2020屆高考物理復(fù)習(xí)磁場(chǎng)核心素養(yǎng)提升練二十七9.3帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（含解析）新人教版.docx

帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(45分鐘100分)(20分鐘50分)一、選擇題(本題共4小題，每小題8分，共32分，13題為單選題，4題為多選題)1.(2018宿州模擬)根據(jù)電磁理論，半徑為R、電流強(qiáng)度為I的環(huán)形電流中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=k，其中k為已知常量?，F(xiàn)有一半徑為r，匝數(shù)為N的線圈，線圈未通電流時(shí)，加水平且平行于線圈平面、大小為BC的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，小磁針指向在線圈平面內(nèi)(不考慮地磁場(chǎng))，給線圈通上待測(cè)電流后，小磁針?biāo)狡D(zhuǎn)了角。則()A.待測(cè)電流在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度BO=BCsin B.待測(cè)電流Ix的大小Ix=C.僅改變電流方向，小磁針轉(zhuǎn)向不會(huì)變化D.僅改變電流大小可以使小磁針垂直于線圈平面【解析】選B。所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度BC與待測(cè)電流在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度BO的關(guān)系如圖所示，有：BO=BCtan ，A錯(cuò)誤；由題意可知BO=k，解得Ix=，B正確；僅改變電流方向，環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向改變，小磁針轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，C錯(cuò)誤；僅改變電流大小，環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不變，大小改變，合場(chǎng)強(qiáng)不能與線圈平面垂直，小磁針也不能垂直于線圈平面，D錯(cuò)誤。2.(2019岳陽模擬)如圖所示，粒子源P會(huì)發(fā)出電荷量相等的帶電粒子，這些粒子經(jīng)裝置M加速并篩選后，能以相同的速度從A點(diǎn)垂直磁場(chǎng)方向沿AB射入正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)ABCD，粒子1、粒子2分別從AD中點(diǎn)和C點(diǎn)射出磁場(chǎng)。不計(jì)粒子重力，則粒子1和粒子2()A.均帶正電，質(zhì)量之比為41B.均帶負(fù)電，質(zhì)量之比為14C.均帶正電，質(zhì)量之比為21D.均帶負(fù)電，質(zhì)量之比為12【解析】選B。由圖示可知，粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受到的洛倫茲力水平向左，由左手定則可知，粒子帶負(fù)電；設(shè)正方形的邊長為L，由圖示可知，粒子軌道半徑分別為r1=L，r2=L，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qvB=m，m=r，則=，故B正確。3.如圖所示，長方形abcd長ad=0.6 m，寬ab=0.3 m，O、e分別是ad、bc的中點(diǎn)，以ad為直徑的半圓內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(邊界上無磁場(chǎng))，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.25 T。一群不計(jì)重力、質(zhì)量m=310-7 kg、電荷量q=+210-3 C的帶電粒子以速度v=5102 m/s沿垂直ad方向且垂直于磁場(chǎng)射入磁場(chǎng)區(qū)域，則()A.從Od邊射入的粒子，出射點(diǎn)全部分布在Oa邊B.從aO邊射入的粒子，出射點(diǎn)全部分布在ab邊C.從Od邊射入的粒子，出射點(diǎn)分布在Oa邊和ab邊D.從aO邊射入的粒子，出射點(diǎn)分布在ab邊和bc邊【解析】選D。由r=得帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑r=0.3 m，從Od邊射入的粒子，出射點(diǎn)分布在ab和be邊；從aO邊射入的粒子，出射點(diǎn)分布在ab邊和be邊，選項(xiàng)D正確。4.如圖所示，MN是紙面內(nèi)的一條直線，其所在空間充滿與紙面平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)或與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(場(chǎng)區(qū)都足夠大)，現(xiàn)有一重力不計(jì)的帶電粒子從MN上的O點(diǎn)以水平初速度v0射入場(chǎng)區(qū)，下列有關(guān)判斷正確的是()A.如果粒子回到MN上時(shí)速度增大，則空間存在的一定是電場(chǎng)B.如果粒子回到MN上時(shí)速度大小不變，則該空間存在的一定是磁場(chǎng)C.若只改變粒子的速度大小，發(fā)現(xiàn)粒子再回到MN上時(shí)與其所成夾角不變，則該空間存在的一定是磁場(chǎng)D.若只改變粒子的速度大小，發(fā)現(xiàn)粒子再回到MN所用的時(shí)間不變，則該空間存在的一定是磁場(chǎng)【解析】選A、D。洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，不能使粒子速度增大，電場(chǎng)力可使帶電粒子做功，動(dòng)能增大，故選項(xiàng)A正確；若帶電粒子以與電場(chǎng)線平行的速度v0射入，粒子返回速率不變，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；如果是電場(chǎng)，只要MN是等勢(shì)面即可，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由T=可知，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與速率無關(guān)，故選項(xiàng)D正確。二、計(jì)算題(本題共18分，寫出規(guī)范的答題步驟)5.如圖所示，邊長L=0.2 m的正方形abcd區(qū)域(含邊界)內(nèi)，存在著垂直于區(qū)域的橫截面(紙面)向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5.010-2 T。帶電平行金屬板MN、PQ間形成了勻強(qiáng)電場(chǎng)E(不考慮金屬板在其他區(qū)域形成的電場(chǎng))，MN放在ad邊上，兩板左端M、P恰在ab邊上，兩板右端N、Q間有一絕緣擋板EF。EF中間有一小孔O，金屬板長度、板間距、擋板長度均為l=0.1 m。在M和P的中間位置有一離子源S，能夠正對(duì)孔O不斷發(fā)射出各種速率的帶正電離子，離子的電荷量均為q=3.210-19 C，質(zhì)量均為m=6.410-26 kg。不計(jì)離子的重力，忽略離子之間的相互作用及離子打到金屬板或擋板上后的反彈。(1)當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度E=104 N/C時(shí)，求能夠沿SO連線穿過孔O的離子的速率。(2)電場(chǎng)強(qiáng)度取值在一定范圍時(shí)，可使沿SO連線穿過O并進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的離子直接從bc邊射出，求滿足條件的電場(chǎng)強(qiáng)度的范圍。【解析】(1)穿過孔O的離子在金屬板間需滿足qv0B=Eq代入數(shù)據(jù)得v0=2.0105 m/s(2)穿過孔O的離子在金屬板間仍需滿足qvB=Eq離子穿過孔O后在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有qvB=m由以上兩式得E=從bc邊射出的離子，其臨界軌跡如圖線，對(duì)應(yīng)軌跡半徑最大，對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，由幾何關(guān)系可得r1=0.1 m由此可得E1=1.25103 N/C從bc邊射出的離子，軌跡半徑最小時(shí)，其臨界軌跡如圖線，對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最小，由幾何關(guān)系可得2r2+=L所以r2=0.075 m由此可得E2=9.375102 N/C所以滿足條件的電場(chǎng)強(qiáng)度的范圍為：9.375102 N/CE1.25103 N/C答案：(1)2.0105 m/s(2)9.375102 N/CE0表示電場(chǎng)方向豎直向上。t=0時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn)。Q為線段N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為g。上述d、E0、m、v、g為已知量。(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。(2)求電場(chǎng)變化的周期T。(3)改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值?！窘馕觥?1)微粒做直線運(yùn)動(dòng)，則mg+qE0=qvB微粒做圓周運(yùn)動(dòng)，則有：mg=qE0聯(lián)立得：q=B=(2)設(shè)微粒從N1運(yùn)動(dòng)到Q的時(shí)間為t1，做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為t2，則=