2019版高考物理二轮复习专题三电场和磁场专题突破练10带电粒子在复合场中的运动.doc

专题突破练10　带电粒子在复合场中的运动(时间:45分钟　满分:100分)一、选择题(共4小题,每小题6分,共24分在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)1.(2018四川乐山调研)在半导体离子注入工艺中,初速度可忽略的磷离子P+和P3+,经电压为U的电场加速后垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域,如图所示,已知离子P+在磁场中转过θ=30°后从磁场右边界射出在电场和磁场中运动时,离子P+和P3+ (　　)A.在电场中的加速度之比为1∶1B.在磁场中运动的半径之比为∶1C.在磁场中转过的角度之比为1∶3D.离开电场区域时的动能之比为1∶32.(2018山西晋城一模)足够大的空间内存在着竖直向上的匀强磁场和匀强电场,有一带正电的小球在电场力和重力作用下处于静止状态现将磁场方向顺时针旋转30°,同时给小球一个垂直磁场方向斜向下的速度(如图所示),则关于小球的运动,下列说法正确的是(　　)A.小球做类平抛运动B.小球在纸面内做匀速圆周运动C.小球运动到最低点时电势能增加D.整个运动过程中机械能不守恒3.(2018湖北黄冈调研)如图所示直角坐标系xOy,P(a,-b)为第四象限内的一点,一质量为m、电荷量为q的负电荷(电荷重力不计)从原点O以初速度v0沿y轴正方向射入。

第一次在整个坐标系内加垂直纸面向内的匀强磁场,该电荷恰好能通过P点;第二次保持y>0区域磁场不变,而将y<0区域磁场改为沿x轴正方向匀强电场,该电荷仍通过P点,(　　)A.匀强磁场的磁感应强度B=B.匀强磁场的磁感应强度B=C.电荷从O运动到P,第二次所用时间一定短些D.电荷通过P点时的速度,第二次与x轴负方向的夹角一定小些4.(2018河南周口期末)如图所示,平行纸面向下的匀强电场与垂直纸面向外的匀强磁场相互正交,一带电小球刚好能在其中做竖直面内的匀速圆周运动若已知小球做圆周运动的半径为r,电场强度大小为E,磁感应强度大小为B,重力加速度大小为g,则下列判断中正确的是(　　)A.小球一定带负电荷B.小球一定沿顺时针方向转动C.小球做圆周运动的线速度大小为D.小球在做圆周运动的过程中,电场力始终不做功二、计算题(本题共4个小题,共76分)5.(16分)(2018山东淄博仿真模拟)如图,相邻两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ,设磁感应强度的大小分别为B1、B2已知磁感应强度方向相反且垂直纸面,两个区域的宽度都为d,质量为m、电荷量为+q的粒子由静止开始经电压恒为U的电场加速后,垂直于区域Ⅰ的边界线MN,从A点进入并穿越区域Ⅰ后进入区域Ⅱ,最后恰好不能从边界线PQ穿出区域Ⅱ。

不计粒子重力求(1)B1的取值范围;(2)B1与B2的关系式6.(20分)(2018安徽芜湖期末)如图所示的平面直角坐标系xOy,在第Ⅰ象限内有平行于y轴的匀强电场,方向沿y轴正方向;在第四象限某一矩形区域内有方向垂直于xOy平面的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B一质量为m、电荷量为-q的粒子,从y轴上的P(0,h)点,以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场,通过电场后从x轴上的Q(2h,0)点进入第四象限,经过磁场偏转后从y轴上M(0,-2h)点垂直y轴进入第Ⅲ象限,不计粒子所受的重力求:(1)电场强度E的大小;(2)粒子到达Q点时速度的大小和方向;(3)矩形磁场区域的最小面积7.(20分)(2018安徽池州期末)如图所示,在平面直角坐标系xOy的第二、第三象限内有一垂直纸面向里磁感应强度为B的匀强磁场区域△ABC,A点坐标(0,3a)、C点坐标(0,-3a)、B点坐标(-2a,-3a)在直角坐标系xOy的第一象限区域内,加上方向沿y轴正方向、大小为E=Bv0的匀强电场,在x=3a处垂直于x轴放置一足够大的平面荧光屏,与x轴交点为Q粒子束以相同的速度v0从OC间垂直y轴射入磁场,已知从y轴上y=-2a的点射入磁场的粒子在磁场中的轨迹恰好经过O点,忽略粒子间的相互作用,不计粒子的重力。

试求:(1)粒子的比荷;(2)粒子束射入电场时经过y轴的纵坐标范围;(3)从y轴什么位置射入磁场的粒子最终打到荧光屏上时距离Q点最远,并求出最远距离8.(20分)(2018河北五校联盟摸底)如图所示,用纸面表示竖直面,空间中同时存在着足够大的匀强电场在纸面内水平向右,匀强磁场垂直于纸面向里,磁感应强度大小B= T有一带正电的固体颗粒,质量m=1×10-3 kg,电荷量q=2×10-3 C,正以与水平方向成45°的某速度在竖直面内做匀速直线运动,当经过M点时撤掉磁场,一段时间后运动到最高点N(题目中未标出)g取10 m/s2,求:(1)电场强度大小及颗粒做匀速直线运动的速度v的大小;(2)从M点撤掉磁场到颗粒运动到最高点N经历的时间t;(3)颗粒再次回到与M点水平方向等高位置时,颗粒的动能专题突破练10　带电粒子在复合场中的运动一、选择题(共4小题,每小题6分,共24分在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)1.BD　解析 两个离子的质量相同,其带电荷量是1∶3的关系,所以由a=可知,其在电场中的加速度是1∶3,故A错误。

要想知道半径必须先知道进入磁场的速度,而速度的决定因素是加速电场,在离开电场时其速度表达式为:v=,可知其速度之比为1∶又由qvB=m知,r=,所以其半径之比为∶1,故B正确设磁场宽度为L,离子通过磁场转过的角度等于其圆心角,所以有sin θ=,则可知角度的正弦值之比为1∶,又P+的角度为30°,可知P3+角度为60°,即在磁场中转过的角度之比为1∶2,故C错误由电场加速后:qU=mv2可知,两离子离开电场的动能之比为1∶3,故D正确故选BD2.CD　解析 小球在复合电磁场中处于静止状态,只受两个力作用,即重力和电场力且两者平衡当把磁场顺时针方向旋转30°,且给小球一个垂直磁场方向的速度v,则小球受到的合力就是洛伦兹力,且与速度方向垂直,所以小球将做匀速圆周运动,小球在垂直于纸面的倾斜平面内做匀速圆周运动,选项A、B错误;小球从开始到最低点过程中克服电场力做功,电势能增加,选项C正确;整个运动过程中机械能不守恒,选项D正确;故选CD3.AC　解析 第一次在整个坐标系内加垂直纸面向内的匀强磁场,该电荷恰好能通过P点;粒子做匀速圆周运动,由几何作图得(a-R)2+b2=R2,解得R=,由qvB=m解得匀强磁场的磁感应强度B=,故A正确,B错误;第二次保持y>0区域磁场不变,而将y<0区域磁场改为沿x轴正方向匀强电场,该电荷仍通过P点,粒子先做匀速圆周运动,后做类平抛运动,运动时间t2=T+;第一次粒子做匀速圆周运动,运动时间t1=T+,弧长QP大于b,所以t1>t2,即第二次所用时间一定短些,故C正确;电荷通过P点时的速度,第一次与x轴负方向的夹角为α,则有tan α=;第二次与x轴负方向的夹角为θ,则有tan θ=,所以有tan θ>tan α,电荷通过P点时的速度,第二次与x轴负方向的夹角一定大些,故D错误;故选AC。

4.AC　解析 带电小球在重力场、匀强电场和匀强磁场中做匀速圆周运动,可知,带电小球受到的重力和电场力是一对平衡力,重力竖直向下,所以电场力竖直向上,与电场方向相反,故小球一定带负电荷,故A正确;磁场方向向外,洛伦兹力的方向始终指向圆心,由左手定则可判断小球的旋转方向为逆时针,故B错误;由电场力和重力大小相等,得:mg=qE,带电小球在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动的半径为:r=,联立得:v=,故C正确;小球在做圆周运动的过程中,电场力要做功,洛伦兹力始终不做功,故D错误;故选AC二、计算题(本题共4个小题,共76分)5.答案 (1)0d ③联立得:0

由几何关系知O'A=r·=2a则OO'=OA-O'A=a即粒子离开磁场进入电场时,离O点上方最远距离为OD=ym=2a所以粒子束从y轴射入电场的范围为0≤y≤2a(3)假设粒子没有射出电场就打到荧光屏上,有3a=v0·t0y=a>2a所以,粒子应射出电场后打到荧光屏上粒子在电场中做类平抛运动,设粒子在电场中的运动时间为t,竖直方向位移为y,水平方向位移为x,则水平方向有x=v0·t竖直方向有y=t2代入数据得x=设粒子最终打在荧光屏上的点距Q点为H,粒子射出电场时与x轴的夹角为θ,则tan θ=有H=(3a-x)·tan θ=(3当3时,即y=a时,H有最大值由于a<2a,所以H的最大值Hmax=a,粒子射入磁场的位置为y=a-2a=-a8.答案 (1)5 N/C　10 m/s　(2) s(3)0.25 J解析 (1)小球匀速直线运动时的受力如图所示,其所受的三个力在同一平面内,合力为零电场力和重力的合力方向与水平方向成45°,tan 45°=则E= N/C=5 N/CqvB=v= m/s=10 m/s(2)根据运动的独立性,竖直方向做初速度vy0=v,加速度为g的匀减速运动vy0=v=gt,求得t= s。

3)颗粒再次回到与M点水平方向等高位置时,时间为2t= s在水平方向上的初速度vx0=v水平方向获得的速度vx=v+·2t,其中qE=mg得vx=15 m/s竖直方向的速度vy=5 m/s合速度v=10 m/s,动能Ek=mv2=0.25 J。