2024届一轮复习新人教版 小专题十六 带电粒子在复合场中运动的实例分析 作业.docx

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1、小专题（十六）带电粒子在复合场中运动的实例分析训练学科素养.基础题组夯基1.（2023广东广州检测）（多选）如图为磁流体发电机的结构简图。将一束等离子体（即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的微粒,而从整体上来说呈电中性）喷入磁场，由于等离子体在洛伦兹力的作用下运动方向发生偏转,磁场中的两块金属板A和B上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压。请你判断，在图示磁极配置的情况下（AC）A. A板电势高于B板B. B板电势高于A板C.电流从“a-b”流过RD.电流从“b-a”流过R解析:根据左手定则可知正离子将在A板聚集,所以A板电势高于B板,电流从“a-b”流过R,选项A、C正确。2.（202

2、3广东肇庆期末）（多选）如图所示,速度选择器中存在垂直纸面向外的匀强磁场和竖直方向的匀强电场，电场强度大小为E。一电荷量为q的带负电的粒子（重力不计）以速度V垂直磁场和电场方向从左侧射入选择器并沿直线运动,下列说法正确的是（AC）o-vJA.电场强度方向竖直向上B.粒子射入的速度YC.若粒子从右侧以速度V垂直磁场和电场方向射入,粒子将向下偏转D.若粒子从左侧以速度2v垂直磁场和电场方向射入，粒子将向下偏转解析:带负电的粒子从左侧射入时在磁场中受到竖直向上的洛伦兹力,则粒子受到的静电力方向竖直向下，电场强度方向竖直向上,A正确；由于粒子在复合场中做匀速直线运动,则有qvB=qE,解得v4,B错误

3、；若粒子从右侧以速度V射入,粒子在磁场中受到的洛伦兹力方向竖直向下,粒子同时受向下的静电力,粒子将向下偏转,C正确;若粒子从左侧以速度2v射入,则有F洛二2qvB=2qEqE,粒子向上偏转,D错误。3.（2023广东中山期末）（多选）如图所示,磁控管内局部区域分布有水平向右的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。电子从M点由静止释放,沿图中所示轨迹依次经过N、P两点。已知M、P在同一等势面上,下列说法正确的有（BC）A.电子从N到P,静电力做正功B.N点的电势高于P点的电势C.电子从M到N,洛伦兹力不做功D.电子在M点所受的合力大于在P点所受的合力解析：由题可知电子所受静电力水平向左，电子从N到P

4、的过程中静电力做负功,故A错误;根据沿着电场线方向电势逐渐降低可知N点的电势高于P点,故B正确；由于洛伦兹力一直都和速度方向垂直,故电子从M到N洛伦兹力不做功,故C正确；由于M点和P点在同一等势面上,故从M到P静电力做功为0,而洛伦兹力不做功,M点速度为0,根据动能定理可知电子在P点速度也为0,则电子在M点和P点都只受静电力作用，且两点静电力相等,即合力相等,故D错误。备用（2023广东江门模拟）如图所示,匀强电场E方向竖直向下,水平匀强磁场B垂直于纸面向里,三个油滴a、b、C带有等量同种电荷；已知a静止,b、C在纸面内均做匀速圆周运动（轨迹未画出）。下列说法正确的是（D）A.a的质量最大,c

5、的质量最小,b、C都沿逆时针方向运动B.b的质量最大,a的质量最小,b、c都沿顺时针方向运动C.三个油滴质量相等,b沿顺时针方向运动,c沿逆时针方向运动D,三个油滴质量相等,b、C都沿顺时针方向运动解析:三个油滴带等量同种电荷，由a静止可知它们均带负电,静电力等于重力,b、C做匀速圆周运动,静电力也等于重力,故三者质量相等;由左手定则可知b、C都沿顺时针方向运动。D正确。4.（2023广东广州模拟）（多选）1879年美国物理学家霍尔观察到,在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差。这个现象被称为霍尔效应,所产生的电势差

6、称为霍尔电势差或霍尔电压。如图所示,某次实验使用的霍尔元件是P型半导体,其内部形成电流的“载流子”是空穴（空穴可视为能自由移动的带正电粒子），1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。毫安表检测输入霍尔元件的电流,毫伏表检测霍尔元件输出的霍尔电压。闭合开关&、S2,电流表A和电表B、C都有明显示数。下列说法正确的是（BC）.C为毫安表,检测输入霍尔元件的电流,B为毫伏表,检测霍尔元件输出的霍尔电压B.接线端2的电势高于接线端4的电势C.同时改变通过电磁铁和霍尔元件的电流方向,但大小不变,则毫伏表的示数将保持不变D.若减小R、增大R2,毫伏表示数一定增大解析:题图中电源E1通过线圈使电磁铁产生方向

7、向下的磁场,霍尔元件放在磁场中,通过电源Ez使霍尔元件中形成“1”一元件一“3”方向的电流,在“2”“4”间产生霍尔电压,则电表B为毫安表，电表C为毫伏表,故A错误;加在霍尔元件上的磁场方向向下,通过的电流由“1”流向“3”，空穴移动方向与电流的方向相同，由左手定则可知，空穴偏向“2”，所以接线端2的电势高于接线端4的电势,故B正确;当同时通过电磁铁和霍尔元件的电流方向相反，由左手定则可知空穴偏转方向不变,即2、4间电势高低关系不发生改变,故C正确;减小R1,电磁铁中的电流增大,产生的磁感应强度增大,增大R2,霍尔元件中的电流减小,稳定后有qvB=q,而I=nqadv,其中da分别为霍尔元件的

8、宽度和厚度，由此可得U=B增大、I减小,但不能确定BI的变化nqa情况,故D错误。备用（2023广东汕头模拟）（多选）如图甲是霍尔效应的模型图，导体的宽度、长度、厚度分别为a、b、c,磁感应强度为B的匀强磁场垂直导体的前后表面向里,与磁场垂直向右的电流I是正电荷的定向运动形成的。已知霍尔电压为U11=,UH与通过导体的电流I成正比,与沿着磁场方向导体的厚度H成反比,K是常数;如图乙是电磁流量计的模型图,长方形管道的宽度、长度、厚度分别为a、b、c,磁感应强度为B的匀强磁场垂直管道的上表面向下,带负离子的液体向右运动的速度V与磁场垂直。液体的流量指单位时间内流过管道横截面的液体体积,则下列说法正

9、确的是（AC）A.对甲图，导体下端面的电势低于上端面的电势B.对甲图,霍尔电压与c成正比C.对乙图，导体后端面与前端面的电势差为BavD.对乙图，液体的流量为abv解析：由左手定则可知,正电荷向右运动时受到的洛伦兹力方向向上,因此向上端面偏转,所以导体下端面的电势低于上端面的电势，故A正确;霍尔电压U产K等中H对应图示中的a,可知霍尔电压与c无关,与a成反比,故B错误;液体中负离子在导体内运动,有BqV=q1则aU=Bav,故导体后端面与前端面的电势差为U=Bva,故C正确;液体的流量为Q=Sv=acv,故D错误。5. （2023广东湛江期末）（多选）如图所示，两竖直平行虚线边界内，匀强电场方

10、向竖直（平行纸面）向下,匀强磁场方向垂直纸面向里。一带负电小球从P点以某一速度垂直边界进入,恰好沿水平方向做直线运动,若仅减小小球从P点进入的速度大小，则在小球进入的一小段时间内（BD）：VFXTXA.小球做匀变速曲线运动B.小球的电势能减小C.小球的机械能减小D.小球的电势能和动能之和减小解析：当小球恰好沿水平方向做直线运动时，根据左手定则可知小球所受洛伦兹力竖直向下,根据平衡条件有qE=mg+qvB,若仅减小小球从P点进入的速度大小,则在小球进入的初始阶段,其所受洛伦兹力减小,所以qEmg+qvB,小球将向上偏转,静电力对小球做正功，小球的电势能减小，又因为合外力对小球做正功,所以小球动能

11、增大,所受洛伦兹力增大,小球所受合外力是变力,小球做变加速曲线运动,故A错误,B正确；因为静电力做正功，所以小球的机械能增大，电势能减小,减小的电势能转化为增大的动能和增大的重力势能之和，因为小球的重力势能增大,所以小球的电势能和动能之和减小,故C错误,D正确。6. （2023北京房山区一模）磁流体发电机的原理如图所示,在相距为d且足够长的M、N两金属板间加有垂直纸面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场,两金属板通过开关S与电阻R相连。将气体加热到高度电离,形成等离子体,正、负离子的电荷量均为q,将等离子体以速度V喷入M、N两板间,这时两板上就会聚集电荷而产生电压。,M11XXXXXR二XXXB

12、XX1Tj_XXXXX1XXXX斗oN1I（1）指出图中发电机的正、负极；求发电机的电动势E;设喷入两板间的等离子体单位体积内有n对正、负离子,离子流的横截面积为S,求发电机的最大功率P0解析：（1）由左手定则可知,正离子受向上的洛伦兹力而偏向上极板M;同理,负离子偏向下极板。则上极板为发电机的正极,下极板为负极。设电动势为E,当发电机处于稳定状态时满足;q=qvB,d则E=Bvd,即发电机的电动势为Bvd。等离子体中的离子全部聚集到两极板上时,发电机的功率最大。等离子体的速度为V,则在时间t内喷入等离子体的长度为vt,体积为VtS,则电荷量为Q=nqvtS,电流I=nqvS,故最大功率P=E

13、rnqBdSV2。答案：（1）上极板为发电机的正极,下极板为负极（2）Bvd（3）nqBdSv2.创新题组提能7. （2019天津卷,4）笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为V。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的（D）.前表面的电势比后表面的低B.前、后表面间

14、的电压U与V无关C.前、后表面间的电压U与C成正比D.自由电子受到的洛伦兹力大小为史a解析：由左手定则判断,后表面带负电，电势低,故A错误；电子受力平衡后,U稳定不变，由e-=evB得U=Bav,与V成正比,与C无关,故B、Ca错误；自由电子所受洛伦兹力F=evB-,故D正确。aMu加速电场八Q静电分析器8. （2023福建福州模拟）如图,一质谱仪由加速电场、静电分析器、磁分析器构成。静电分析器通道的圆弧中心线半径为R,通道内有均匀辐向电场，中心线处的电场强度大小为E;半圆形磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。要让质量为m、电荷量为q的粒子（不计重力），由静止开始从M

15、板经加速电场加速后沿圆弧中心线通过静电分析器,再由P点垂直磁场边界进入磁分析器,最终打到胶片上,则（D）PB磁分析器胶片7A.若q0,则辐向电场的方向与图示方向相反,且磁分析器中磁场方向垂直于纸面向外B.电荷量相同的粒子都能打在胶片上的同一点C.加速电场的电压U需满足的关系为U=ERD.粒子打在胶片上的位置Q到P点的距离为J卢8q解析:若q0,要使粒子在静电分析器中做圆周运动,静电力充当向心力，则辐向电场的方向由圆心指向圆外,进入磁分析器后,洛伦兹力提供向心力，根据左手定则可知，磁分析器中磁场方向垂直于纸面向里,A错误;在加速电场中有qUmv；在静电分析器中有qE=,解得U=ER,C错误;粒子在磁分析器中做匀速圆周运动，有qvB=rm解得为d=2R=可知比荷相同的粒子才能打在胶片上的同一点,B错误,D正确。备用（2023河北沧州检测）（多选）如图所示,空间存在水平向右的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场,一质量为m的带电小球以初速度V0沿与电场方向成45。夹角射入场区，当其沿直线运动到某一位置时，电场方向突然变为竖直向上。己知带电小球的比荷为k,则下列有关说法正确的是（AB）A.小球一定带正电B.电场