【突破高考】福建省高考物理 能力专项突破课时提能演练 8.3带电粒子在复合场中的运动B（含解析）

【突破高考】福建省2013年高考物理能力专项突破课时提能演练8.3带电粒子在复合场中的运动B（含解析）(40分钟100分)一、选择题(本大题共8小题，每小题9分，共72分.每小题只有一个选项正确)1.(易错题)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>0C.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2.(创新题)场强为E的匀强电场与磁感应强度为B的匀强磁场正交，复合场的水平宽度为d，竖直方向足够长，如图所示.现有一束带电荷量为+q、质量为m的粒子以各不相同的初速度v0沿电场方向射入场区，则那些能飞出场区的粒子的动能增量ΔEk可能为()A.dq(E+B)B.C.qEdD.qv0Bd3.(预测题)如图，空间某一区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子以某一初速度由A点进入这个区域沿直线运动，从C点离开区域;如果这个区域只有电场，则粒子从B点离开场区;如果这个区域只有磁场，则粒子从D点离开场区;设粒子在上述三种情况下，从A到B点、A到C点和A到D点所用的时间分别是t1、t2和t3，比较t1、t2和t3的大小，则有(粒子重力忽略不计)()A.t1=t2=t3B.t2＜t1＜t3C.t1=t2＜t3D.t1=t3＞t24.(2012·-6-\n南平模拟)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.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.适当增大加速电场极板之间的距离D.适当减小加速电压U5.在某地上空同时存在着匀强的电场与磁场，一质量为m的带正电小球，在该区域内沿水平方向向右做直线运动，如图所示.关于场的分布情况不可能的是()A.该处电场方向和磁场方向重合B.电场竖直向上，磁场垂直纸面向里C.电场斜向里侧上方，磁场斜向外侧上方，均与v垂直D.电场水平向右，磁场垂直纸面向里6.(2012·漳州模拟)如图所示，质量为m，带电荷量为-q的微粒以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里.如果微粒做匀速直线运动，则下列说法正确的是()A.微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用B.微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用C.匀强电场的电场强度D.匀强磁场的磁感应强度-6-\n7.(易错题)如图所示，空间存在正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场方向竖直向上，匀强磁场的方向垂直纸面向里.有一内壁光滑、底部有带正电小球的试管.在水平拉力F作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口处飞出.已知小球质量为m，带电量为q，场强大小为关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中错误的是()A.洛伦兹力对小球不做功B.洛伦兹力对小球做正功C.小球的运动轨迹是一条抛物线D.维持试管匀速运动的拉力F应逐渐增大8.(易错题)质谱仪是测带电粒子的质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后,垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子质量，其工作原理如图所示，虚线为某粒子运动轨迹，由图可知()A.此粒子带负电B.下极板S2比上极板S1电势高C.若只增大加速电压U值，则半径r变大D.若只增大入射粒子的质量，则半径r变小二、非选择题(本大题共2小题，共28分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)9.(12分)两块金属板a、b平行放置，板间存在与匀强电场正交的匀强磁场，假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域.一束电子以一定的初速度v0从两极板中间，沿垂直于电场、磁场的方向射入场中，无偏转地通过场区，如图所示，已知板长l=10cm，两板间距d=3.0cm,两板间电势差U=150V,v0=2.0×107m/s.(1)求磁感应强度B的大小;(2)若撤去磁场，求电子穿过电场时偏离入射方向的距离，以及电子通过场区后动能的增加量(电子所带电量的大小与其质量之比C/kg,电子带电量的大小e=1.60×10-19C).10.(2012·汕头模拟)(16分)如图所示，在一底边长为2L,θ=45°的等腰三角形区域内(O为底边中点)有垂直纸面向外的匀强磁场，现在一质量为m，电量为q的带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电-6-\n场加速后，从O点垂直于AB进入磁场，不计重力与空气阻力的影响.(1)求粒子经电场加速射入磁场时的速度.(2)磁感应强度B为多少时，粒子能以最大的圆周半径偏转后打到OA板？(3)增加磁感应强度的大小，可以再延长粒子在磁场中的运动时间，求粒子在磁场中运动的极限时间.(不计粒子与AB板碰撞的作用时间，设粒子与AB板碰撞前后，电量保持不变并以相同的速率反弹)答案解析1.【解析】选C.根据=qBv,得U=Bdv,所以电势差UCD取决于B、d、v，故A错误，C正确.电子带负电，根据左手定则，可确定φC<φD，故B错误.赤道上方地磁场磁感线方向是水平的，而霍尔元件的工作面需要和磁场方向垂直，故工作面应竖直放置，D错误.2.【解析】选C.带电粒子可从左侧或右侧飞出场区，由于洛伦兹力不做功，电场力做功与路径无关，所以从左侧飞出时ΔEk=0，从右侧飞出时ΔEk=qEd，选项C正确，其余错误.3.【解析】选C.在复合场中沿直线运动时，带电粒子速度大小和方向都不变，只有电场时，粒子沿初速度方向的分速度不变，故t1=t2.只有磁场时，粒子做匀速圆周运动，速度大小不变，方向时刻改变.沿初速度方向的分速度不断减小.故t1=t2＜t3,C正确.【变式备选】(2012·黄冈模拟)质量为m的带电小球在正交的匀强电场、匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道平面在竖直平面内，电场方向竖直向下，磁场方向垂直圆周所在平面向里，如图所示，由此可知()A.小球带正电，沿顺时针方向运动B.小球带负电，沿顺时针方向运动C.小球带正电，沿逆时针方向运动D.小球带负电，沿逆时针方向运动-6-\n【解析】选B.带电小球在复合场中做匀速圆周运动的条件是电场力和重力平衡，故电场力应竖直向上，则小球带负电，洛伦兹力提供向心力，再根据左手定则可以确定小球沿顺时针方向运动，故B正确.4.【解析】选A.欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，则qE=qvB,而电子流向上极板偏转，则qE＞qvB，故应减小E或增大B、v.故A正确，B、C、D错误.5.【解析】选D.带电小球在复合场中运动一定受重力和电场力，是否受洛伦兹力需具体分析.A选项中若电场、磁场方向与速度方向垂直，则洛伦兹力与电场力垂直，如果与重力的合力为零就会做直线运动.B选项中电场力、洛伦兹力都向上，若与重力合力为零,小球也会做直线运动.C选项电场力斜向里侧上方，洛伦兹力向外侧下方，若与重力合力为零，就会做直线运动.D选项三个力合力不可能为零，因此本题选D.6.【解析】选A.因为微粒做匀速直线运动，所以微粒所受合力为零，受力分析如图所示，微粒在重力、电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，可知qE=mg,qvB=mg,得电场强度E=磁感应强度因此A正确.7.【解题指南】(1)求洛伦兹力时是求小球运动的合速度.(2)判定运动轨迹可用速度的合成与分解.(3)与F平衡的力是洛伦兹力的分力.【解析】选B.洛伦兹力方向始终与小球运动速度方向垂直，不做功，故A正确，B错误；小球在竖直方向受向上的电场力与向下的重力，二者大小相等，试管向右匀速运动，小球的水平速度保持不变，则竖直向上的洛伦兹力分量大小不变，小球竖直向上做加速运动，即小球做类平抛运动，故C正确；小球竖直分速度增大，受水平向左的洛伦兹力分量增大，为维持试管匀速运动拉力F应逐渐增大，D正确.8.【解析】选C.粒子从S3小孔进入磁场中，速度方向向下，粒子向左偏转，由左手定则可知粒子带正电.带正电的粒子在S1和S2两板间加速，则要求场强的方向向下，那么S1板的电势高于S2板的电势.粒子在电场中加速，由动能定理有=qU，在磁场中偏转，则有联立两式解得由此式可以看出只增大U或只增大m时，粒子的轨道半径都变大.9.【解析】(1)电子进入正交的电、磁场不发生偏转，则满足(4分)(2)设电子通过场区偏转的距离为y1=1.1×10-2m(4分)-6-\n(4分)答案：(1)2.5×10-4T(2)1.1×10-2m55eV10.【解析】(1)依题意，粒子经电场加速射入磁场时的速度为v,由qU=mv2①(2分)得②(1分)(2)要使圆周半径最大，则粒子的圆周轨迹应与AC边相切，设圆周半径为R,由图中几何关系有R+=L③(2分)由洛伦兹力提供向心力,则qvB=④(2分)联立②③④解得⑤(2分)(3)设粒子运动圆周半径为r,当r越小，最后一次打到AB板的点越靠近A端点，在磁场中圆周运动累积路程越大，时间越长.当r为无穷小，经过n个半圆运动，最后一次打到A点.有：⑥(2分)圆周运动周期：⑦(1分)最长的极限时间⑧(2分)由⑥⑦⑧式得：tm=(2分)答案：(1)(2)(3)-6-