備戰(zhàn)2025年高考二輪復習物理（廣東版）專題分層突破練9 帶電粒子在復合場中的運動（Word版附解析）-試卷下載-教習網(wǎng)

基礎鞏固
1.(2024安徽六安模擬)如圖所示,電場強度為E的勻強電場豎直向下,磁感應強度為B的勻強磁場垂直電場向外,電荷量為q的小球(視為質(zhì)點)獲得某一垂直磁場水平向右的初速度,正好做勻速圓周運動,重力加速度為g,下列說法正確的是( )
A.小球帶正電
B.將初速度方向變成垂直磁場水平向左,則小球做直線運動
C.小球做勻速圓周運動的周期為2πEBg
D.若把電場的方向改成豎直向上,則小球恰好做類平拋運動
答案 C
解析小球要做勻速圓周運動,電場力與重力等大反向,電場力向上,小球必須帶負電,故A錯誤;將初速度方向變成垂直磁場水平向左,電場力與重力方向相同,小球在重力、電場力和洛倫茲力作用下做曲線運動,故B錯誤;小球做勻速圓周運動,則mg=qE,周期為T=2πmqB=2πEBg,故C正確;若把電場的方向改成豎直向上,小球所受重力與電場力均向下,但還有洛倫茲力作用,則小球不會做類平拋運動,故D錯誤。
2.(2023新課標卷)一電子和一α粒子從鉛盒上的小孔O豎直向上射出后,打到鉛盒上方水平放置的屏幕P上的a和b兩點,a點在小孔O的正上方,b點在a點的右側(cè),如圖所示。已知α粒子的速度約為電子速度的110,鉛盒與屏幕之間存在勻強電場和勻強磁場,則電場和磁場方向可能為( )
A.電場方向水平向左、磁場方向垂直紙面向里
B.電場方向水平向左、磁場方向垂直紙面向外
C.電場方向水平向右、磁場方向垂直紙面向里
D.電場方向水平向右、磁場方向垂直紙面向外
答案 C
解析當電場方向水平向左、磁場方向垂直紙面向里時,若粒子帶正電,則靜電力和洛倫茲力都向左,若粒子帶負電,則靜電力和洛倫茲力都向右,不可能有粒子射到a點,選項A錯誤;當電場方向水平向左、磁場方向垂直紙面向外時,可能有受力平衡的粒子,若a處為電子,則α粒子受到的靜電力大,將射到a的左側(cè),若a處為α粒子,則電子受到的洛倫茲力大,將射到a的左側(cè),選項B錯誤;當電場方向水平向右、磁場方向垂直紙面向里時,可能有受力平衡的粒子,若a處為電子,則α粒子受到的靜電力大,將射到a的右側(cè),若a處為α粒子,則電子受到的洛倫茲力大,將射到a的右側(cè),選項C正確;當電場方向水平向右、磁場方向垂直紙面向外時,若粒子帶正電,則靜電力和洛倫茲力都向右,若粒子帶負電,則靜電力和洛倫茲力都向左,不可能有粒子射到a點,選項D錯誤。
3.(多選)(2024湖北卷)磁流體發(fā)電機的原理如圖所示,MN和PQ是兩平行金屬極板,勻強磁場垂直于紙面向里。等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量正、負帶電粒子)從左側(cè)以某一速度平行于極板噴入磁場,極板間便產(chǎn)生電壓。下列說法正確的是( )
A.極板MN是發(fā)電機的正極
B.僅增大兩極板間的距離,極板間的電壓減小
C.僅增大等離子體的噴入速率,極板間的電壓增大
D.僅增大噴入等離子體的正、負帶電粒子數(shù)密度,極板間的電壓增大
答案 AC
解析本題考查磁流體發(fā)電機。根據(jù)左手定則,帶正電的粒子因受到洛倫茲力而向上偏轉(zhuǎn),同理帶負電的粒子向下偏轉(zhuǎn),此時極板MN帶正電為發(fā)電機正極,A正確;當粒子受到的洛倫茲力和電場力平衡時,設此時極板間距為d,有qvB=qUd,可得U=Bdv,因此僅增大兩極板間的距離,極板間的電壓U增大,僅增大等離子體的噴入速率,極板間的電壓U增大,極板間的電壓U的大小與噴入等離子體的正、負帶電粒子數(shù)密度無關,B、D錯誤,C正確。
4.(2024廣東汕頭期末)有些電動摩托車的油門示意圖可簡化為如圖所示,固定部件裝有寬為a、長為c的矩形半導體霍爾元件,元件內(nèi)的導電粒子是自由電子,電流方向向右,可轉(zhuǎn)動部件嵌有磁體,當油門增大時,垂直于上表面向下的磁場的磁感應強度隨之增大,下列說法正確的是( )
A.前表面的電勢比后表面的低
B.油門增大時,前、后表面間的電壓隨之增大
C.油門增大時,洛倫茲力對電子做的功增大
D.通過增大c可以增大前、后表面間的電壓
答案 B
解析由左手定則可知,電子受洛倫茲力方向指向后表面,后表面帶負電,則前表面的電勢比后表面的高,選項A錯誤;根據(jù)Uae=Bve可得U=Bav,則油門增大時,磁場磁感應強度增大,前、后表面間的電壓隨之增大,選項B正確;洛倫茲力對電子不做功,選項C錯誤;根據(jù)U=Bav可知,前、后表面間的電壓與c的大小無關,選項D錯誤。
5.(2024廣東廣州二模)如圖所示,水平放置的兩個正對的帶電金屬板MN、PQ間存在著相互垂直的勻強電場和勻強磁場,磁場方向垂直紙面向外。在a點由靜止釋放一帶電的微粒,釋放后微粒沿曲線acb運動,a、b兩點在同一水平高度,c點是曲線上離MN板最遠的點。不計微粒所受空氣阻力,下列說法正確的是( )
A.微粒在c點時電勢能最大
B.a點電勢低于c點電勢
C.微粒在運動到c點過程中電場力做的功等于動能的變化量
D.微粒到達b點后將沿原路徑返回a點
答案 A
解析由題意可知,剛開始運動時,洛倫茲力向右,根據(jù)左手定則,可得粒子帶負電,則電場力豎直向上,所以粒子從a點運動到c點的過程中,電場力做負功,電勢能增加,所以微粒在c點時電勢能最大,故A正確;兩金屬板間的電場豎直向下,根據(jù)沿著電場線電勢降低,可知c點的電勢低于a點的電勢,故B錯誤;微粒在運動到c點過程中,重力和電場力做的總功等于動能的變化量,故C錯誤;微粒到達b點后,再向下運動,又會受到向右的洛倫茲力,所以它會向右偏轉(zhuǎn),而不會沿原路徑返回到a點,故D錯誤。
6.(2024湖北卷)如圖所示,在以O點為圓心、半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應強度大小為B。圓形區(qū)域外有大小相等、方向相反、范圍足夠大的勻強磁場。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的帶電粒子沿直徑AC方向從A點射入圓形區(qū)域。不計粒子重力,下列說法正確的是( )
A.粒子的運動軌跡可能經(jīng)過O點
B.粒子射出圓形區(qū)域時的速度方向不一定沿該區(qū)域的半徑方向
C.粒子連續(xù)兩次由A點沿AC方向射入圓形區(qū)域的最小時間間隔為7πm3qB
D.若粒子從A點射入到從C點射出圓形區(qū)域用時最短,則粒子運動的速度大小為3qBR3m
答案 D
解析本題考查帶電粒子在圓形邊界磁場中的運動。在圓形勻強磁場中,沿著徑向射入的粒子,總是沿徑向射出,根據(jù)圓的特點可知粒子的運動軌跡不可能經(jīng)過O點,故A、B錯誤;粒子連續(xù)兩次由A點沿AC方向射入圓形區(qū)域,且經(jīng)過的時間間隔最小,根據(jù)對稱性畫粒子的運動軌跡如圖甲所示,則粒子運動的最小時間間隔為t=2T=4πmqB,故C錯誤;粒子從A點射入到從C點射出圓形區(qū)域用時最短,則粒子運動軌跡如圖乙所示,設粒子在磁場中運動的半徑為r,根據(jù)幾何關系得r=3R3,根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qvB=mv2r,可得v=3qBR3m,故D正確。
甲
乙
綜合提升
7.(2023湖南卷)如圖所示,真空中有區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,區(qū)域Ⅰ中存在勻強電場和勻強磁場,電場方向豎直向下(與紙面平行),磁場方向垂直于紙面向里,等腰直角三角形CGF區(qū)域(區(qū)域Ⅱ)內(nèi)存在勻強磁場,磁場方向垂直于紙面向外。圖中A、C、O三點在同一直線上,AO與GF垂直,且與電場和磁場方向均垂直。A點處的粒子源持續(xù)將比荷一定但速率不同的粒子射入?yún)^(qū)域Ⅰ中,只有沿直線AC運動的粒子才能進入?yún)^(qū)域Ⅱ。若區(qū)域Ⅰ中電場強度大小為E、磁感應強度大小為B1,區(qū)域Ⅱ中磁感應強度大小為B2,則粒子從CF的中點射出,它們在區(qū)域Ⅱ中運動的時間為t0。若改變電場或磁場強弱,能進入?yún)^(qū)域Ⅱ中的粒子在區(qū)域Ⅱ中運動的時間為t,不計粒子的重力及粒子之間的相互作用,下列說法正確的是( )
A.若僅將區(qū)域Ⅰ中磁感應強度大小變?yōu)?B1,則t>t0
B.若僅將區(qū)域Ⅰ中電場強度大小變?yōu)?E,則t>t0
C.若僅將區(qū)域Ⅱ中磁感應強度大小變?yōu)?4B2,則t=t02
D.若僅將區(qū)域Ⅱ中磁感應強度大小變?yōu)?4B2,則t=2t0
答案 D
解析在區(qū)域Ⅰ中,由qvB1=qE得,粒子速度v=EB1,粒子進入?yún)^(qū)域Ⅱ后,當粒子從CF中點射出時,在區(qū)域Ⅱ中運動半徑為r=24a(a為CF長度),又由qvB2=mv2r得r=mvB2q,t0=14T=πm2B2q,運動軌跡如圖甲所示。當區(qū)域Ⅰ中的磁感應強度大小變?yōu)?B1時,v1=E2B1=v2,這時粒子進入?yún)^(qū)域Ⅱ后,r1=mv1B2q=mv2B2q

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