高考物理三輪沖刺題型歸納講練專(zhuān)題22 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)（原卷版）

專(zhuān)題22帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)[題型導(dǎo)航]題型一帶電粒子在疊加場(chǎng)中無(wú)約束條件下的運(yùn)動(dòng) 1題型二帶電粒子在疊加場(chǎng)中有約束條件下的運(yùn)動(dòng) 5題型三電場(chǎng)和磁場(chǎng)疊加的應(yīng)用實(shí)例分析 9[考點(diǎn)分析]題型一帶電粒子在疊加場(chǎng)中無(wú)約束條件下的運(yùn)動(dòng)1.帶電粒子(帶電體)在疊加場(chǎng)中無(wú)約束情況下的運(yùn)動(dòng)(1)靜電力、重力并存靜電力與重力的合力一般為恒力，帶電體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或勻變速直線(xiàn)(或曲線(xiàn))運(yùn)動(dòng)，比較簡(jiǎn)單。(2)磁場(chǎng)力、重力并存①若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，故機(jī)械能守恒，由此可求解問(wèn)題。(3)靜電力、磁場(chǎng)力并存(不計(jì)重力的微觀粒子)①若靜電力和洛倫茲力平衡，則帶電粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。②若靜電力和洛倫茲力不平衡，則帶電粒子將做復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，可用動(dòng)能定理求解問(wèn)題。(4)靜電力、磁場(chǎng)力、重力并存①若三力平衡，一定做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。②若重力與靜電力平衡，一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。③若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因洛倫茲力不做功，可用能量守恒定律或動(dòng)能定理求解問(wèn)題。4.是否考慮重力的判斷①對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，若無(wú)特殊說(shuō)明，一般不考慮重力；對(duì)于宏觀帶電小物體，如帶電小球、塵埃、油滴、液滴等，若無(wú)特殊說(shuō)明，一般需要考慮重力。②題目中已明確說(shuō)明是否需要考慮重力時(shí)則按說(shuō)明分析。③不能直接判斷是否需要考慮重力的，在進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，由分析結(jié)果確定是否考慮重力。（多選）如圖所示，兩個(gè)傾角分別為30°和60°的光滑絕緣斜面固定于水平地面上，并處于方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的小滑塊甲和乙分別從兩個(gè)斜面頂端由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，兩小滑塊都將飛離斜面，則（）A．飛離斜面時(shí)甲滑塊動(dòng)量比乙滑塊動(dòng)量大 B．飛離斜面時(shí)甲滑塊動(dòng)量比乙滑塊動(dòng)量小 C．飛離斜面時(shí)甲滑塊重力做功的瞬時(shí)功率與乙滑塊重力做功瞬時(shí)功率不同 D．飛離斜面時(shí)甲滑塊重力做功的瞬時(shí)功率與乙滑塊重力做功瞬時(shí)功率相同（多選）如圖所示，空間有一垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為0.3kg且足夠長(zhǎng)的絕緣木板靜止在光滑水平面上，在木板左端放置一質(zhì)量為0.1kg帶正電的滑塊，電荷量為0.2C，滑塊與絕緣木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，滑塊受到的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。t＝0時(shí)刻開(kāi)始對(duì)木板施加方向水平向左、大小為1.2N的恒力，g取10m/s2，則（）A．木板和滑塊一直做加速度為3m/s2的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) B．0.5s末滑塊的速度是1.5m/s C．最終木板做加速度為4m/s2的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，滑塊做速度為5m/s的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) D．整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦力對(duì)滑塊做的功為1.25J電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)水平向右，勻強(qiáng)磁場(chǎng)與勻強(qiáng)電場(chǎng)垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向如圖所示。一帶電小球M斜向右上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，速度與水平方向的夾角為30°，該小球運(yùn)動(dòng)的速度大小為（）A．EB B．2EB C．3E（多選）如圖所示，空間存在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)方向水平向右，場(chǎng)強(qiáng)大小為E，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面水平向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，a、b兩個(gè)帶電球在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，軌跡在紙面內(nèi)如圖中虛線(xiàn)所示，不計(jì)小球間的相互作用，則下列說(shuō)法正確的是（）A．小球a帶正電，從Q向P運(yùn)動(dòng) B．小球b帶正電，從N向M運(yùn)動(dòng) C．a(chǎn)、b兩小球的速度大小之比為2：3 D．a(chǎn)、b兩小球的質(zhì)量之比為1：6如圖所示，在平面直角坐標(biāo)系xOy的第一、二象限內(nèi)有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E1，虛線(xiàn)是第二、四象限的角平分線(xiàn)，虛線(xiàn)的右上方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B；第三、四象限有水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)E2，且E1＝E2，現(xiàn)有一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電微粒由x軸上的P點(diǎn)（?2L，0），以大小為v0、方向與x軸正方向成45°（1）電場(chǎng)強(qiáng)度E1的大小和磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；（2）微粒通過(guò)N點(diǎn)的位置坐標(biāo)和速度；（3）微粒從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間。題型二帶電粒子在疊加場(chǎng)中有約束條件下的運(yùn)動(dòng)如圖所示，兩豎直平行邊界PQ、MN間，有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。一帶負(fù)電小球從O點(diǎn)以某一速度垂直邊界PQ進(jìn)入該場(chǎng)區(qū)，恰好能沿水平方向做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。若只減小小球從O點(diǎn)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)時(shí)的速度，則小球在場(chǎng)區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列判斷正確的是（）A．小球的動(dòng)能減小 B．小球的電勢(shì)能減小 C．小球的重力勢(shì)能減小 D．小球的機(jī)械能減小如圖，足夠長(zhǎng)的絕緣豎直桿處于正交的勻強(qiáng)電磁場(chǎng)中，電場(chǎng)方向水平向左、場(chǎng)強(qiáng)大小為E，磁場(chǎng)方向水平向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為﹣q（q＞0）的小圓環(huán)套在桿上（環(huán)內(nèi)徑略大于桿的直徑）無(wú)初速下滑。若重力加速度大小為g，圓環(huán)與桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ（μqE＜mg），圓環(huán)電荷量不變，則能反映圓環(huán)下滑過(guò)程中速度v隨時(shí)間t變化關(guān)系的圖象是（）A． B． C． D．如圖，質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球從A點(diǎn)以水平初速度v0平拋，小球A恰好沿B點(diǎn)的切線(xiàn)方向進(jìn)入豎直平面內(nèi)半徑為R的14（1）電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??；（2）小球A經(jīng)過(guò)軌道最低點(diǎn)C時(shí)對(duì)軌道的壓力大小；（3）為使小球A能進(jìn)入電磁場(chǎng)屏蔽區(qū)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值為多大？如圖所示，在空間建立O﹣xyz坐標(biāo)系、水平向右為x軸正方向，豎直向下為y軸正方向，垂直紙面向里為z軸正方向（圖中未畫(huà)出），自y＝0起，沿y方向間距為d的水平區(qū)域，有均勻電磁場(chǎng)區(qū)域和無(wú)電磁場(chǎng)區(qū)域相間排列，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上。一電荷量為q，質(zhì)量為m的帶正電小球從坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止自由下落.在有電磁場(chǎng)的區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度大小為g。（1）帶電小球從第1個(gè)電磁場(chǎng)區(qū)域的下邊界穿出時(shí)，設(shè)其速度方向與豎直方向的夾角為β1，求sinβ1；（2）若已知d=4如圖所示，真空中的立方體邊長(zhǎng)為0.8m，底面中心處有一點(diǎn)狀放射源，僅在abcO所在平面內(nèi)向各個(gè)方向均勻發(fā)射α粒子，所有α粒子的速率均為v＝5.0×106m/s，已知α粒子的比荷為qm=5.0×107C/kg，現(xiàn)給立方體內(nèi)施加豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，使所有（1）求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；（2）現(xiàn)在正方體內(nèi)再施加豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，要使所有粒子剛好都能從上表面中心P離開(kāi)，求所加勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。ńY(jié)果用π表示）；（3）若勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小取第（2）問(wèn)中的最大值，現(xiàn)讓abfe屏向左沿﹣z方向移動(dòng)0.2m，求粒子打在abfe屏上x(chóng)坐標(biāo)最大值和最小值時(shí)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的y軸坐標(biāo)。題型三電場(chǎng)和磁場(chǎng)疊加的應(yīng)用實(shí)例分析1．速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)和霍爾元件一般以單個(gè)帶電粒子為研究對(duì)象，在洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡時(shí)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而求出相應(yīng)的物理量，區(qū)別見(jiàn)下表．裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0B＝Eq，即v0＝eq\f(E,B)，粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)磁流體發(fā)電機(jī)等離子體射入，受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、負(fù)電，兩極板電壓為U時(shí)穩(wěn)定，qeq\f(U,d)＝qv0B，U＝v0Bd電磁流量計(jì)qeq\f(U,D)＝qvB，所以v＝eq\f(U,DB)，所以Q＝vS＝eq\f(πDU,4B)霍爾元件當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢(shì)差磁流體發(fā)電機(jī)，又叫等離子體發(fā)電機(jī)，圖中的燃燒室在3000K的高溫下將氣體全部電離為電子和正離子，即高溫等離子體。高溫等離子體經(jīng)噴管加速后以1000m/s的速度進(jìn)入矩形發(fā)電通道。發(fā)電通道有垂直于紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝6T等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩極間形成電勢(shì)差。已知發(fā)電通道長(zhǎng)a＝50cm，寬b＝20cm，高d＝20cm，等高速等高子體離子體的電阻率ρ＝2Ω?m。則以下判斷中正確的是（）A．因正離子帶電量未知，故發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)不能確定 B．圖中外接電阻R二端的電壓為1200V C．當(dāng)外接電阻R＝8Ω時(shí)，發(fā)電機(jī)的效率最高 D．當(dāng)外接電阻R＝4Ω時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率最大磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，如圖是磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖。平行金屬板P、Q間距為d、面積為S，兩金屬板和電阻R連接。一束等離子體以恒定速度v0垂直于磁場(chǎng)方向噴入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電路穩(wěn)定時(shí)電阻R兩端會(huì)產(chǎn)生恒定電勢(shì)差U．假定等離子體在兩板間均勻分布，忽略邊緣效應(yīng)，則等離子體的電導(dǎo)率δ（電阻率的倒數(shù)）的計(jì)算式是（）A．Ud(Bdv0?U)RSC．US(Bdv（多選）如圖，電磁流量計(jì)的測(cè)量管橫截面直徑為D，在測(cè)量管的上下兩個(gè)位置固定兩金屬電極a、b，整個(gè)測(cè)量管處于水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。當(dāng)含有正、負(fù)離子的液體從左向右勻速流過(guò)測(cè)量管時(shí)，連在兩個(gè)電極上的顯示器顯示的流量為Q（單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的液體體積），下列說(shuō)法正確的是（）A．a(chǎn)極電勢(shì)高于b極電勢(shì) B．液體流過(guò)測(cè)量管的速度大小為QπC．a(chǎn)、b兩極之間的電壓為4QBπDD．若流過(guò)的液體中離子濃度變高，顯示器上的示數(shù)將變大為了測(cè)量化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在排污管末端安裝了流量計(jì)（流量Q為單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面流體的體積）。如圖所示，長(zhǎng)方體絕緣管道的長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左、右兩端開(kāi)口，所在空間有垂直于前后表面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在上、下兩個(gè)面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M、N，污水充滿(mǎn)管道從左向右勻速流動(dòng)。測(cè)得M、N間電壓為U，污水流過(guò)管道時(shí)受到的阻力大小Ff＝kLv2，k是比例系數(shù)，L為污水沿流速方向的長(zhǎng)度，v為污水的流速。則（）A．污水的流量Q=abUB．金屬板M的電勢(shì)不一定高于金屬板N的電勢(shì) C．電壓U與污水中離子濃度成正比 D．左、右兩側(cè)管口的壓強(qiáng)差Δp=如圖是判斷檢測(cè)電流I0大小是否發(fā)生變化的裝置，該檢測(cè)電流在鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與檢測(cè)電流I0成正比?，F(xiàn)給金屬材料制成的霍爾元件（其長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、d）通以恒定工作電流I，通過(guò)下側(cè)電壓表的示數(shù)來(lái)判斷I0的大小是否發(fā)生變化，下列說(shuō)法正確的是（）A．M端應(yīng)與電壓表的“負(fù)”接線(xiàn)柱相連 B．要提高檢測(cè)的靈敏度可適當(dāng)增大寬度b C．要提高檢測(cè)靈敏度可適當(dāng)增大工作電流I D．當(dāng)霍爾元件尺寸和工作電流I不變時(shí)，電壓表示數(shù)變大，說(shuō)明檢測(cè)電流