2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第9章 第3課時(shí) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)作業(yè)（含解析）

2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第9章 第3課時(shí) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)作業(yè)（含解析）一、單項(xiàng)選擇題1.如圖1所示，空間存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)在該區(qū)域中，有一個(gè)豎直放置的光滑絕緣圓環(huán)，環(huán)上套有一個(gè)帶正電的小球O點(diǎn)為圓環(huán)的圓心，a、b、c、d為圓環(huán)上的四個(gè)點(diǎn)，a點(diǎn)為最高點(diǎn)，c點(diǎn)為最低點(diǎn)，b、O、d三點(diǎn)在同一水平線上已知小球所受電場(chǎng)力與重力大小相等現(xiàn)將小球從環(huán)的頂端a點(diǎn)由靜止釋放，下列判斷正確的是()圖1A小球能越過d點(diǎn)并繼續(xù)沿環(huán)向上運(yùn)動(dòng)B當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)時(shí)，所受洛倫茲力最大C小球從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過程中，重力勢(shì)能減小，電勢(shì)能增大D小球從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)的過程中，電勢(shì)能增大，動(dòng)能先增大后減小【答案】D【解析】由題意可知，小球運(yùn)動(dòng)的等效最低點(diǎn)在b、c中間，因此當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn)時(shí)速度為0，不能繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；小球在等效最低點(diǎn)時(shí)速度最大，所受洛倫茲力最大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；小球從a運(yùn)動(dòng)到b的過程中，重力做正功，電場(chǎng)力也做正功，所以重力勢(shì)能與電勢(shì)能均減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；小球從b運(yùn)動(dòng)到c的過程中，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，合外力先做正功再做負(fù)功，動(dòng)能先增大后減小，選項(xiàng)D正確2.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及一對(duì)磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖2所示由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看作是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 V，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為()圖2A1.3 m/s，a正、b負(fù)B2.7 m/s，a正、b負(fù)C1.3 m/s，a負(fù)、b正D2.7 m/s，a負(fù)、b正【答案】A【解析】根據(jù)左手定則，可知a正、b負(fù)，所以C、D錯(cuò)；因?yàn)殡x子在場(chǎng)中所受合力為零，Bqvq，所以v1.3 m/s，A對(duì)，B錯(cuò)3.目前有一種磁強(qiáng)計(jì)，用于測(cè)定地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁強(qiáng)計(jì)的原理如圖3所示，電路有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面是寬為a、高為b的長(zhǎng)方形，放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導(dǎo)電過程中，自由電子所作的定向移動(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng)兩電極M、N均與金屬導(dǎo)體的前后兩側(cè)接觸，用電壓表測(cè)出金屬導(dǎo)體前后兩個(gè)側(cè)面間的電勢(shì)差為U.則磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和電極M、N的正負(fù)為()圖3A.，M正、N負(fù)B，M正、N負(fù)C.，M負(fù)、N正D，M負(fù)、N正【答案】C【解析】由左手定則知，金屬中的電子在洛倫茲力的作用下將向前側(cè)面聚集、故M負(fù)、N正由F電f，即eBev，InevSnevab，得B.4有一個(gè)帶電荷量為q、重為G的小球，從兩豎直的帶電平行板上方h處自由落下，兩極板間另有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向如圖4所示，則帶電小球通過有電場(chǎng)和磁場(chǎng)的空間時(shí)，下列說法正確的是()圖4A一定做曲線運(yùn)動(dòng)B不可能做曲線運(yùn)動(dòng)C有可能做勻加速運(yùn)動(dòng)D有可能做勻速運(yùn)動(dòng)【答案】A5如圖5所示，粗糙的足夠長(zhǎng)的豎直木桿上套有一個(gè)帶電的小球，整個(gè)裝置處在由水平勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的足夠大的復(fù)合場(chǎng)中，小球由靜止開始下滑，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中小球的vt圖象為下圖中的()圖5【答案】C【解析】小球下滑過程中，qE與qvB反向，開始下落時(shí)qE>qvB，所以a，隨下落速度v的增大a逐漸增大；當(dāng)qE<qvB之后，其a，隨下落速度v的增大a逐漸減??；最后a0，小球勻速下落，故圖C正確，A、B、D錯(cuò)誤二、雙項(xiàng)選擇題6.(xx·南昌調(diào)研)某空間存在水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)(圖中未畫出)，帶電小球沿如圖6所示的直線斜向下由A點(diǎn)沿直線向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此空間同時(shí)存在由A指向B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則下列說法正確的是()圖6A小球一定帶正電B小球可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)C帶電小球一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D運(yùn)動(dòng)過程中，小球的機(jī)械能增大【答案】CD【解析】由于重力方向豎直向下，空間存在磁場(chǎng)，且直線運(yùn)動(dòng)方向斜向下，與磁場(chǎng)方向相同，故不受磁場(chǎng)力作用，電場(chǎng)力必水平向右，但電場(chǎng)具體方向未知，故不能判斷帶電小球的電性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；重力和電場(chǎng)力的合力不為零，故不是勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因?yàn)橹亓εc電場(chǎng)力的合力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，故小球一定做勻加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C正確；運(yùn)動(dòng)過程中由于電場(chǎng)力做正功，故機(jī)械能增大，選項(xiàng)D正確7(xx·汕頭測(cè)評(píng))如圖7所示，水平放置的兩塊平行金屬板，充電后與電源斷開板間存在著方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和垂直于紙面向里、磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(不計(jì)重力及空氣阻力)，以水平速度v0從兩極板的左端中間射入場(chǎng)區(qū)，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)則()圖7A粒子一定帶正電B若僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡偏向下極板C若將磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子仍將做勻速直線運(yùn)動(dòng)D若撤去電場(chǎng)，粒子在板間運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間可能是【答案】CD【解析】不計(jì)重力，粒子僅受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力做勻速直線運(yùn)動(dòng)，合力為零電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力等大反向該粒子可以是正電荷，也可以是負(fù)電荷，A錯(cuò)僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍，由于帶電荷量不變，板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變，帶電粒子仍做勻速直線運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)若將磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子所受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力均變?yōu)樵瓉淼?倍，仍將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，C對(duì)若撤去電場(chǎng)，粒子將偏向某一極板，甚至從左側(cè)射出，粒子在板間運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間可能是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期的一半，D對(duì)8(xx·肇慶一模)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖8所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙下列說法正確的是() 圖8A離子從D形盒之間空隙的電場(chǎng)中獲得能量B回旋加速器只能用來加速正離子C離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期是加速交變電壓周期的一半D離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與加速交變電壓周期相等【答案】AD三、非選擇題9如圖9所示，在xOy平面內(nèi)，第象限內(nèi)的直線OM是電場(chǎng)與磁場(chǎng)的分界線，OM與x軸的負(fù)方向成45°角，在x0且OM的左側(cè)空間存在著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T；在y0且OM的右側(cè)空間存在著沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)E，場(chǎng)強(qiáng)大小為0.32 N/C.一不計(jì)重力的帶負(fù)電微粒，從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸負(fù)方向以v02×103 m/s的初速度進(jìn)入磁場(chǎng)，最終離開電、磁場(chǎng)區(qū)域已知微粒的電荷量q5×1018 C，質(zhì)量m1×1024 kg.求：圖9(1)帶電微粒在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑；(2)帶電微粒第一次進(jìn)入電場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(3)帶電微粒第二次進(jìn)入電場(chǎng)后在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的水平位移【答案】(1)4×103 m(2)3.14×106 s(3)0.2 m【解析】(1)帶電微粒從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示第一次經(jīng)過磁場(chǎng)邊界上的A點(diǎn)由qv0Bm得r4×103 m.(2)帶電微粒在磁場(chǎng)中經(jīng)圓周第一次進(jìn)入電場(chǎng)，經(jīng)歷的時(shí)間tOAT而圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T代入數(shù)據(jù)解得tOA3.14×106 s.(3)微粒從C點(diǎn)垂直y軸進(jìn)入電場(chǎng)，做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的水平位移為x，豎直位移為y，則x方向上，xv0t1y方向上，yat而y2r又有qEma代入數(shù)據(jù)解得x0.2 m.10(xx·江西四校聯(lián)考)如圖10所示，平行金屬板傾斜放置，AB長(zhǎng)度為L(zhǎng)，金屬板與水平方向的夾角為，一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電小球以水平速度v0進(jìn)入電場(chǎng)，且做直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)，離開電場(chǎng)后，進(jìn)入如圖所示的電磁場(chǎng)(圖中電場(chǎng)未畫出)區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并豎直向下穿出電磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.求：圖10(1)帶電小球進(jìn)入電磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度v；(2)帶電小球進(jìn)入電磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(3)重力在電磁場(chǎng)區(qū)域?qū)π∏蛩龅墓Α敬鸢浮?1)(2)(3)【解析】(1)對(duì)帶電小球進(jìn)行受力分析，帶電小球受重力mg和電場(chǎng)力F作用F合Fsin mgFcos 解得F合mgtan 根據(jù)動(dòng)能定理F合Lmv2mv解得v.(2)帶電小球進(jìn)入電磁場(chǎng)區(qū)域后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，說明電場(chǎng)力和重力平衡，帶電小球只在洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)通過幾何知識(shí)可以得出，帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)了圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t×.(3)帶電小球在豎直方向運(yùn)動(dòng)的高度差h等于半徑R，即hR重力做的功為Wmghmg·.11如圖11所示，在光滑絕緣的水平桌面上建立一xOy坐標(biāo)系，平面處在周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化規(guī)律如圖12所示(規(guī)定沿y方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度的正方向，豎直向下為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向)在t0時(shí)刻，一質(zhì)量為10 g、電荷量為0.1 C且不計(jì)重力的帶電金屬小球自坐標(biāo)原點(diǎn)O處，以v02 m/s的速度沿x軸正方向射出已知E00.2 N/C，B00.2 T求：(1)t1 s末時(shí)，小球速度的大小和方向；(2)12 s內(nèi)，金屬小球在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期；(3)(2n1)2n s(n1,2,3，)內(nèi)金屬小球運(yùn)動(dòng)至離x軸最遠(yuǎn)點(diǎn)的位置坐標(biāo)圖11圖12【答案】(1)2 m/s，與x軸正方向夾角為45°(2) m1 s(3)見解析【解析】(1)在01 s內(nèi)，金屬小球在電場(chǎng)力作用下做類平拋運(yùn)動(dòng)，在x軸方向上做勻速運(yùn)動(dòng)vxv0在y方向上做勻加速運(yùn)動(dòng)vyt11 s末粒子的速度v12 m/s設(shè)v1與x軸正方向的夾角為，則tan ，45°.(2)在12 s內(nèi)，粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律qv1B0得r1 m粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T 1 s.(3)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖甲所示甲(2n1) s末粒子的坐標(biāo)為xv0n2n(m)yan2··n2n2 (m)此時(shí)粒子的速度為vn 2 m/stan n帶電粒子在(2n1)s2n s(n1,2，3，)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖乙所示乙半徑rn m(2n1) s2n s(n1,2,3，)內(nèi)粒子運(yùn)動(dòng)至離x軸最遠(yuǎn)點(diǎn)坐標(biāo)為Xxrnsin (2n) mYyrn(1cos )(n2) m