課時(shí)跟蹤檢測(cè)(三十) 帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

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1、第 8 頁(yè) 共 8 頁(yè) 課時(shí)跟蹤檢測(cè)（三十） 帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1．(多選)帶電小球以一定的初速度v0豎直向上拋出，能夠達(dá)到的最大高度為h1；若加上水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且保持初速度仍為v0，小球上升的最大高度為h2；若加上水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，且保持初速度仍為v0，小球上升的最大高度為h3，若加上豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，且保持初速度仍為v0，小球上升的最大高度為h4，如圖1所示。不計(jì)空氣，則(　　) 圖1 A．一定有h1＝h3　　　　　 B．一定有h1＜h4 C．h2與h4無(wú)法比較 D．h1與h2無(wú)法比較 解析：選AC　第1個(gè)圖：由豎直上拋運(yùn)動(dòng)的最大高度公式得：h1＝。

2、第3個(gè)圖：當(dāng)加上電場(chǎng)時(shí)，由運(yùn)動(dòng)的分解可知：在豎直方向上有，v02＝2gh3，所以h1＝h3，故A正確；而第2個(gè)圖：洛倫茲力改變速度的方向，當(dāng)小球在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，小球應(yīng)有水平速度，設(shè)此時(shí)的球的動(dòng)能為Ek，則由能量守恒得：mgh2＋Ek＝mv02，又由于mv02＝mgh1，所以h1＞h2，所以D錯(cuò)誤。第4個(gè)圖：因小球電性不知，則電場(chǎng)力方向不清，則高度可能大于h1，也可能小于h1，故C正確，B錯(cuò)誤。 2．(多選)(2015·浙江三校模擬)如圖2所示，空間中存在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B(勻強(qiáng)電場(chǎng)水平向右)，在豎直平面內(nèi)從a點(diǎn)沿ab、ac方向拋出兩帶電小球(不考慮兩帶電球的相互作用，兩球電

3、荷量始終不變)，關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖2 A．沿ab、ac方向拋出的帶電小球都可能做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) B．只有沿ab拋出的帶電小球才可能做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) C．若有小球能做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則它一定是勻速運(yùn)動(dòng) D．兩小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能均守恒 解析：選AC　沿ab方向拋出的帶正電小球，或沿ac方向拋出的帶負(fù)電的小球，在重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力作用下，都可能做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，A正確，B錯(cuò)誤。在重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力三力都存在時(shí)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)一定是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，C正確。兩小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中除重力做功外還有電場(chǎng)力做功，故機(jī)械能不守恒，D錯(cuò)誤。 3．(2016·吉林模擬)如圖3所示，一帶電塑料

4、小球質(zhì)量為m，用絲線(xiàn)懸掛于O點(diǎn)，并在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，最大擺角為60°，水平磁場(chǎng)垂直于小球擺動(dòng)的平面。當(dāng)小球自左方擺到最低點(diǎn)時(shí)，懸線(xiàn)上的張力恰為零，則小球自右方最大擺角處擺到最低點(diǎn)時(shí)懸線(xiàn)上的張力為(　　) 圖3 A．0　　　　　　　　　 B．2mg C．4mg D．6mg 解析：選C　設(shè)小球自左方擺到最低點(diǎn)時(shí)速度為v，則mv2＝mgL(1－cos 60°)，此時(shí)qvB－mg＝m，當(dāng)小球自右方擺到最低點(diǎn)時(shí)，v大小不變，洛倫茲力方向發(fā)生變化，F(xiàn)T－mg－qvB＝m，得FT＝4mg，故C正確。 4．(多選) (2016·江西八校聯(lián)考)如圖4所示，在水平勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

5、，有一豎直足夠長(zhǎng)固定絕緣桿MN，小球P套在桿上，已知P的質(zhì)量為m、電荷量為＋q，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，P與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g。小球由靜止開(kāi)始下滑直到穩(wěn)定的過(guò)程中(　　) 圖4 A．小球的加速度一直減小 B．小球的機(jī)械能和電勢(shì)能的總和保持不變 C．下滑加速度為最大加速度一半時(shí)的速度可能是v＝ D．下滑加速度為最大加速度一半時(shí)的速度可能是v＝ 解析：選CD　對(duì)小球受力分析如圖所示，則mg－μ(qE－qvB)＝ma，隨著v的增加，小球加速度先增大，當(dāng)qE＝qvB時(shí)達(dá)到最大值，amax＝g，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，mg－μ(qvB－qE)＝ma，隨著v的增大，a逐漸減小，所

6、以A錯(cuò)誤。因?yàn)橛心Σ亮ψ龉?，機(jī)械能與電勢(shì)能總和在減小，B錯(cuò)誤。若在前半段達(dá)到最大加速度的一半，則mg－μ(qE－qvB)＝m，得v＝；若在后半段達(dá)到最大加速度的一半，則mg－μ(qvB－qE)＝m，得v＝，故C、D正確。 5. (多選)(2015·西安三模)導(dǎo)體導(dǎo)電是導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的結(jié)果，這些可以定向移動(dòng)的電荷又叫載流子，例如金屬導(dǎo)體中的載流子就是電子?，F(xiàn)代廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是N型半導(dǎo)體，其載流子是電子，另一類(lèi)是P型半導(dǎo)體，其載流子稱(chēng)為“空穴”，相當(dāng)于帶正電的粒子。如果把某種導(dǎo)電材料制成長(zhǎng)方體放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向如圖5所示，且與長(zhǎng)方體的前后側(cè)面垂直，當(dāng)長(zhǎng)方體中通

7、有向右的電流I時(shí)，測(cè)得長(zhǎng)方體的上下表面的電勢(shì)分別為φ上和φ下，則(　　) 圖5 A．長(zhǎng)方體如果是N型半導(dǎo)體，必有φ上＞φ下 B．長(zhǎng)方體如果是P型半導(dǎo)體，必有φ上＞φ下 C．長(zhǎng)方體如果是P型半導(dǎo)體，必有φ上＜φ下 D．長(zhǎng)方體如果是金屬導(dǎo)體，必有φ上＜φ下 解析：選AC　如果是N型半導(dǎo)體，載流子是負(fù)電荷，根據(jù)左手定則，負(fù)電荷向下偏，則下表面帶負(fù)電，則φ上＞φ下，故A正確；如果是P型半導(dǎo)體，載流子是正電荷，根據(jù)左手定則，正電荷向下偏，則下表面帶正電，則φ上＜φ下，故B錯(cuò)誤，C正確；如果是金屬導(dǎo)體，則移動(dòng)的自由電子，根據(jù)左手定則，負(fù)電荷向下偏，則下表面帶負(fù)電，則φ上＞φ下，故D錯(cuò)誤。

8、 6. (多選)(2015·懷化二模)磁流體發(fā)電機(jī)可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種低碳環(huán)保發(fā)電機(jī)，有著廣泛的發(fā)展前景，其發(fā)電原理示意圖如圖6所示。將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒，整體上呈電中性)噴射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域有兩塊面積為S、相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構(gòu)成一電路，設(shè)氣流的速度為v，氣體的電導(dǎo)率(電阻率的倒數(shù))為g。則以下說(shuō)法正確的是(　　) 圖6 A．上板是電源的正極，下板是電源的負(fù)極 B．兩板間電勢(shì)差為U＝Bdv C．流經(jīng)R的電流為I＝ D．流經(jīng)R的電流為I＝ 解析：選AD　等離子體射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，由左手定

9、則，正粒子向上偏轉(zhuǎn)，負(fù)粒子向下偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生豎直向下的電場(chǎng)，正離子受向下的電場(chǎng)力和向上的洛倫茲力，當(dāng)電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，電場(chǎng)最強(qiáng)，即Eq＝Bqv，E＝Bv，兩板間的電動(dòng)勢(shì)為Bvd；作為電源對(duì)外供電時(shí)，I＝而R氣＝，二式結(jié)合，I＝。故A、D正確。 7. (多選)(2015·上饒二模)為了測(cè)量某化工廠(chǎng)的污水排放量，技術(shù)人員在該廠(chǎng)的排污管末端安裝了如圖7所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a＝1 m、b＝0.2 m、c＝0.2 m，左、右兩端開(kāi)口，在垂直于前、后面的方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1.25 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在上、下兩個(gè)面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M、N作為電極，污水充滿(mǎn)裝置以某一速度從

10、左向右勻速流經(jīng)該裝置時(shí)，測(cè)得兩個(gè)電極間的電壓U＝1 V。且污水流過(guò)該裝置時(shí)受到阻力作用，阻力f＝kLv，其中比例系數(shù)k＝15 N·s/m2，L為污水沿流速方向的長(zhǎng)度，v為污水的流速。下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖7 A．金屬板M電勢(shì)不一定高于金屬板N的電勢(shì)，因?yàn)槲鬯胸?fù)離子較多 B．污水中離子濃度的高低對(duì)電壓表的示數(shù)也有一定影響 C．污水的流量(單位時(shí)間內(nèi)流出的污水體積)Q＝0.16 m3/s D．為使污水勻速通過(guò)該裝置，左、右兩側(cè)管口應(yīng)施加的壓強(qiáng)差為Δp＝1500 Pa 解析：選CD　根據(jù)左手定則，知負(fù)離子所受的洛倫茲力方向向下，則向下偏轉(zhuǎn)，N板帶負(fù)電，M板帶正電，則N板的電

11、勢(shì)比M板電勢(shì)低，故A錯(cuò)誤；最終離子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下平衡，有：qvB＝q，解得：U＝vBc，與離子濃度無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；污水的流速：v＝，則流量Q＝vbc＝＝ m3/s＝0.16 m3/s，故C正確；污水的流速：v＝＝ m/s＝4 m/s；污水流過(guò)該裝置時(shí)受到阻力：f＝kLv＝kav＝15×1×4 N＝60 N；為使污水勻速通過(guò)該裝置，左、右兩側(cè)管口應(yīng)施加的壓力差是60 N，則壓強(qiáng)差為Δp＝＝ Pa＝1500 Pa，故D正確。 8．(2014·福建高考)如圖8，某一新型發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道，管道的長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為d、高為h，上下兩面是絕緣板，前后兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的

12、導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開(kāi)關(guān)S和定值電阻R相連。整個(gè)管道置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向沿z軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。管道內(nèi)始終充滿(mǎn)電阻率為ρ的導(dǎo)電液體(有大量的正、負(fù)離子)，且開(kāi)關(guān)閉合前后，液體在管道進(jìn)、出口兩端壓強(qiáng)差的作用下，均以恒定速率v0沿x軸正向流動(dòng)，液體所受的摩擦阻力不變。 圖8 (1)求開(kāi)關(guān)閉合前，M、N兩板間的電勢(shì)差大小U0； (2)求開(kāi)關(guān)閉合前后，管道兩端壓強(qiáng)差的變化Δp； (3)調(diào)整矩形管道的寬和高，但保持其他量和矩形管道的橫截面積S＝dh不變，求電阻R可獲得的最大功率Pm及相應(yīng)的寬高比的值。 解析：(1)設(shè)帶電離子所帶的電荷量為q，當(dāng)其所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，U0保

13、持恒定，有qv0B＝q① 得U0＝Bdv0。② (2)設(shè)開(kāi)關(guān)閉合前后，管道兩端壓強(qiáng)差分別為p1、p2，液體所受的摩擦阻力均為f，開(kāi)關(guān)閉合后管道內(nèi)液體受到安培力為F安，有p1hd＝f③ p2hd＝f＋F安④ F安＝BId⑤ 根據(jù)歐姆定律，有I＝⑥ 兩導(dǎo)體板間液體的電阻r＝ρ⑦ 由②③④⑤⑥⑦式得Δp＝。⑧ (3)電阻R獲得的功率為P＝I2R⑨ P＝2R⑩ 當(dāng)＝時(shí)? 電阻R獲得的最大功率Pm＝。? 答案：見(jiàn)解析 9．(2016·佛山高三質(zhì)檢)如圖9甲所示，在兩相距2R，水平放置的平行金屬板PQ間，一質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子以速度v0＝沿板間水平中軸線(xiàn)O1O2從O1點(diǎn)射

14、入，剛好打在下極板的中點(diǎn)B，現(xiàn)在兩極板間加上豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，粒子恰好能沿O1O2做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度為g，求： 圖9 (1)極板長(zhǎng)度L； (2)粒子帶何種電荷？PQ間U為多少？ (3)若在極板豎直中線(xiàn)AB右側(cè)區(qū)域再加上一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(如圖乙)，要使從O1射入的粒子能從PQ板間射出，求勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的大小范圍？ 解析：(1)極板不帶電，粒子做平拋運(yùn)動(dòng)， 則有：R＝gt2?。絭0t 解得：L＝4R。 (2)加上電場(chǎng)后，粒子在豎直方向，mg＝qE 兩力方向相反，故粒子帶負(fù)電由mg＝q 解得：U＝。 (3)加上磁場(chǎng)后，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)圓周半徑為r，則有：

15、 qv0B＝m 粒子剛好從下極板右側(cè)射出磁場(chǎng)時(shí)，由幾何關(guān)系得： r12＝(2R)2＋(r1－R)2 解得：r1＝2.5R，B1＝ 粒子剛好從下極板B點(diǎn)出磁場(chǎng)時(shí)，由幾何關(guān)系可得：r2＝0.5R B2＝ 綜上所述，要使粒子不與極板相碰，則有：B1＜；或者B2＞。 答案：(1)4R　(2)負(fù)電荷　 (3)B1＜，或者B2＞ 10.(2015·濟(jì)寧三模)如圖10所示，在xOy平面的第一、四象限內(nèi)存在著方向垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第四象限內(nèi)存在方向沿－y方向、電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)。從y軸上坐標(biāo)為a的一點(diǎn)向磁場(chǎng)區(qū)發(fā)射速度大小不等的帶正電同種粒子，速度方向范圍是與＋

16、y方向成30°～150°，且在xOy平面內(nèi)。結(jié)果所有粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后都垂直打到x軸上，然后進(jìn)入第四象限的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)。已知帶電粒子電量為q，質(zhì)量為m，重力不計(jì)。求： 圖10 (1)垂直y軸方向射入磁場(chǎng)的粒子運(yùn)動(dòng)的速度大小v1； (2)粒子在第一象限的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間以及對(duì)應(yīng)的射入方向； (3)從x軸上x(chóng)＝(－1)a點(diǎn)射入第四象限的粒子穿過(guò)電磁場(chǎng)后經(jīng)過(guò)y軸上y＝－b的點(diǎn)，求該粒子經(jīng)過(guò)y＝－b點(diǎn)的速度大小。 解析：(1)粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖所示。 粒子運(yùn)動(dòng)的圓心在O點(diǎn)，軌跡半徑r1＝a 由牛頓第二定律得：qv1B＝m 解得：v1＝ (2)當(dāng)粒子初速度與y軸正方向夾角為30°時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)， 此時(shí)軌道對(duì)應(yīng)的圓心角α＝150° 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期：T＝ 粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t＝T＝×＝ (3)如圖所示，設(shè)粒子射入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為θ， 由幾何知識(shí)得：R－Rcos θ＝(－1)a Rsin θ＝a 解得：θ＝45° R＝a 此粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度v0，v0＝＝ 設(shè)粒子到達(dá)y軸上速度為v， 根據(jù)動(dòng)能定理得：qEb＝mv2－mv02 解得：v＝ 答案：(1) (2)，粒子初速度與y軸正方向夾角為30° (3)