2020高中物理二轮复习热点题型专练专题83带电粒子在复合场中运动含解析

专题8.3带电粒子在复合场中运动1.有一个带电荷量为＋q、重力为G的小球，从两竖直的带电平行板上方h处自由落下，两极板间另有匀强磁场，磁感应强度为B，方向如图所示，则带电小球通过有电场和磁场的空间时，下列说法正确的是()A．一定做曲线运动B．不可能做曲线运动C．有可能做匀加速运动D．有可能做匀速运动答案：A解析：由于小球在下落过程中速度变化，洛伦兹力会变化，小球所受合力变化，故小球不可能做匀速或匀加速运动，B、C、D错，A正确。2．如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是()A．适当减小电场强度EB．适当减小磁感应强度BC．适当增大加速电场的宽度D．适当减小加速电压U答案：A3．如图所示，在匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电场的场强为E，方向竖直向下，磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，一质量为m的带电粒子，在场区内的一竖直平面做匀速圆周运动，则可判断该带电质点()A．带有电量为mgE的正电荷B．沿圆周逆时针运动C．运动的角速度为BgED．运动的速率为EB答案：C4．如图所示，某种带电粒子由静止开始经电压为U1的电场加速后，射入两水平放置、电势差为U2的两导体板间的匀强电场中，带电粒子沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场中，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U1和U2的变化情况为(不计重力，不考虑边缘效应)()A．d随U1变化，d与U2无关B．d与U1无关，d随U2变化C．d随U1变化，d随U2变化D．d与U1无关，d与U2无关答案：A解析：设带电粒子刚进入磁场时的速度为v，与水平方向夹角为θ。粒子在磁场中运动过程，qvB＝mv2R，R＝mvqB，M、N两点间距离d＝2Rcosθ＝2mvcosθqB＝2mv0qB。对粒子在加速电场中运动过程：qU＝12mv20，联立可看出d随U1变化，与U2无关。5．如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场。一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′(图中未标出)穿出，若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b()A．穿出位置一定在O′点下方B．穿出位置一定在O′点上方C．运动时，在电场中的电势能一定减小D．在电场中运动时，动能一定减小答案：C增大，故C项正确，D项错误。14.如图所示，空间存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场，图中虚线为匀强电场的等势线，一不计重力的带电粒子在M点以某一初速度垂直等势线进入正交电磁场中，运动轨迹如图所示(粒子在N点的速度比在M点的速度大)．则下列说法正确的是()A．粒子一定带正电B．粒子的运动轨迹一定是抛物线C．电场线方向一定垂直等势面向左D．粒子从M点运动到N点的过程中电势能增大15．如图所示，空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电场和磁场相互垂直．在电磁场区域中，有一个光滑绝缘圆环，环上套有一个带正电的小球．O点为圆环的圆心，a、b、c为圆环上的三个点，a点为最高点，c点为最低点，bd沿水平方向．已知小球所受电场力与重力大小相等．现将小球从环的顶端a点由静止释放，下列判断正确的是()A．当小球运动到c点时，洛伦兹力最大B．小球恰好运动一周后回到a点C．小球从a点运动到b点，重力势能减小，电势能减小D．小球从b点运动到c点，电势能增大，动能增大16．(多选)如图所示，空间同时存在竖直向上的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E.一质量为m，电量为q的带正电小球恰好处于静止状态，现在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v，则关于小球的运动，下列说法正确的是()A．小球做匀速圆周运动B．小球运动过程中机械能守恒C．小球运动到最低点时电势能增加了mgv2BqD．小球第一次运动到最低点历时πm2qB【答案】AD【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倾斜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，所以带电粒子将做匀速圆周运动，选项A正确．由于带电粒子在垂直于纸面的倾斜平面内做匀速圆周运动，运动过程中受到电场力要做功，所以机械能不守恒，选项B错误．电场力从开始到最低点克服电场力做功为W＝EqRsin30°＝mg×mvBq×12＝m2gv2Bq，所以电势能的增加量为m2gv2Bq，选项C错误．小球第一次运动到低点的时间为14T＝πm2Bq，所以选项D正确．故选AD.16．如图所示为研究某种带电粒子的装置示意图，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的O点，出现一个光斑．在垂直于纸面向里的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为r的圆弧运动，打在荧光屏上的P点，然后在磁场区域再加一竖直向下，场强大小为E的匀强电场，光斑从P点又回到O点，关于该粒子(不计重力)，下列说法正确的是()A．粒子带负电B．初速度为v＝BEC．比荷为qm＝B2rED．比荷为qm＝EB2r17．据报道，我国实施的“双星”计划发射的卫星中放置了一种“磁强计”，用于测定地磁场的磁感应强度等研究项目．磁强计的原理如图所示：电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x正方向、大小为I的电流．已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电量为e.金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动．若测出金属导体前后两个侧面间(z＝a为前侧面，z＝0为后侧面)的电势差为U，那么()A．前侧面电势高，B＝nebUIB．前侧面电势高，B＝neaUIC．后侧面电势高，B＝nebUID．后侧面电势高，B＝neaUI【答案】C【解析】电子定向移动形成电流，根据电流的方向得出电子定向移动的方向，根据左手定则，判断出电子的偏转方向，在前后两侧面间形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下平衡，根据平衡求出磁感应强度的大小．电子定向移动的方向沿x轴负向，所以电子向前侧面偏转，则前侧面带负电，后侧面失去电子带正电，后侧面的电势较高，当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向前侧面偏转，使得前后两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差．因而可得eUa＝Bev，q＝n(abvt)e，I＝qt＝neabv，由以上几式解得磁场的磁感应强度B＝nebUI，故C正确．(1)因为AC＝2BC＝2d所以R＝2d。第2秒内，仅有磁场：qvB0＝mv2R＝mv22d。第3秒内，仅有电场：d＝12·qE0m·(3dv)2。所以E0B0＝43v。粒子带正电，故磁场方向垂直纸面向外。(2)Δt＝T6＝16×2πmqB＝π3·mqB＝πqB＝π3·2dv，Δt′＝3dv＝332πΔt。故第2个粒子击中C点的时刻为(2＋332πΔt)s。23.如图所示，一带电粒子以某一速度在竖直平面内做直线运动，经过一段时间后进入一垂直于纸面向里、磁感应强度为B的圆形匀强磁场(图中未画出磁场区域)，粒子飞出磁场后垂直电场方向进入宽为L的匀强电场，电场强度大小为E，方向竖直向上，当粒子穿出电场时速度大小变为原来的2倍，已知带电粒子的质量为m，电量为q，重力不计。粒子进入磁场时的速度如图所示与水平方向60°角，试解答：(1)粒子带什么性质的电？(2)带电粒子在磁场中运动时速度多大？(3)圆形磁场区域的最小面积为多大？答案：(1)负电(2)qELm(3)πmEL4B2q(3)如图所示，带电粒子在磁场中所受到洛伦兹力作为向心力，设在磁场中做圆周运动的半径为R，圆形磁场区域的半径为r，