2019-2020年高中物理 带电粒子在复合场中的运动同步练习（含解析）新人教版选修3.doc

2019-2020年高中物理 带电粒子在复合场中的运动同步练习（含解析）新人教版选修31磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的匀强磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向以一定速度喷入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连，则A用电器中的电流方向从A到BB用电器中的电流方向从B到AC若只增强磁场，发电机的电动势增大D若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大2磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景，其发电原理示意图如图所示。将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场区域有两块面积为S、相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路，设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g。则以下说法正确的是A上板是电源的正极，下板是电源的负极B两板间电势差为UBdvC流经R的电流为D流经R的电流为3如图所示，平行金属板A、B水平正对放置，分别带等量异号电荷。一带电粒子水平射入板间，在重力和电场力共同作用下运动，轨迹如图中虚线（直线）所示。则下列说法正确的是A若微粒带正电荷，则A板一定带正电荷B若微粒带正电荷，则B板一定带正电荷C微粒运动过程中动能一定增加D微粒运动过程中机械能一定增加4为了研究PM2.5的相关性质，实验中让一带电PM2.5颗粒（重力不计），垂直射入正交的匀强电场和磁场区域，如图所示，其中M、N为正对的平行带电金属板，结果它恰能沿直线运动。AM板一定带正电BPM2.5颗粒一定带正电C若仅使PM2.5颗粒的带电量增大，颗粒一定向M板偏移D若仅使PM2.5颗粒的速度增大，颗粒一定向N板偏移5如图所示，平行板中匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑绝缘轨道上的a点自由滑下，经过轨道端点P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动，现使小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经P点进入板间的运动过程中不可能的是（ ）A其动能将会增大B其电势能将会增大C小球所受的洛伦兹力将会增大D小球所受的电场力将会增大6速度相同的一束粒子，由左端射入速度选择器后，又进入质谱仪，其运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（ ）A该束带电粒子带负电 B能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于E/B2C若保持B2不变，粒子打在胶片上的位置越远离狭缝S0，粒子的比荷q/m越小D若增大入射速度，粒子在磁场中轨迹半圆将变大7如图所示，实线表示在竖直平面内匀强电场的电场线，电场线与水平方向成角，水平方向的匀强磁场与电场正交，有一带电液滴沿斜向上的虚线l做直线运动，l与水平方向成角，且，则下列说法中错误的是( )A液滴可能做匀变速直线运动B液滴一定带正电C电场线方向一定斜向上D液滴一定做匀速直线运动8(多选)在如图中虚线所围的矩形区域内，同时存在场强为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场已知从左方水平射入的电子，穿过该区域时未发生偏转重力可忽略不计则在这个区域中的E和B的方向可能的是（ ）A.E和B都沿水平方向，并与电子运动方向相同B.E和B都沿水平方向，并与电子运动方向相反C.E竖直向上，B垂直于纸面向外D.E竖直向上，B垂直于纸面向里9如图所示，一根不光滑的长竖直绝缘杆，套有一个质量为m，带正电q的小球，匀强电场E与匀强磁场B互相垂直，E和B都与杆垂直，当小球由静止开始下落后 ( )A小球加速度不断减小，最后为零B小球加速度先增加后减小，最后为零C小球速度先增加后减小，最后为零D小球动能不断增大，直到达到某一最大值10如图为一“滤速器”装置的示意图a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO运动，由O射出，不计重力作用可能达到上述目的的办法是( )A使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里B使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里C使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外D使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外11如图所示，两平行金属板中有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，带负电的粒子（不计粒子的重力）从两板中央垂直电场、磁场入射。它在金属板间运动的轨迹为水平直线，如图中虚线所示。若使粒子飞越金属板间的过程中向上板偏移，则可以采取下列的正确措施( )A增大电场强度 B增大粒子入射速度C减小粒子电量 D增大磁感应强度12如图所示，匀强磁场垂直于纸面向里，匀强电场平行于斜面向下，斜面是粗糙的。一带正电物块以某一初速度沿斜面向上滑动，经a点后到b点时速度减为零，接着又滑了下来。设物块带电荷量保持不变，则从a到b和从b回到a两过程相比较A加速度大小相等 B摩擦产生热量不相同C电势能变化量的绝对值相同 D动能变化量的绝对值相同13如图，一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上，整个装置处于方向如图所示的匀强磁场B中。现给滑环施加一个水平向右的瞬时速度，使其由静止开始运动，则滑环在杆上的运动情况可能是( )A始终做匀速运动B开始做减速运动，最后静止于杆上C先做加速运动，最后做匀速运动D先做减速运动，最后做匀速运动14如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，y轴竖直向上第、象限内有垂直于坐标面向外的匀强磁场，第象限同时存在方向平行于y轴的匀强电场（图中未画出）一带电小球从x轴上的A点由静止释放，恰好从P点垂直于y轴进入第象限，然后做圆周运动，从Q点垂直于x轴进入第象限，Q点距O点的距离为d，重力加速度为g根据以上信息，可以求出的物理量有A圆周运动的速度大小 B电场强度的大小和方向C小球在第象限运动的时间D磁感应强度大小15从地面上方A点处自由落下一带电荷量为q、质量为m的微粒，地面附近有如图所示的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，这时粒子的落地速度大小为v1，若电场不变，只将磁场的方向改为垂直纸面向外，粒子落地的速度大小为v2，则A.v1v2 B.v1v2 C.v1v2 D.无法判定16如图所示，光滑绝缘轨道ABP竖直放置，其轨道末端切线水平，在其右侧有一正交的匀强电场、磁场区域，电场竖直向上，磁场垂直纸面向里。一带电小球从轨道上的A点由静止滑下，经P点进入场区后，恰好沿水平方向做直线运动。则可判定( )A小球带负电B小球带正电C若小球从B点由静止滑下，进入场区后将立即向上偏D.若小球从B点由静止滑下，进入场区后将立即向下偏17如图，在重力、电场力和洛伦兹力作用下，一带电液滴做直线运动，下列关于带电液滴的性质和运动的说法中正确的是A液滴可能带负电B液滴一定做匀速直线运动C不论液滴带正电或负电，运动轨迹为同一条直线D液滴不可能在垂直电场的方向上运动18如图所示，一电量为q的带电粒子在竖直向上的匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B正交的空间区域做竖直平面内的匀速圆周运动，重力加速度为g,则下列说法正确的是( )A.粒子带负电B.粒子沿逆时针方向做匀速圆周运动 C.粒子的质量为Eq/gD.粒子从圆轨道的最高点运动到最低点的时间为E/gB 19如图所示，坐标系xOy在竖直平面内，水平轨道AB和斜面BC均光滑且绝缘，AB和BC的长度均为L，斜面BC与水平地面间的夹角=60，有一质量为m、电量为+q的带电小球（可看成质点）被放在A点。已知在第一象限分布着互相垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上，场强大小，磁场垂直纸面向外，磁感应强度大小为B；在第二象限分布着沿x轴正向的匀强电场，场强大小未知。现将放在A点的带电小球由静止释放，恰能到达C点，问（1）分析说明小球在第一象限做什么运动；（2）小球运动到B点的速度；（3）第二象限内匀强电场的场强；20如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨、相距为m，导轨平面与水平面夹角，导轨电阻不计，磁感应强度为的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为m的金属棒垂直于、放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为kg、电阻为，两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离和板长均为m，定值电阻为，现闭合开关并将金属棒由静止释放，取m/s2，求：（1）金属棒下滑的最大速度为多大？（2）当金属棒下滑达到稳定状态时，整个电路消耗的电功率为多少？（3）当金属棒稳定下滑时，在水平放置的平行金属板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场，在下板的右端且非常靠近下板的位置处有一质量为kg、所带电荷量为C的液滴以初速度水平向左射入两板间，该液滴可视为质点，要使带电粒子能从金属板间射出，初速度应满足什么条件？参考答案1ACD【解析】试题分析：由左手定则可知，带正电的粒子偏向上极板，负离子偏向下极板，故用电器中的电流方向从A到B，选项A正确，B错误；根据，可得U=Bdv，则若只增强磁场，或只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势都会增大，选项CD正确；故选ACD. 考点：磁流体发电机.2AD【解析】试题分析：根据左手定则，正电荷会在洛伦兹力下向上偏转，负电荷会向下偏转，即上板是电源的正极，下板是电源的负极，A正确；根据，得电动势大小为，气体电阻则流过R的电流为，两极板间电势差为，B、C错误；D正确。考点：本题考查闭合电路欧姆定律、电阻定律、速度选择器、左手定则3B【解析】试题分析：粒子的运动轨迹是一条直线，而粒子只受竖直方向的电场力和重力作用，所以合力必然为零，电场力竖直向上，若微粒带正电荷，则B板一定带正电荷，A错误，B正确；运动过程中，重力和电场力都不做功，所以动能和机械能不变，CD错误。考点：考查了带电粒子在匀强电场中的运动4A【解析】试题分析：由于粒子做直线运动，故无论粒子带何种电荷，由于电场力与洛伦兹力都是方向相反的，大小相等根据左手定则，与正电荷受到电场力与与电场强度同向，故A正确，B错误；根据电场力和洛伦兹力平衡，即qvB=qE，与电量的多少无关，故C错误若使PM2.5颗粒的速度增大，则洛伦兹力增大，则电场力与洛伦兹力不平衡，出现偏转现象，因洛伦兹力方向不确定，则不一定向N板偏移，故D错误故选：A考点：带电粒子在复合场中的运动；粒子速度选择器；5D【解析】试题分析：带电小球自a点滑下进入板间时，必有qvB+qE=mg，小球带正电，若从稍低的b点落下，进入板间的速度将减小，则进入时洛伦兹力减小了，因此小球将向下板偏，由mgqE知合外力做正功，动能将会增大，选项A错误；由于向下板偏，电场力做负功，其电势能将会增大，选项B错误；速度的增大使洛伦兹力增大，选项C错误；电场力大小只与场强及小球的带电荷量有关，选项D正确。考点：本题旨在考查带电体在复合场的运动。6C【解析】试题分析：粒子在质谱仪中向下偏转，由左手定则知粒子带正电，选项A错误；粒子进入速度选择器中时，qv0B1=qE，得，选项B错误；粒子进入匀强磁场B2中受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得得，离狭缝S0越远粒子的半径就越大，由于v0是一定的，B2不变，半径r越大，则越小，选项C正确；若增大入射速度，粒子将不能通过S0进入质谱仪区域，选项D错误。考点：本题旨在考查速度选择器、质谱仪的工作原理。7A【解析】试题分析：A、对带电液滴受力分析有竖直向下的重力G、沿电场线方向的电场力F、垂直于速度方向的洛伦兹力f，由于，这三个力的合力不可能沿带电液滴的速度方向，因此这三个力的合力一定为零，带电液滴做匀速直线运动，不可能做匀变速直线运动，故A错误，D正确；B、当带电液滴带正电，且电场线方向斜向上时，带电液滴受竖直向下的重力G、沿电场线向上的电场力F、垂直于速度方向斜向左上方的洛伦兹力f作用，这三个力的合力可能为零，带电液滴沿虚线做匀速直线运动，如果带电液滴带负电、或电场线方向斜向下时，带电液滴所受合力不为零，不可能沿直线运动，故B、C正确；本题选错误的故选A考点：本题考查了带电粒子在复合场中的运动、力的平衡。8ABC【解析】试题分析：从左方水平射入的电子，穿过该区域时未发生偏转，说明电子所受的电场力与磁场力的合力不可能与v的方向不在同一直线上，在AB两个选项中，电子受到的磁场力为0，受到的电场力与电子运动方向在同一直线上；在C选项中，电子受到的合力可能为0；在D选项中，电子受到的电场力方向向下，洛伦磁力方向向下，合力向下，所以ABC是可能的。考点：电场力 洛仑兹力9AD【解析】试题分析：小球下滑过程中，受到重力、摩擦力（可能有）、弹力（可能有）、向右的洛伦兹力、向右的电场力开始阶段，摩擦力小于重力时，小球向下做加速运动时，速度增大，洛伦兹力增大，小球所受的杆的弹力向左，大小为N=qE+qvB，N随着v的增大而增大，滑动摩擦力f=N也增大，小球所受的合力F合=mg-f，f增大，F合减小，加速度a减小；当合力等于重力时，加速度最小为零；此时小球速度达到最大，以后小球将做匀速运动，故选项AD正确，BC错误.考点：牛顿第二定律的应用；洛伦兹力.10AD【解析】试题分析：a板电势高于b板，电子所受电场力方向向上磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则判断出来，洛伦兹力方向向下，两力可以平衡，符合题意故A正确同理可知BC错误使a板电势低于b板，电子所受电场力方向向下磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则判断出来，洛伦兹力方向向上，两力可能平衡，符合题意故D正确故选AD考点：左手定则.11A【解析】试题分析：带负电的粒子（不计粒子的重力）从两板中央垂直电场、磁场入射。它在金属板间运动的轨迹为水平直线，说明粒子所受竖直向上的电场力与竖直向下的洛伦兹力平衡，若使粒子向上偏移，则所受的洛伦兹力应小于电场力则：增大电场强度则所受电场力增大，A正确；增大入射速度则洛伦兹力增大，B错误；减小粒子的电量，电场力与洛伦兹力仍平衡，C错误；增大磁感应强度，洛伦兹力增大，D错误。考点：本题考查带电粒子在复合场中的运动。12BC【解析】试题分析：物块从a到b运动时，由牛顿定律：，受洛伦兹力垂直斜面向上；而由b向a滑动时，由牛顿定律：，受洛伦兹力垂直斜面向下，两次物体对斜面的压力不同，摩擦力不同，即f1f2, 故两过程的加速度大小不相等，选项A错误；又相对，可知两过程摩擦产生热量不相同，选项B正确；物块从a到b运动时，电场力做负功，电势能增加；物块从b回到a电场力做正功，电势能减小，故电场力做功不相同，但是电势能变化量的绝对值相同，选项C正确；故A错误；上滑过程和下滑过程，都是重力、摩擦力及电场力做功，但是上滑时摩擦力小于下滑时的摩擦力，由动能定理得，动能变化量大小不相同，故D错误故选：BC.考点：牛顿定理；电场力做功和电势能；动能定理.13ABD【解析】试题分析：当带负电的环进入磁场时竖直向上的洛伦兹力恰好等于自身的重力时，则环与杆没有相互作用力，所以没有摩擦力存在，因此环做匀速运动故A正确；当带负电的环进入磁场时的竖直向上的洛伦兹力小于自身的重力时，则环与杆有相互作用力，所以有摩擦力存在，因此环在摩擦力作用下，做减速运动，直到停止故B正确；当带负电的环进入磁场时竖直向上的洛伦兹力恰好大于自身的重力时，则环与杆有相互作用力，所以有摩擦力存在，因此环做减速运动，导致洛伦兹力大小减小，当其等于重力时，环开始做匀速直线运动故D正确；当带负电的环进入磁场时竖直向上的洛伦兹力，其大小决定环是否受到摩擦力，所以环不可能加速运动故C错误；故选：ABD考点：洛伦兹力；牛顿第二定律的应用.14AC【解析】试题分析：从P点垂直y轴开始圆周运动，到Q点垂直x轴结束，可得圆周运动的圆心在O点，半径，第四象限，电场力和重力平衡，洛伦兹力提供向心力，第三象限运动过程，只有重力做功，所以，此速度即进入第四象限的速度计圆周运动的速度，选项A对。小球在第四象限做圆周运动的时间，选项C对。第四象限运动过程，电场力和重力平衡，所以电场力方向竖直向上，但是不知道质量也不知道小球所带电荷的正负，所以无法判断电场强度的大小和方向，选项B错。不知道小球的比荷，无法计算磁感应强度大小，选项D错。考点：带点粒子在复合场中的运动15A【解析】试题分析：小球进入如图所示的匀强电场和匀强磁场时，受到向下的重力，水平向右的电场力和水平向右的洛伦兹力，若电场力与洛伦兹力的合力使得粒子向右偏转，过程中，电场力与重力的做正功，导致粒子的动能增加；当磁场的方向改变时，则洛伦兹力的方向与电场力的方向相反，导致粒子的电场力做功偏小，则落地的动能小于原来的动能，故A正确，BCD错误；故选：A考点：洛伦兹力；左手定则.16BD【解析】试题分析：因为小球做匀速直线运动，故小球受到的合力为0，由于小球受竖直向下的重力、电场力和洛伦兹力，所以G+F电+F洛=0，若小球带负电，则F电竖直向下，F洛也竖直向下，故不可能，A错误；若小球带正电，则F电竖直向上，F洛也竖直向上，则它们的合力与重力相平衡，故可能，B正确；若小球从B点由静止滑下，进入场区后的速度会变小一些，故F洛会变小，而重力、F电不变，故三个力的合力将向下，即小球将立即向下偏，D正确。考点：力的平衡，电场力、洛伦兹力方向的判断。17ABD【解析】试题分析：液滴可能带负电，也可能带正电，液滴一定做匀速直线运动，液滴不可能在垂直电场的方向上运动，ABD说法正确；液滴带正电或负电，运动轨迹不是同一条直线，选项C说法不正确。带电液滴受重力、电场力、洛伦兹力做直线运动，带电液滴肯定做匀速直线运动，如果运动不是匀速的，则洛伦兹力的大小变要变化，三个力的平衡就要被破坏，故B正确；如果带负电，带电液滴沿斜向上偏左匀速运动，故带电液滴可能带负电，A正确；若带正电，带电液滴沿斜偏右向上匀速运动，故其轨迹不可能为同一直线，C错误；带电液滴如果垂直电场运动，受力不可能平衡，D正确。考点：带电粒子在复合场中的运动情况。18BCD【解析】试题分析：粒子受电场力向上，E向上，则带正电故A错误；洛仑兹力提供向心力，受力方向指抽圆心，由左手定则知粒子沿逆时针方向做匀速圆周运动故B正确；因电场力等于重力，因，则粒子的质量为，故C正确；因，又则粒子从圆轨道的最高点运动到最低点的时间为，故D正确。考点：考查了带电粒子在复合场中的运动19（1）匀速圆周运动，（2），（3）。【解析】试题分析：（1）当带电小球进入第一象限后所受电场力为，即带电小球所受电场力与所受重力相平衡，小球所受合外力为洛伦兹力始终垂直与速度方向，故小球做匀速圆周运动；（2）有几何关系可得：，又因，故有小球在B点速度为；（3）在加速电场中，A到B过程使用动能定律：，代入 ，可得。考点：本题考查了带电电荷在电磁场中的运动【答案】（1）10m/s（2）100W（3）v0.25m/s 或v0.5m/s 【解析】试题分析：（1）当金属棒匀速下滑时速度最大，设最大速度vm，则有F安=B1IL所以 代入数据解得：vm=10m/s(2)金属棒匀速下滑时，动能不变，重力势能减小，此过程中重力势能转化为电能，重力做功的功率等于整个电路消耗的电功率P=m1gsinvm=100W (或)（3）金属棒下滑稳定时，两板间电压U=IR2=15V因为液滴在两板间有 所以该液滴在两平行金属板间做匀速圆周运动当液滴恰从上板左端边缘射出时： 所以v1=0.5m/s 当液滴恰从上板右侧边缘射出时： 所以v2=0.25m/s 初速度v应满足的条件是：v0.25m/s 或v0.5m/s 考点：法拉第电磁感应定律；物体的平衡；带电粒子在匀强磁场中的运动.