2019-2020年高三物理一輪復習 第8章 第3講 帶電粒子在復合場中的運動練習.doc
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2019-2020年高三物理一輪復習 第8章 第3講 帶電粒子在復合場中的運動練習 選擇題(每題5分,共20分) 1.(xx江西紅色六校一聯(lián),11)如圖所示,質量為m的環(huán)帶+q電荷,套在足夠長的絕緣桿上,動摩擦因數為μ,桿處于正交的勻強電場和勻強磁場中,桿與水平電場方向夾角為θ,若環(huán)能從靜止開始下滑,則以下說法正確的是( ) A.環(huán)在下滑過程中,加速度不斷減小,最后為零 B.環(huán)在下滑過程中,加速度先增大后減小,最后為零 C.環(huán)在下滑過程中,速度不斷增大,最后勻速 D.環(huán)在下滑過程中,速度先增大后減小,最后為零 2.(xx江蘇連云港一模,8)如圖所示為一種質譜儀示意圖,由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道中心線的半徑為R,通道內均勻輻射電場在中心線處的電場強度大小為E,磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場,磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向外。一質量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器,由P點垂直邊界進入磁分析器,最終打到膠片上的Q點。不計粒子重力。下列說法正確的是( ) A.極板M比極板N電勢高 B.加速電場的電壓U=ER C.直徑PQ=2B D.若一群離子從靜止開始經過上述過程都落在膠片上同一點,則該群離子具有相同的比荷 3.(xx浙江武義三中月考,18)有一個帶電荷量為+q、重為G的小球,從兩豎直的帶電平行板上方h處自由落下,兩極板間另有勻強磁場,磁感應強度為B,方向如圖所示,則帶電小球通過有電場和磁場的空間時,下列說法錯誤的是( ) A.一定做曲線運動 B.不可能做曲線運動 C.有可能做勻加速運動 D.有可能做勻速運動 4.(xx浙江龍游中學月考,11)如圖所示,在地球附近上方的空間,存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場,電場方向豎直向下,磁場方向水平且垂直于紙面向里,一帶電油滴P恰好處于靜止狀態(tài),則下列說法中正確的是( ) A.若撤去電場,油滴P可能做勻變速曲線運動,且機械能不斷增加 B.若撤去磁場,油滴P可能做勻加速直線運動,且機械能不斷增加 C.若給油滴P一個初速度,P可能做勻速直線運動,且機械能保持不變 D.若給油滴P一個初速度,P可能做勻速圓周運動,在最高點P電勢能最小 B組 xx模擬提升題組 時間:45分鐘 分值:60分 一、選擇題(每題6分,共24分) 1.(xx浙江嘉興一中期中,11)如圖所示,MN是紙面內的一條直線,其所在空間只充滿與紙面平行的勻強電場或只充滿與紙面垂直的勻強磁場的單一場區(qū)(場區(qū)都足夠大),現有一重力不計的帶電粒子從MN上的O點以水平初速度v0沿紙面射入場區(qū),下列判斷正確的是( ) A.如果粒子回到MN上時速度大小不變,則該空間存在的一定是磁場 B.如果粒子回到MN上時速度增大,則該空間存在的一定是電場 C.若只增大水平初速度v0,發(fā)現粒子再回到MN上時速度方向與增大前相同,則該空間存在的一定是磁場 D.若只增大水平初速度v0,發(fā)現粒子再回到MN所用的時間發(fā)生變化,則該空間存在的一定是電場 2.(xx浙江溫州一模,18)日本福島核電站的核泄漏事故,使碘的同位素131被更多的人所了解。利用質譜儀可分析碘的各種同位素。如圖所示,電荷量均為+q的碘131和碘127質量分別為m1和m2,它們從容器A下方的小孔S1進入電壓為U的加速電場(入場速度忽略不計),經電場加速后從小孔S2射出,垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中,最后打到照相底片上。下列說法正確的是( ) A.磁場的方向垂直于紙面向里 B.碘 131進入磁場時的速率為 C.碘131與碘127在磁場中運動的時間差值為 D.打到照相底片上的碘131與碘127之間的距離為 3.(xx浙江寧波一模,20)如圖所示,在xOy坐標系中,以(r,0)為圓心、r為半徑的圓形區(qū)域內存在方向垂直于紙面向里的勻強磁場。在y>r的足夠大的區(qū)域內,存在沿y軸負方向的勻強電場。在xOy平面內,從O點以相同速率、沿不同方向向第一象限發(fā)射質子,且質子在磁場中運動的半徑也為r。不計質子所受重力及質子間的相互作用力。則質子( ) A.在電場中運動的路程均相等 B.最終離開磁場時的速度方向均沿x軸正方向 C.在磁場中運動的總時間均相等 D.從進入磁場到最后離開磁場過程的總路程均相等 4.(xx浙江稽陽聯(lián)考,20)如圖所示,加速電場電壓為U1,偏轉電場電壓為U2,B為右側足夠大的有左邊界勻強磁場,一束由HHHe組成的粒子流在O1處由靜止開始經U1加速,再經U2偏轉后進入右側勻強磁場,且均能從左邊界離開磁場。不計粒子間相互作用,則下列說法正確的是( ) A.三種粒子在電場中會分為兩束 B.三種粒子在磁場中會分為兩束 C.三種粒子進磁場位置和出磁場位置間的距離比為1∶∶ D.三種粒子進磁場位置和出磁場位置間的距離都與U2無關 二、非選擇題(5題16分,6題20分,共36分) 5.(xx浙江調研卷,23)一束硼離子以不同的初速度,沿水平方向經過速度選擇器,從O點進入方向垂直紙面向外的勻強偏轉磁場區(qū)域,分兩束垂直打在O點正下方的離子探測板上P1和P2點,測得OP1∶OP2=2∶3,如圖甲所示。速度選擇器中勻強電場的電場強度為E,勻強磁場的磁感應強度為B1,偏轉磁場的磁感應強度為B2。若撤去探測板,在O點右側的磁場區(qū)域中放置云霧室,離子運動軌跡如圖乙所示。設離子在云霧室中運動時受到的阻力Ff=kq,式中k為常數,q為離子的電荷量。不計離子重力。求 (1)硼離子從O點射出時的速度大小; (2)兩束硼離子的電荷量之比; (3)兩種硼離子在云霧室里運動的路程之比。 6.(xx浙江臺州一模,25)一半徑R=0.3 m的金屬圓筒有一圈細窄縫,形狀如圖所示。圓筒右側與一個垂直紙面向里的有界勻強磁場相切于O,圓筒接地,圓心O處接正極,正極與圓筒之間的電場類似于正點電荷的電場,正極與圓筒之間的電勢差U可調。正極附近放有一粒子源S(S與正極O間距離忽略不計),能沿紙面向四周釋放比荷q/m=2105 C/kg的粒子(粒子的初速度、重力均不計)。帶電粒子經電場加速后從縫中射出進入磁場,已知磁場寬度為d=0.2 m,磁感應強度為B=0.25 T。 (1)當U=1 000 V時,求垂直磁場右邊界射出的粒子從左邊界射入時與邊界的夾角的大小; (2)當U=250 V時,某一粒子穿過磁場(從右邊界射出)的時間最短,求此粒子飛出磁場時與右邊界的夾角大小; (3)某同學猜想:只要電勢差U在合適的范圍內變化,總有粒子從S發(fā)出經過磁場后又回到S處。你若同意該猜想,請求出U的合適范圍;你若不同意該猜想,請說明理由。 A組 xx模擬基礎題組 選擇題 1.BC 環(huán)受到豎直向下的重力、水平向左的電場力、垂直于桿斜向右上的洛倫茲力、沿桿向上的摩擦力和垂直于桿的彈力,環(huán)在下滑過程中,由牛頓第二定律知ma=mg sin θ-qE cos θ-μN=mg sin θ-qE cos θ-μ|mg cos θ+qE sin θ-qvB|,則加速度先增大后減小,最后為零,選項A錯誤,B正確。環(huán)在下滑過程中,速度不斷增大,最后勻速,選項C正確,D錯誤。 2.AD 由粒子在電場或磁場中的運動可知,粒子帶正電,故極板M比極板N電勢高,A正確。由qU=mv2和qE=m聯(lián)立解得U=ER,故B錯。在磁場中,PQ=2=,可見C錯D對。 3.BCD 小球的速度增大,洛倫茲力增大,小球一定做變加速曲線運動,不可能做勻速或勻加速運動,B、C、D錯。 4.CD 解題關鍵是對油滴進行受力分析判斷電性,油滴靜止,所以其僅在重力和電場力作用下保持平衡,重力向下,則電場力向上,油滴帶負電。若撤去電場,油滴在重力作用下加速運動,所受洛倫茲力增大,所以做變加速曲線運動,A錯;若撤去磁場,油滴仍然平衡,不改變狀態(tài),B錯;若給油滴一初速度,且沿磁場方向,則油滴不受洛倫茲力作用,僅在重力、電場力作用下做勻速直線運動,電場力做功為零,所以機械能不變,C正確;若給油滴的初速度垂直于磁場方向,油滴在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,在最高點電勢最大,電勢能最小,D正確。 B組 xx模擬提升題組 一、選擇題 1.BD 帶電粒子以與電場線平行的速度v射入,粒子返回到MN上時速度大小不變,故A錯;洛倫茲力對粒子不做功,不能使粒子速度增大,電場力可做功,使粒子動能增大,故使速度增大的一定是電場,B正確;若帶電粒子以與電場線平行的速度v0射入,只增大初速度v0,粒子再返回到MN上時速度方向與增大前相同,故C錯誤;由T=可知,粒子在磁場中運動的時間與速度無關,故使時間改變的一定是電場,D正確。 2.BD 由圖中顯示的進入磁場后的偏轉方向及左手定則可知,磁場方向垂直紙面向外;在加速電場中,由動能定理有qU=m1,解得v1=,同理v2=;在磁場中,由qvB=m可知r1=,r2=,則它們打在底片上的位置距離為2(r1-r2)=;由T=可知,碘131和碘127做圓周運動的周期分別為T1=和T2=,則兩粒子在磁場中的運動時間之差為(T1-T2)=。選項A、C錯誤,B、D正確。 3.AC 當質子沿與x軸正方向成夾角θ的方向射入第一象限時,設質子將從A點射出磁場,如圖所示,其中O1、O2分別為磁場區(qū)域圓和質子軌跡圓的圓心。由于軌跡圓的半徑等于磁場區(qū)域圓的半徑,所以OO1AO2為菱形,即AO2平行于x軸,說明質子以平行于y軸的速度離開磁場,也以沿y軸負方向的速度再次進入磁場。 ∠O2=90-θ 所以,質子第一次在磁場中運動的時間 t1=T 此后質子軌跡圓的半徑依然等于磁場區(qū)域圓的半徑,設質子將從C點再次射出磁場,如圖所示,O3為質子軌跡圓的圓心,AO3平行于x軸。由于O1AO3C為菱形,則CO1平行于AO3,即CO1與x軸重合,說明C就是磁場區(qū)域圓與x軸的交點。這個結論與θ無關 。 所以,OO2O3C為平行四邊形,∠O3=90+θ 質子第二次在磁場中運動的時間t2=T 質子在磁場中運動的總時間t=t1+t2== 進入電場的速度和方向相同,故在電場中運動的路程相等,故A正確。 最終離開磁場時的速度方向與O3C垂直,不一定沿x軸正方向,故B錯誤。 在磁場中運動的總時間均相等,為,故C正確。 從不同位置第一次離開磁場時,在非場區(qū)的運動路程顯然不同,在磁場中總的圓心角相同,故在電場和磁場中的路程相同,但總路程不同,故D錯誤。 4.BCD 不同的帶電粒子(帶同種電荷)在同一地點由靜止經相同電場加速,又進入同一偏轉電場,它們的運動軌跡是相同的,A錯誤;三種粒子從電場中同一點C以相同速度方向(與豎直方向夾角為θ)進入磁場做圓周運動,從O1到C點,由動能定理,(U1+)q=mv2,圓周運動半徑r==∝,三種粒子的半徑比為1∶∶,B對;粒子進磁場位置和出磁場位置間的距離y=2r sin θ∝r,所以它們的距離之比為1∶∶,C對;設粒子進入偏轉電場時速度為v0,則U1q=m,y=2r sin θ===,可見與U2無關,D對。 二、非選擇題 5.答案 (1) (2) (3) 解析 (1)只有豎直方向受力平衡的離子,才能沿直線運動離開速度選擇器 F電=qE① F洛=qvB1② F電=F洛③ 綜合上述三式得: v=④ (2)設到達P1點離子的電荷量為q1,到達P2點離子的電荷量為q2,進入磁場后有 qvB2=m⑤ r=⑥ 根據題意有 = 考慮到進入偏轉磁場的硼離子的質量相同、速度相同,得 ==⑦ (3)設電荷量為q1的離子運動路程為s1,電荷量為q2的離子運動路程為s2,在云霧室內受到的阻力始終與速度方向相反,做負功。洛倫茲力不做功,有 W=-Ffs=ΔEk⑧ Ff=kq⑨ 又由(1)知:ΔEk1=ΔEk2,故有kq1s1=kq2s2,得: ==⑩ 6.答案 (1)60 (2)60 (3)同意 0
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