2019届高考物理二轮复习 第3章 电场和磁场 课时作业8 带电粒子在复合场中的运动.doc

课时作业8带电粒子在复合场中的运动一、选择题(13题为单项选择题，46题为多项选择题)1如图所示，某空间同时存在正交的匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，电场线与水平方向的夹角为.一质量为m，电荷量大小为q的微粒以速度v沿电场线方向进入该空间，恰好沿直线从P点运动到Q点下列说法中正确的是()A该微粒可能带负电B微粒从P到Q的运动可能是匀变速运动C磁场的磁感应强度大小为D电场的场强大小为解析：带电微粒从P到Q恰好沿直线运动，则微粒一定做匀速直线运动，作出微粒在电磁场中受力分析图如图所示，由图可知微粒一定带正电，故A、B错误；由受力分析及平衡条件可知qEmgsin，qBvmgcos，解得E，B，故C正确、D错误答案：C2美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，使人类在获得较高能量的带电粒子领域前进了一大步如图所示为一种改进后的回施加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强恒定，且被限制在A、C两板之间带电粒子从P0处以初速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速电场加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是()A带电粒子每运动一周被加速两次BP1P2P2P3C加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D加速电场方向需要做周期性变化解析：由题图可知，带电粒子每运动一周被加速一次，选项A错误；由公式R和qUmvmv可知，带电粒子每运动一周，电场力做功相同，动能增量相同，但速度的增量不同，故粒子圆周运动的半径增加量不同，选项B错误；由v可知，加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关，选项C正确；由T可知，粒子运动的周期不随v的变化而变化，故加速电场的方向不需做周期性变化，选项D错误答案：C3.如图所示，平行金属板a、b之间的距离为d，a板带正电荷，b板带负电荷，a、b之间还有一垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度为B1.一不计重力的带电粒子以速度v0射入a、b之间，恰能在两金属板之间匀速向下运动，并进入PQ下方的匀强磁场中，PQ下方的匀强磁场的磁感应强度为B2，方向如图所示已知带电粒子的比荷为c，则()A带电粒子在a、b之间运动时，受到的电场力水平向右B平行金属板a、b之间的电压为Udv0B2C带电粒子进入PQ下方的磁场之后，向左偏转D带电粒子在PQ下方磁场中做圆周运动的半径为解析：由于不知道带电粒子的电性，故无法确定带电粒子在a、b间运动时受到的电场力的方向，也无法确定带电粒子进入PQ下方的磁场之后向哪偏转，选项A、C错误；粒子在a、b之间做匀速直线运动，有qqv0B1，解得平行金属板a、b之间的电压为Udv0B1，选项B错误；带电粒子在PQ下方的匀强磁场中做圆周运动，轨道半径为r，选项D正确答案：D4如图所示，质量为m、电荷量为q的带正电的小物块从半径为R的绝缘半圆槽顶点A由静止开始下滑，已知半圆槽右半部分光滑，左半部分粗糙，整个装置处于正交的匀强电场与匀强磁场中，电场强度E的大小为，方向水平向右，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，g为重力加速度大小，则下列说法正确的是()A物块最终停在A点B物块最终停在最低点C物块做往复运动D物块首次滑到最低点时对轨道的压力为2mgqB解析：由于半圆槽右半部分光滑，左半部分粗糙，且在最低点时受到的电场力的方向向右，所以物块最终从最低点开始向右运动，到达某位置时速度变为零，然后又向左运动，即物块做往复运动，C正确，A、B错误；物块从A点首次运动到最低点，由动能定理得，mgRqERmv20，且E，联立得v，物块首次运动到最低点时，由牛顿第二定律得，FNmgqvBm，解得FN2mgqB，由牛顿第三定律知，D正确答案：CD5如图所示，在平行竖直虚线a与b、b与c、c与d之间分别存在着垂直于虚线的匀强电场、平行于虚线的匀强电场、垂直纸面向里的匀强磁场，虚线d处有一荧光屏大量正离子(初速度和重力均忽略不计)从虚线a上的P孔处进入电场，经过三个场区后有一部分打在荧光屏上关于这部分离子，若比荷越大，则离子()A经过虚线c的位置越低B经过虚线c的速度越大C打在荧光屏上的位置越低D打在荧光屏上的位置越高解析：当离子在a与b之间，根据动能定理得mv2qU，则v，故比荷越大，经过b的速度越大；在b与c之间，粒子做类平抛运动，设bc宽为L，电场强度为E，yat2，经过虚线c的位置与比荷无关，A错误；比荷越大，经过c的速度越大，即进入磁场的速度就越大，B正确；当离子进入磁场时，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即qvB，则R，故可知比荷越大，R越小，打在荧光屏上的位置越高，C错误、D正确答案：BD6如图所示，M、N为两个同心金属圆环，半径分别为R1和R2，两圆环之间存在着沿金属环半径方向的电场，N环内存在着垂直于环面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，N环上有均匀分布的6个小孔，从M环的内侧边缘由静止释放一质量为m，电荷量为q的粒子(不计重力)，经电场加速后通过小孔射入磁场，经过一段时间，粒子再次回到出发点，全程与金属环无碰撞则M、N间电压U满足的条件是()AU BUCU DU解析：带电粒子由M内侧边缘运动到N环，由动能定理有qUmv2，带电粒子进入N环内磁场，与金属环无碰撞，故粒子进入磁场后，应偏转或离开磁场，由几何关系可知，轨迹半径为rR2或r，则根据r，联立解得U或U，选项A、C正确答案：AC二、非选择题7如图所示，质量为m、电荷量为e的电子(重力不计)以水平初速度v0从A点射向竖直荧光屏MN，在整个空间中有方向垂直纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场，电子经磁场偏转后打在荧光屏上的C点已知A、C两点的连线与水平方向之间的夹角为37，sin370.6，cos370.8.(1)试计算A、C两点间的距离；(2)将空间中的磁场换成方向与纸面平行且竖直向上的匀强电场，若要电子同样能打在荧光屏上的C点，求匀强电场的电场强度E的大小解析：(1)设电子在匀强磁场中做圆周运动的半径为R，则由洛伦兹力提供向心力可得ev0Bm，解得R设A、C两点间的距离为d，如图所示，由几何关系可得dsinRcos2R或d2Rsin，解得d.(2)设电子在电场中运动的时间为t，则水平方向上有dcosv0t竖直方向上有dsint2其中d，联立解得EBv0.答案：(1)(2)Bv08如右图所示，直角坐标系xOy中，除第一象限外，其他象限内都存在磁感应强度B0.12 T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场P是y轴上的一点，它到坐标原点O的距离l0.40 m今有一个比荷5.0107 C/kg的带正电的粒子从P点开始垂直于磁场方向进入匀强磁场中运动已知粒子的初速度v03.0106 m/s，方向与y轴正方向的夹角53，sin530.8，cos530.6.粒子的重力不计(1)求粒子在磁场中运动的轨迹半径R.(2)若在第一象限中与x轴平行的虚线上方的区域内有一沿x轴负方向的匀强电场(如图所示)，粒子在磁场中运动一段时间后进入第一象限，最后恰好从P点沿初速度的方向再次射入磁场求匀强电场的电场强度E和电场边界(图中虚线)与x轴之间的距离d.解析：(1)粒子在匀强磁场中运动时，根据牛顿第二定律有qv0Bm代入数据解得R0.50 m.(2)作出粒子的运动轨迹示意图，如图所示，根据几何关系可确定，粒子在磁场中运动的轨迹圆的圆心A恰好落在x轴上根据图中的几何关系还可确定，粒子进入第一象限时的位置(图中C点)与O点的距离xRRcos粒子进入匀强电场后做类平抛运动，设粒子在电场中运动的时间为t，加速度为a.根据类平抛运动规律有ldv0t，xat2vxat，tan根据牛顿第二定律有qEma代入数据解得E8.0105 N/C，d0.10 m.答案：(1)0.50 m(2)8.0105 N/C0.10 m9如图所示，在竖直平面内，有一长度L2.4 m的固定绝缘竖直杆AB和固定光滑绝缘圆弧轨道CD，D为最高点，半径OC与竖直线的夹角37.B点所在的水平线上方存在着场强大小E15106 N/C、方向水平向右的匀强电场，下方与C点之间存在着场强大小E2E1、方向与竖直线的夹角37斜向上的匀强电场现将一质量m0.8 kg、电荷量q2106 C的小球(可视为质点)套在杆上从A端由静止释放后下滑，穿过电场后恰好从C点无碰撞地沿圆弧轨道CD运动，恰好通过D点已知小球与杆间的动摩擦因数0.2，取g10 m/s2，sin370.6，cos370.8.求：(1)小球到达B点时的速度大小vB；(2)小球从B点运动到C点所用的时间t和过C点时的速度大小vC；(3)圆弧轨道的半径R.解析：(1)小球沿杆下滑过程中受到的滑动摩擦力大小FfqE1小球沿杆下滑的加速度大小a由v2aL得vB6 m/s.(2)小球离开B点后在电场E2中受力如图所示因为qE2cos8 N，恰好与重力(mg8 N)平衡，所以可判定小球在电场E2中做类平抛运动加速度大小a小球过C点时，有tan过C点时，速度大小vC解得t s，vC10 m/s.(3)设小球到达D点的速度大小为vD，则mgm小球从C点运动到D点的过程，根据机械能守恒定律有mvmvmg(RRcos)解得R m.答案：(1)6 m/s(2) s10 m/s(3) m