高三物理高考复习《带电粒子在磁场复合场中的运动》专题讲解文档格式.docx
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B.正、负离子均做顺时针方向的螺旋形运动
C.正离子沿圆形玻璃器皿的半径向边缘内壁移动
D.负离子做顺时针方向的螺旋形运动
[答案] A
[解析] 玻璃器皿中的Na2SO4导电溶液的电流方向是从中心到器皿边缘内壁,根据左手定则,磁场对由此形成的电流有逆时针方向的安培力,故正、负离子均做逆时针方向的螺旋形运动,选项A正确.
4.(2011·
课标全国)电磁轨道炮工作原理如图所示.待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触.电流I从一条轨道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比,通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出.现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是( )
A.只将轨道长度L变为原来的2倍
B.只将电流I增加至原来的2倍
C.只将弹体质量减至原来的一半
D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L变为原来的2倍,其它量不变
[答案] BD
[解析] 由题意可知,B=kI,设轨道宽为d,则F安=BId=kI2d,由动能定理得,F安·
L=
mv2,联立以上式子解得v=
,选项B、D正确.
5.(2011·
豫南九校模拟)如图所示,在沿水平方向向里的匀强磁场中,带电小球A与B在同一直线上,其中小球B带正电荷并被固定,小球A与一水平放置的光滑绝缘板C接触(不粘连)而处于静止状态.若将绝缘板C沿水平方向抽去后,以下说法正确的是( )
A.小球A仍可能处于静止状态
B.小球A将可能沿轨迹1运动
C.小球A将可能沿轨迹2运动
D.小球A将可能沿轨迹3运动
[答案] AB
[解析] 小球A处于静止状态,可判断小球A带正电,若此时小球A重力与库仑力平衡,将绝缘板C沿水平方向抽去后,小球A仍处于静止状态;
若库仑力大于小球A重力,则将绝缘板C沿水平方向抽去后,小球A向上运动,此后小球A在库仑力、重力、洛伦兹力的作用下将可能沿轨迹1运动.
6.(2011·
苏北四市调研)利用霍尔效应制作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域.如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD.下列说法中正确的是( )
A.电势差UCD仅与材料有关
B.若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势差UCD<
C.仅增大磁感应强度时,电势差UCD变大
D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平
[答案] BC
[解析] 若载流子是自由电子,由左手定则可知,自由电子往C板积聚,则φC<
φD,选项B正确;
设自由电荷定向运动的速率为v,则qvB=q
,电流微观表达式I=nqvS,其中S=Ld,三式联立得,UCD=
,选项A错误而C正确;
磁感应强度B应垂直穿过霍尔元件的工作面,地球赤道上方地磁场方向水平指向北,故工作面应保持竖直,选项D错误.
7.(2011·
海南)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,图中的正方形为其边界.一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射.这两种粒子带同种电荷,它们的电荷量、质量均不同,但其比荷相同,且都包含不同速率的粒子.不计重力.下列说法正确的是( )
A.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同
B.入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同
C.在磁场中运动时间相同的粒子,其运动轨迹一定相同
D.在磁场中运动时间越长的粒子,其轨迹所对的圆心角一定越大
[解析] 粒子进入磁场后做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即qvB=m
,则轨迹半径r=
,周期T=
=
.由于粒子的比荷相同,入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同,选项B正确.入射速度不同的粒子,在磁场中的运动轨迹不同,但运动时间可能相同.比如,速度较小的粒子会从磁场的左边界飞出,都运动半个周期,而它们的周期相同,故选项A错误;
进而可知选项C错误.由于所有粒子做圆周运动的周期相同,故在磁场中运动时间越长的,其轨迹所对的圆心角一定越大,选项D正确.
8.(2011·
佛山模拟)1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖.若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列相关说法中正确的是( )
A.该束带电粒子带负电
B.速度选择器的P1极板带正电
C.在B2磁场中运动半径越大的粒子,质量越大
D.在B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷q/m越小
[解析] 由带电粒子在磁场B2中的偏转方向可知,粒子带正电,选项A错误;
带电粒子在如图所示的速度选择器中受到两个力平衡,即qvB=qE,因为受到的洛伦兹力方向向上,故受到的电场力方向向下,则P1极板带正电,选项B正确;
带电粒子在右侧的偏转磁场中,半径R=
,则比荷q/m越小,半径越大,选项D正确,选项C错误.
9.(2011·
南昌模拟)如图所示为磁流体发电机的原理图:
将一束等离子体喷射入磁场,在磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压.如果射入的等离子体速度均为v,两金属板的板长为L,板间距离为d,板平面的面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于速度方向,负载电阻为R,等离子体充满两板间的空间.当发电机稳定发电时,电流表示数为I,那么板间等离子体的电阻率为( )
A.
(
-R) B.
-R)
C.
-R)D.
[解析] 根据磁流体发电机的原理可推知:
A、B板间产生的电动势为E=Bdv,A、B板间的等效电阻r=ρ
,根据闭合电路的欧姆定律得I=
,联立可得ρ=
-R),A正确.
10.(2011·
郑州模拟)如图所示,真空中存在竖直向上的匀强电场和水平方向的匀强磁场.一质量为m,带电荷量为q的小球以速度v在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动,假设t=0时小球在轨迹最低点且重力势能为零,电势能也为零,下列说法正确的是( )
A.小球带负电
B.小球运动的过程中,机械能守恒,且机械能为E=
mv2
C.重力势能随时间的变化关系为Ep=mgRcos
t
D.电势能随时间变化关系为Ep′=mgR(cos
t-1)
[解析] 小球做匀速圆周运动,说明电场力与重力平衡,所以小球带正电,A错;
小球在运动过程中,由于电场力做功,所以机械能不守恒,B错;
小球从最低点开始做匀速圆周运动,经历时间t,运动的弧长为vt,设小球所在位置与球心的连线和竖直方向的夹角为θ,由几何关系vt=Rθ,小球的高度变化h=R(1-cosθ),所以重力势能随时间的变化关系为Ep=mgR(1-cos
t),C错;
电势能随时间的变化关系为Ep=mgR(cos
t-1),D正确.
11.(2011·
豫南九校模拟)如图所示,MN是一段在竖直平面内半径为1m的光滑的1/4圆弧轨道,轨道上存在水平向右的匀强电场.轨道的右侧有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B1=0.1T.现有一带电荷量为1C、质量为100g的带正电小球从M点由静止开始自由下滑,恰能沿NP方向做直线运动,并进入右侧的复合场(NP沿复合场的中心线).已知AB板间的电压为UBA=2V,板间距离d=2m,板的长度L=3m,若小球恰能从板的边沿飞出,g取10m/s2.求:
(1)小球运动到N点时的速度v;
(2)水平向右的匀强电场的电场强度E;
(3)复合场中的匀强磁场的磁感应强度B2.
[答案]
(1)10m/s
(2)4N/C (3)0.2T
[解析]
(1)小球沿NP做直线运动,由平衡条件可得:
mg=qvB1
得v=10m/s
(2)小球从M点到N点的过程中,由动能定理得:
mgR+qER=
代入数据解得:
E=4N/C
(3)在板间复合场中小球受电场力qUBA/d=1N,与重力平衡.
故小球做匀速圆周运动
设运动半径为R′,由几何知识得:
R′2=L2+(R′-
)2
解得:
R′=5m
由qvB2=mv2/R′
B2=0.2T.
12.(2011·
广东六校模拟)如图所示,一个质量为m=2.0×
10-11kg、电荷量q=+1.0×
10-5C的带电微粒(重力忽略不计),从静止开始经U1=100V电压加速后,水平进入两平行金属板间的偏转电场中.金属板长L=20cm,两板间距d=10
cm,求:
(1)微粒进入偏转电场时的速度v0是多大?
(2)若微粒射出偏转电场时的偏转角θ=30°
,并接着进入一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,则两金属板间的电压U2是多大?
(3)若该匀强磁场的宽度D=10
cm,为使微粒不会由磁场右边射出,该匀强磁场的磁感应强度B至少为多大?
[答案]
(1)1.0×
104m/s
(2)100V (3)0.20T
[解析]
(1)微粒在加速电场中由动能定理得qU1=
mv02①
解得v0=1.0×
104m/s
(2)微粒在偏转电场中做类平抛运动,有a=
,vy=at=a
飞出电场时,速度偏转角的正切为tanθ=
②
解得U2=100V
(3)进入磁场时微粒的速度是:
v=
③
轨迹如图,由几何关系有D=r+rsinθ④
洛伦兹力提供向心力:
Bqv=
⑤
由③~⑤联立得B=
代入数据解得B=0.20T
所以,为使微粒不会由磁场右边射出,该匀强磁场的磁感应强度B至少为0.20T.
13.(2011·
南京模拟)如图所示的区域中,左边为垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,右边是一个电场强度大小未知的匀强电场,其方向平行于OC向上且垂直于磁场方向.在P点有一个放射源,在纸平面内向各个方向放射出质量为m、电荷量为-q、速度大小相等的带电粒子,有一初速度方向与边界线的夹角θ=60°
的粒子(如图所示),恰好从O点正上方的小孔C垂直于OC射入匀强电场,最后打在Q点.已知OC=L,OQ=2L,不计粒子的重力,求:
(1)该粒子的初速度v0的大小;
(2)电场强度E的大小;
(3)如果保持电场与磁场方向不变,而强度均减小到原来的一半,并将它们左右对调,放射源向某一方向发射的粒子,恰好从O点正上方的小孔C射入匀强磁场,则粒子进入磁场后做圆周运动的半径是多少?
[答案]
(1)
(2)
(3)
L
[解析]
(1)作出粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹圆,由几何关系得r+
r=L
解得r=
L
由向心力公式qv0B=m
r=
得v0=
(2)粒子在电场中做类平抛运动,有v0t=2L③
·
t2④
由③④得E=
(3)电场和磁场相互交换后,对粒子在电场中的运动,由动能定理得
-
EqL=
mv2-
mv02
解得v=
v0
代入r′=
,得r′=
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- 带电粒子在磁场复合场中的运动 物理 高考 复习 带电 粒子 磁场 复合 中的 运动 专题 讲解
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