步步高2015一輪講義：?jiǎn)卧〗Y(jié)練-帶電粒子在疊加場(chǎng)、組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、單元小結(jié)練帶電粒子在疊加場(chǎng)、組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(限時(shí)：45分鐘)1如圖所示，虛線空間中存在由勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B組成的正交或平行的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，有一個(gè)帶正電小球(電荷量為q，質(zhì)量為m)從正交或平行的電磁復(fù)合場(chǎng)上方的某一高度自由落下，那么，帶電小球可能沿直線通過(guò)的是()答案CD解析帶電小球進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)時(shí)受力情況：其中只有C、D兩種情況下合外力可能為零或與速度的方向相同，所以有可能沿直線通過(guò)復(fù)合場(chǎng)區(qū)域，A項(xiàng)中力qvB隨速度v的增大而增大，所以三力的合力不會(huì)總保持在豎直方向，合力與速度方向?qū)a(chǎn)生夾角，做曲線運(yùn)動(dòng)，所以A錯(cuò)2如圖1所示，一電子束沿垂直于電場(chǎng)線與磁感線方向入射后偏向A極板，為了使電子束沿射入方

2、向做直線運(yùn)動(dòng)，可采用的方法是()圖1A將變阻器滑動(dòng)頭P向右滑動(dòng)B將變阻器滑動(dòng)頭P向左滑動(dòng)C將極板間距離適當(dāng)減小D將極板間距離適當(dāng)增大答案D解析電子射入極板間后，偏向A板，說(shuō)明EqBvq，由E可知，減小場(chǎng)強(qiáng)E的方法有增大板間距離和減小板間電壓，故C錯(cuò)誤，D正確；而移動(dòng)滑動(dòng)頭P并不能改變板間電壓，故A、B均錯(cuò)誤3導(dǎo)體導(dǎo)電是導(dǎo)體中的自由電荷定向移動(dòng)的結(jié)果，這些可以移動(dòng)的電荷又叫載流子，例如金屬導(dǎo)體中的載流子就是自由電子現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料可以分成兩大類，一類是N型半導(dǎo)體，它的載流子為電子；另一類為P型半導(dǎo)體，它的載流子是“空穴”(相當(dāng)于帶正電的粒子)如果把某種材料制成的長(zhǎng)方體放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)

3、方向如圖2所示，且與前、后側(cè)面垂直長(zhǎng)方體中通有水平向右的電流，測(cè)得長(zhǎng)方體的上、下表面M、N的電勢(shì)分別為M、N，則該種材料()圖2A如果是P型半導(dǎo)體，有MNB如果是N型半導(dǎo)體，有MNC如果是P型半導(dǎo)體，有MND如果是金屬導(dǎo)體，有MN答案C解析如果是P型半導(dǎo)體，它的載流子是“空穴”，由左手定則可知，“空穴”受到的洛倫茲力指向N，“空穴”偏向N，有MN，選項(xiàng)B錯(cuò)誤如果是金屬導(dǎo)體，它的載流子是電子，由左手定則可知，電子受到的洛倫茲力指向N，電子向N偏移，有MN，選項(xiàng)D錯(cuò)誤4如圖3所示的虛線區(qū)域內(nèi)，存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)一帶電粒子a(不計(jì)重力)以一定的初速度由左邊界的O點(diǎn)射入磁

4、場(chǎng)、電場(chǎng)區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)穿出若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而保留電場(chǎng)不變，另一個(gè)同樣的粒子b(不計(jì)重力)仍以相同初速度由O點(diǎn)射入，從區(qū)域右邊界穿出，則粒子b()圖3A穿出位置一定在O點(diǎn)下方B穿出位置一定在O點(diǎn)上方C在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能一定減小D在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能一定減小答案C解析a粒子要在電場(chǎng)、磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)區(qū)內(nèi)域做直線運(yùn)動(dòng)，則該粒子一定沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故對(duì)粒子a有：BqvEq，即只要滿足EBv無(wú)論粒子帶正電還是負(fù)電，粒子都可以沿直線穿出復(fù)合場(chǎng)區(qū)域；當(dāng)撤去磁場(chǎng)只保留電場(chǎng)時(shí)，粒子b由于電性不確定，故無(wú)法判斷從O點(diǎn)的上方還是下方穿出，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；粒子b在穿過(guò)電

5、場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中必然受到電場(chǎng)力的作用而做類平拋運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，其電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤5利用如圖4所示的方法可以測(cè)得金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n，現(xiàn)測(cè)得一塊橫截面為矩形的金屬導(dǎo)體的寬為b，厚為d，并加有與側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，當(dāng)通以圖示方向電流I時(shí)，在導(dǎo)體上、下表面間用電壓表可測(cè)得電壓為U.已知自由電子的電荷量為e，則下列判斷正確的是()圖4A上表面電勢(shì)高B下表面電勢(shì)高C該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為D該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為答案BD解析畫(huà)出平面圖如圖所示，由左手定則可知，自由電子向上表面偏轉(zhuǎn)，故下表面電勢(shì)高，A錯(cuò)誤，B正確再根據(jù)eevB，IneSvnebdv

6、得n，故D正確，C錯(cuò)誤6如圖5所示，兩導(dǎo)體板水平放置，兩板間電勢(shì)差為U，帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過(guò)兩板后又沿垂直于磁場(chǎng)方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則粒子射入磁場(chǎng)和射出磁場(chǎng)的M、N兩點(diǎn)間的距離d隨著U和v0的變化情況為()圖5Ad隨v0增大而增大，d與U無(wú)關(guān)Bd隨v0增大而增大，d隨U增大而增大Cd隨U增大而增大，d與v0無(wú)關(guān)Dd隨v0增大而增大，d隨U增大而減小答案A解析設(shè)粒子從M點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v，該速度與水平方向的夾角為，故有v.粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑為r.而MN之間的距離為d2rcos .聯(lián)立解得d2，故選項(xiàng)A正確7如圖6所示，在x

7、Oy坐標(biāo)系中，x軸上的N點(diǎn)到O點(diǎn)的距離是12 cm，虛線NP與x軸負(fù)向的夾角是30.第象限內(nèi)NP的上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T，第象限內(nèi)有勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向沿y軸正向?qū)⒁毁|(zhì)量m81010 kg、電荷量q1104 C帶正電粒子，從電場(chǎng)中M(12，8)點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)電場(chǎng)加速后從N點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，又從y軸上P點(diǎn)穿出磁場(chǎng)不計(jì)粒子重力，取3，求：圖6(1)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度v；(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；(3)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E.答案(1)104 m/s(2)1.6105 s(3)5103 V/m解析(1)粒子在磁場(chǎng)中的軌跡如圖，由幾何關(guān)系得粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R12 cm0.08 m由q

8、vBm得v104 m/s(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)圓心角為120，則有t1.6105 s(3)由qEdmv2得E5103 V/m8如圖7所示，M、N為兩塊帶等量異種電荷的平行金屬板，兩板間電壓可取從零到某一最大值之間的任一數(shù)值靜止的帶電粒子帶電荷量為q，質(zhì)量為m(不計(jì)重力)，從靠近M板的P點(diǎn)經(jīng)電場(chǎng)加速后，從小孔Q進(jìn)入N板右側(cè)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外，CD為磁場(chǎng)邊界上的一絕緣板，它與N板的夾角為45，孔Q到板的下端C的距離為L(zhǎng)，當(dāng)M、N兩板間電壓取最大值時(shí)，粒子恰垂直打在CD板上，求：圖7(1)兩板間電壓的最大值Um；(2)CD板上可能被粒子打中的區(qū)域的長(zhǎng)度s；

9、(3)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間tm.答案(1)(2)(2)L(3)解析(1)M、N兩板間電壓取最大值時(shí)，粒子恰垂直打在CD板上，所以圓心在C點(diǎn)，如圖所示，CHQCL故半徑r1L又因?yàn)閝v1Bm且qUmmv，所以Um.(2)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡與CD板相切于K點(diǎn)，此軌跡的半徑為r2，設(shè)圓心為A，在AKC中：sin 45解得r2(1)L，即r2(1)L所以CD板上可能被粒子打中的區(qū)域的長(zhǎng)度s，即sr1r2(2)L(3)打在Q、E間的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)，均為半個(gè)周期，所以tm.9中國(guó)著名物理學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士何澤慧教授曾在1945年首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到正、負(fù)電子的彈性碰撞過(guò)程有人設(shè)想利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)控制正、負(fù)電子在云室中運(yùn)動(dòng)來(lái)再現(xiàn)這一過(guò)程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理如下：在如圖8所示的xOy平面內(nèi)，A、C二小孔距原點(diǎn)的距離均為L(zhǎng)，每隔一定的時(shí)間源源不斷地分別從A孔射入正電子，C孔射入負(fù)電子，初速度均為v0，方向垂直x軸，正、負(fù)電子的質(zhì)量均為m，電荷量均為e(忽略電子之間的相互作用)在y軸的左側(cè)區(qū)域加一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在y軸的右側(cè)區(qū)域加一垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫(huà)出)，要使正、負(fù)電子在y軸上的P(0，L)處相碰求：圖8(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??；磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小及方向；(2)P點(diǎn)相碰的正、負(fù)電子的動(dòng)能之比和射入小孔的時(shí)間差t.答案見(jiàn)解析解析(1)對(duì)A處進(jìn)入