2017届高考物理二轮复习测试：十、带电粒子在组合场、复合场中的运动 Word版含解析

十、带电粒子在组合场、复合场中的运动
姓名：________ 班级：________
1.
如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平面上的M 、N 两小孔中，O 为M 、N 连线的中点，连线上a 、b 两点关于O 点对称，两导线中通有大小相等、方向向上的电流，已
知长直导线在周围产生的磁场中某点的磁感应强度B ＝k I
r
，式中k 是常数、I 是导线中的电
流、r 为该点到导线的距离．一带正电小球以初速度v 0从a 点出发沿直线运动到b 点，关于上述过程，下列说法正确的是( )
A ．小球对桌面的压力先减小后增大
B ．小球对桌面的压力一直在增大
C ．小球先做加速运动后做减速运动
D ．小球先做减速运动后做加速运动
解析：根据右手螺旋定则可知，MN 线段上在O 点左侧的合磁场方向垂直于MN 向里，在O 点右侧的合磁场方向垂直于MN 向外，从a 到b 合磁场的磁感应强度大小先减小，过O 点后增大，根据左手定则可知，带正电的小球受到的洛伦兹力方向先向上，大小在减小，过O 点后洛伦兹力的方向向下，大小在增大，由此可知，从a 点出发沿直线运动到b 点的过程中，小球在速度方向不受力的作用，即小球做匀速直线运动，而小球对桌面的压力一直在增大，故A 、C 、D 错误，B 正确．
答案：B 2.
如图所示，在真空中，匀强电场方向竖直向下，电场强度为E ，匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B ，一带电液滴在竖直面内做半径为R 的匀速圆周运动，重力加速度为g ，则( )
A ．液滴带负电且逆时针运动，运动速率为BgR
E
B ．液滴带负电且顺时针运动，运动速率为BgR
E
C ．液滴带负电且顺时针运动，运动速率为ER
Bg
D ．液滴带正电且顺时针运动，运动速率为ER
Bg
解析：因液滴在重力、电场力和洛伦兹力作用下在竖直面内做匀速圆周运动，所以重力与电场力必平衡，而电场方向竖直向下，所以液滴带负电，D 错；因洛伦兹力提供向心力，
由左手定则可判定液滴必顺时针运动，A 错；由mg ＝qE 及Bq v ＝m v 2R 得v ＝BgR
E
，B 对，C
错．
答案：B 3．(多选)
如图所示，回旋加速器D 形盒半径为R ，狭缝宽为d ，所加匀强磁场的磁感应强度为B ，所加高频交变电源的电压为U ，质量为m 、电荷量为q 的质子从右半盒的圆心附近由静止出发，经加速、偏转等过程达最大能量E 后由导向板处射出，忽略质子在狭缝加速运动的时间，则( )
A ．最大能量E 与加速电场的加速电压成正比
B ．增大磁场的磁感应强度，能提高质子的最大能量
C ．增大高频交变电源的电压，质子在加速器中运行时间不变
D ．高频交变电源的频率为2mE
2πmR
解析：由洛伦兹力提供向心力得Bq v ＝m v 2r ，可知r ＝m v Bq ＝2mE k
Bq
，所以质子的最大能
量E ＝B 2q 2R 2
2m ，由磁场的磁感应强度B 、D 形盒半径及质子本身决定，与电场的加速电压无
关，A 错，B 对；质子在回旋加速器中回旋一周的时间一定，每回旋一周加速两次，增大加速电压，加速次数减少，质子在加速器中运行时间变短，C 错；回旋加速器中高频交变电源的变化周期等于粒子在磁场中的运行周期，即其电压频率为f ＝Bq 2πm ＝2mE
2πmR
，D 对．
答案：BD 4.
如图所示，两平行金属板MN 、PQ 水平放置，两金属板长为d ，板间距离为2d ，两金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一带电粒子(不计重力)从MN 的中点O 垂直于电场和磁场方向以初速度v 0射入，粒子恰好沿直线从NQ 的中点A 处穿出，若撤去磁场，粒子恰好从下极板边缘Q 点处穿出，则关于粒子的电性及撤去电场后粒子的运动情况，下列说法中正确的是( )
A ．粒子带负电，将从A 、N 中间某位置穿出
B ．粒子带正电，将从N 点处穿出
C ．粒子带负电，将打在MN 板上
D ．粒子带负电，将从M 点处穿出
解析：因撤去磁场，粒子恰好从下极板边缘Q 点穿出，而电场方向向上，所以粒子带负电，B 错；设粒子质量为m ，电荷量为q ，则电、磁场均存在时有Bq v 0＝qE ，撤去磁场后，
粒子做类平抛运动，满足d ＝12·qE m ·(d v 0)2
，即Bq v 0＝2m v 20d ，撤去电场，粒子在洛伦兹力作用
下做匀速圆周运动，由Bq v 0＝m v 20r 得r ＝d
2
，即粒子将从M 点处穿出，A 、C 错，D 对．
答案：D
5．1922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P 1极板带负电
C ．在B 2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
D ．在B 2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B 2中的偏转方向可知，粒子带正电，选项A 错误；带电粒子在如题图所示的速度选择器中受到两个力平衡，即q v B ＝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P 1极板带正电，选项B 错误：带电粒子在B 2的偏转磁场中，
半径R ＝m v qB 2，则比荷q
m 越小，半径越大，选项C 错误，选项D 正确．
答案：D
6．(多选)如图所示，在水平匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中，有一竖直足够长固定绝缘杆MN ，小球P 套在杆上，已知P 的质量为m 、电荷量为＋q ，电场强度为E ，磁感应强度为B ，P 与杆间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g .小球由静止开始下滑直到稳定的过程中( )
A ．小球的加速度一直减小
B ．小球的机械能和电势能的总和保持不变
C ．下滑加速度为最大加速度一半时的速度可能是v ＝2μgE －mg
2μqB
D ．下滑加速度为最大加速度一半时的速度可能是v ＝2μq
E ＋mg
2μqB
解析：对小球受力分析如图所示，则mg －μ(qE －q v B )＝ma ，随着v 的增加，小球加速度先增大，当qE ＝q v B 时达到最大值，a max ＝g ，继续运动，mg －μ(q v B －qE )＝ma ，随着v 的增大，a 逐渐减小，所以A 错误．因为有摩擦力做功，机械能与电势能总和在减小，B 错误．若在前半段达到最大加速度的一半，则mg －μ(qE －q v B )＝m g
2，得v ＝2μqE －mg 2μqB ；若在
后半段达到最大加速度的一半，则mg －μ(q v B －qE )＝m g
2，得v ＝2μgE ＋mg 2μqB
，故C 、D 正确．
答案：CD 7．(多选)如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I ，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B 与I 成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时
通过霍尔元件的电流为I H ，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压U H ，满足：U H ＝k I H B
d
，
式中k 为霍尔系数，d 为霍尔元件两侧面间的距离．电阻R 远大于R L ，霍尔元件的电阻可以忽略，则( )
A ．霍尔元件前表面的电势低于后表面
B ．若电源的正负极对调，电压表将反偏
C ．I H 与I 成正比
D ．电压表的示数与R L 消耗的电功率成正比
解析：导电物质为电子，由左手定则得电子受到洛伦兹力作用向后表面偏转，后表面电势低，选项A 错误；若将电源的正负极对调，磁场和电子的运动方向同时反向，洛伦兹力的方向不变，电压表不会反偏，选项B 错误；电路是稳定电路，线圈中的电流和通过霍尔
元件的电流的比值不变，选项C 正确；U H ＝k I H B
d ，而B 与I 成正比，故U H 正比于I H ·I ，而
R L 消耗的电功率正比于I 2L ，I H ·I 与I 2L 的比值不变，故U H 正比于R L 消耗的电功率，选项D 正确．
答案：CD。