电流方向与磁场方向，且空穴可视为带正电的粒子，由左手定则知，接线端2的电势高于接线端4，故B项正确；若调整电路，使通过电磁铁和霍尔元件的电流与原电流方向相反，但大小不变，故电路的电流只是方向改变，大小没有改变，电路阻值没有改变，故毫伏表示数没有改变，故C项正确；减小R1，则通过霍尔元件的磁场减弱，增大R2，总电压不变，霍尔元件的电压减小，故毫伏表的示数减小，故D项错误。‎ 答案　BC ‎8．如图所示，一带正电小球穿在一根绝缘粗糙直杆上，杆与水平方向夹角为θ ‎，整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，先给小球一初速度，使小球沿杆向下运动，在A点时的动能为100 J，在C点时动能减为零，D为AC的中点，那么带电小球在运动过程中，下列说法正确的是(　　)‎ A．到达C点后小球不可能沿杆向上运动 B．小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等 C．小球在D点时的动能为50 J D．小球电势能的增加量等于重力势能的减少量 解析　如果电场力大于重力，则静止后小球可能沿杆向上运动，故A项错误；小球受重力、电场力、洛伦兹力、弹力和滑动摩擦力，由于F洛＝qvB，故洛伦兹力减小，导致支持力和滑动摩擦力变化，故小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等，故B项正确；由于小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等，故小球在D点时的动能也就不一定为50 J，故C项错误；该过程是小球的重力势能、电势能、动能和系统的内能之和守恒，故小球电势能的增加量不等于重力势能的减少量，故D项错误。‎ 答案　B　‎ B组·能力提升题 ‎9．如图所示，虚线框中存在垂直纸面向外的匀强磁场B和平行纸面且与竖直平面夹角为45°的斜向下的匀强电场E，有一质量为m、电荷量为q的带负电的小球在高为h处的P点从静止开始自由下落，当小球运动到复合场内时刚好做直线运动，那么(　　)‎ A．小球在复合场中一定做匀速直线运动 B．磁感应强度B＝，场强E＝ C．若换成带正电的小球，小球仍可能做直线运动 D．若同时改变小球的比荷与初始下落高度h，小球仍能沿直线通过复合场 解析　小球在复合场中受到竖直向下的重力、与电场强度方向 相反的电场力和水平向右的洛伦兹力的作用，如图所示。其中电场力和重力是恒力，而洛伦兹力的大小与小球的速度大小成正比，若小球做的是变速运动，那么洛伦兹力也是变力，小球的合外力方向也要改变，这与题意不符，所以小球在复合场中一定做匀速直线运动，故A项正确；根据小球的平衡条件可得，qvB＝mg，qE＝mg，又v2＝2gh，联立以上各式解得磁感应强度B＝，电场强度E＝ ‎，故B项错误；若换成带正电的小球，则电场力和洛伦兹力同时反向，合力不可能为零，故C项错误；若要使小球沿直线通过复合场，小球的合力一定为零，所以一定要满足B＝和E＝，若同时改变小球的比荷与初始下落的高度h，以上两个式子不能同时满足，故D项错误。‎ 答案　A　‎ ‎10．如图甲所示，M、N是宽为d的两竖直线，其间存在垂直纸面方向的磁场(未画出)，磁感应强度随时间按图乙所示规律变化(垂直纸面向外为正，T0为已知)，现有一个质量为m、电荷量为＋q的离子在t＝0时从直线M上的O点沿着OM线射入磁场，离子重力不计，离子恰好不能从右边界穿出且在2T0时恰好返回左边界M，则图乙中磁感应强度B0的大小和离子的初速度v0分别为　(　　)‎ A．B0＝，v0＝ B．B0＝，v0＝ C．B0＝，v0＝ D．B0＝，v0＝ 解析　根据离子在磁场中运动过程的分析，根据qv0B＝得r＝，磁场虽然方向改变但大小不变，所以半径不变，由以上分析知，MN之间距离d＝4r，离子匀速圆周运动一个周期的时间T 等于磁感应强度随时间变化的周期T0，即T＝T0，离子做圆周运动的周期公式T＝，即T0＝，解得B0＝；MN之间的距离d＝4r，即r＝，离子做圆周运动的半径公式r＝，联立以上各式得v0＝，故B项正确。‎ 答案　B　‎