2019年高考物理二輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)8 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).doc
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課時(shí)作業(yè)8 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 一、選擇題(1~3題為單項(xiàng)選擇題,4~6題為多項(xiàng)選擇題) 1.如圖所示,某空間同時(shí)存在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,電場(chǎng)線與水平方向的夾角為θ.一質(zhì)量為m,電荷量大小為q的微粒以速度v沿電場(chǎng)線方向進(jìn)入該空間,恰好沿直線從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn).下列說法中正確的是( ) A.該微??赡軒ж?fù)電 B.微粒從P到Q的運(yùn)動(dòng)可能是勻變速運(yùn)動(dòng) C.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 D.電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為 解析:帶電微粒從P到Q恰好沿直線運(yùn)動(dòng),則微粒一定做勻速直線運(yùn)動(dòng),作出微粒在電磁場(chǎng)中受力分析圖如圖所示,由圖可知微粒一定帶正電,故A、B錯(cuò)誤;由受力分析及平衡條件可知qE=mgsinθ,qBv=mgcosθ,解得E=,B=,故C正確、D錯(cuò)誤. 答案:C 2.美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明的回旋加速器,應(yīng)用帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),能使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng)過電場(chǎng)的多次加速獲得較大的能量,使人類在獲得較高能量的帶電粒子領(lǐng)域前進(jìn)了一大步.如圖所示為一種改進(jìn)后的回施加速器示意圖,其中盒縫間的加速電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)恒定,且被限制在A、C兩板之間.帶電粒子從P0處以初速度v0沿電場(chǎng)線方向射入加速電場(chǎng),經(jīng)加速電場(chǎng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).對(duì)于這種改進(jìn)后的回旋加速器,下列說法正確的是( ) A.帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次 B.P1P2=P2P3 C.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān) D.加速電場(chǎng)方向需要做周期性變化 解析:由題圖可知,帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由公式R=和qU=mv-mv可知,帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周,電場(chǎng)力做功相同,動(dòng)能增量相同,但速度的增量不同,故粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑增加量不同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由v=可知,加速粒子的最大速度與D形盒的半徑有關(guān),選項(xiàng)C正確;由T=可知,粒子運(yùn)動(dòng)的周期不隨v的變化而變化,故加速電場(chǎng)的方向不需做周期性變化,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:C 3. 如圖所示,平行金屬板a、b之間的距離為d,a板帶正電荷,b板帶負(fù)電荷,a、b之間還有一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1.一不計(jì)重力的帶電粒子以速度v0射入a、b之間,恰能在兩金屬板之間勻速向下運(yùn)動(dòng),并進(jìn)入PQ下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,PQ下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2,方向如圖所示.已知帶電粒子的比荷為c,則( ) A.帶電粒子在a、b之間運(yùn)動(dòng)時(shí),受到的電場(chǎng)力水平向右 B.平行金屬板a、b之間的電壓為U=dv0B2 C.帶電粒子進(jìn)入PQ下方的磁場(chǎng)之后,向左偏轉(zhuǎn) D.帶電粒子在PQ下方磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 解析:由于不知道帶電粒子的電性,故無法確定帶電粒子在a、b間運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的電場(chǎng)力的方向,也無法確定帶電粒子進(jìn)入PQ下方的磁場(chǎng)之后向哪偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;粒子在a、b之間做勻速直線運(yùn)動(dòng),有q=qv0B1,解得平行金屬板a、b之間的電壓為U=dv0B1,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;帶電粒子在PQ下方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑為r==,選項(xiàng)D正確. 答案:D 4.如圖所示,質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小物塊從半徑為R的絕緣半圓槽頂點(diǎn)A由靜止開始下滑,已知半圓槽右半部分光滑,左半部分粗糙,整個(gè)裝置處于正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)與勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小為,方向水平向右,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里,g為重力加速度大小,則下列說法正確的是( ) A.物塊最終停在A點(diǎn) B.物塊最終停在最低點(diǎn) C.物塊做往復(fù)運(yùn)動(dòng) D.物塊首次滑到最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為2mg+qB 解析:由于半圓槽右半部分光滑,左半部分粗糙,且在最低點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力的方向向右,所以物塊最終從最低點(diǎn)開始向右運(yùn)動(dòng),到達(dá)某位置時(shí)速度變?yōu)榱?,然后又向左運(yùn)動(dòng),即物塊做往復(fù)運(yùn)動(dòng),C正確,A、B錯(cuò)誤;物塊從A點(diǎn)首次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn),由動(dòng)能定理得,mgR-qER=mv2-0,且E=,聯(lián)立得v=,物塊首次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律得,F(xiàn)N-mg-qvB=m,解得FN=2mg+qB,由牛頓第三定律知,D正確. 答案:CD 5.如圖所示,在平行豎直虛線a與b、b與c、c與d之間分別存在著垂直于虛線的勻強(qiáng)電場(chǎng)、平行于虛線的勻強(qiáng)電場(chǎng)、垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),虛線d處有一熒光屏.大量正離子(初速度和重力均忽略不計(jì))從虛線a上的P孔處進(jìn)入電場(chǎng),經(jīng)過三個(gè)場(chǎng)區(qū)后有一部分打在熒光屏上.關(guān)于這部分離子,若比荷越大,則離子( ) A.經(jīng)過虛線c的位置越低 B.經(jīng)過虛線c的速度越大 C.打在熒光屏上的位置越低 D.打在熒光屏上的位置越高 解析:當(dāng)離子在a與b之間,根據(jù)動(dòng)能定理得mv2=qU,則v=,故比荷越大,經(jīng)過b的速度越大;在b與c之間,粒子做類平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)bc寬為L(zhǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E,y=at2==,經(jīng)過虛線c的位置與比荷無關(guān),A錯(cuò)誤;比荷越大,經(jīng)過c的速度越大,即進(jìn)入磁場(chǎng)的速度就越大,B正確;當(dāng)離子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,即qvB=,則R=,故可知比荷越大,R越小,打在熒光屏上的位置越高,C錯(cuò)誤、D正確. 答案:BD 6.如圖所示,M、N為兩個(gè)同心金屬圓環(huán),半徑分別為R1和R2,兩圓環(huán)之間存在著沿金屬環(huán)半徑方向的電場(chǎng),N環(huán)內(nèi)存在著垂直于環(huán)面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,N環(huán)上有均勻分布的6個(gè)小孔,從M環(huán)的內(nèi)側(cè)邊緣由靜止釋放一質(zhì)量為m,電荷量為+q的粒子(不計(jì)重力),經(jīng)電場(chǎng)加速后通過小孔射入磁場(chǎng),經(jīng)過一段時(shí)間,粒子再次回到出發(fā)點(diǎn),全程與金屬環(huán)無碰撞.則M、N間電壓U滿足的條件是( ) A.U= B.U= C.U= D.U= 解析:帶電粒子由M內(nèi)側(cè)邊緣運(yùn)動(dòng)到N環(huán),由動(dòng)能定理有qU=mv2,帶電粒子進(jìn)入N環(huán)內(nèi)磁場(chǎng),與金屬環(huán)無碰撞,故粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后,應(yīng)偏轉(zhuǎn)或離開磁場(chǎng),由幾何關(guān)系可知,軌跡半徑為r=R2或r=,則根據(jù)r=,聯(lián)立解得U=或U=,選項(xiàng)A、C正確. 答案:AC 二、非選擇題 7.如圖所示,質(zhì)量為m、電荷量為e的電子(重力不計(jì))以水平初速度v0從A點(diǎn)射向豎直熒光屏MN,在整個(gè)空間中有方向垂直紙面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電子經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上的C點(diǎn).已知A、C兩點(diǎn)的連線與水平方向之間的夾角為θ=37,sin37=0.6,cos37=0.8. (1)試計(jì)算A、C兩點(diǎn)間的距離; (2)將空間中的磁場(chǎng)換成方向與紙面平行且豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),若要電子同樣能打在熒光屏上的C點(diǎn),求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小. 解析:(1)設(shè)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R,則由洛倫茲力提供向心力可得ev0B=m,解得R= 設(shè)A、C兩點(diǎn)間的距離為d,如圖所示,由幾何關(guān)系可得 dsinθ+Rcos2θ=R或d=2Rsinθ,解得d=. (2)設(shè)電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,則水平方向上有dcosθ=v0t 豎直方向上有dsinθ=t2 其中d=,聯(lián)立解得E=Bv0. 答案:(1) (2)Bv0 8.如右圖所示,直角坐標(biāo)系xOy中,除第一象限外,其他象限內(nèi)都存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.12 T、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).P是y軸上的一點(diǎn),它到坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離l=0.40 m.今有一個(gè)比荷=5.0107 C/kg的帶正電的粒子從P點(diǎn)開始垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng).已知粒子的初速度v0=3.0106 m/s,方向與y軸正方向的夾角θ=53,sin53=0.8,cos53=0.6.粒子的重力不計(jì). (1)求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R. (2)若在第一象限中與x軸平行的虛線上方的區(qū)域內(nèi)有一沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)(如圖所示),粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后進(jìn)入第一象限,最后恰好從P點(diǎn)沿初速度的方向再次射入磁場(chǎng).求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E和電場(chǎng)邊界(圖中虛線)與x軸之間的距離d. 解析:(1)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)牛頓第二定律有 qv0B=m 代入數(shù)據(jù)解得 R=0.50 m. (2)作出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖,如圖所示,根據(jù)幾何關(guān)系可確定,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓的圓心A恰好落在x軸上.根據(jù)圖中的幾何關(guān)系還可確定,粒子進(jìn)入第一象限時(shí)的位置(圖中C點(diǎn))與O點(diǎn)的距離 x=R-Rcosθ 粒子進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,加速度為a. 根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有 l-d=v0t,x=at2 vx=at,tanθ= 根據(jù)牛頓第二定律有 qE=ma 代入數(shù)據(jù)解得 E=8.0105 N/C,d=0.10 m. 答案:(1)0.50 m (2)8.0105 N/C 0.10 m 9.如圖所示,在豎直平面內(nèi),有一長(zhǎng)度L=2.4 m的固定絕緣豎直桿AB和固定光滑絕緣圓弧軌道CD,D為最高點(diǎn),半徑OC與豎直線的夾角θ=37.B點(diǎn)所在的水平線上方存在著場(chǎng)強(qiáng)大小E1=5106 N/C、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),下方與C點(diǎn)之間存在著場(chǎng)強(qiáng)大小E2=E1、方向與豎直線的夾角α=37斜向上的勻強(qiáng)電場(chǎng).現(xiàn)將一質(zhì)量m=0.8 kg、電荷量q=210-6 C的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))套在桿上從A端由靜止釋放后下滑,穿過電場(chǎng)后恰好從C點(diǎn)無碰撞地沿圓弧軌道CD運(yùn)動(dòng),恰好通過D點(diǎn).已知小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,取g=10 m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8.求: (1)小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小vB; (2)小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用的時(shí)間t和過C點(diǎn)時(shí)的速度大小vC; (3)圓弧軌道的半徑R. 解析:(1)小球沿桿下滑過程中受到的滑動(dòng)摩擦力大小 Ff=μqE1 小球沿桿下滑的加速度大小 a= 由v=2aL得 vB=6 m/s. (2)小球離開B點(diǎn)后在電場(chǎng)E2中受力如圖所示 因?yàn)閝E2cosα=8 N,恰好與重力(mg=8 N)平衡,所以可判定小球在電場(chǎng)E2中做類平拋運(yùn)動(dòng) 加速度大小a′= 小球過C點(diǎn)時(shí),有=tanθ 過C點(diǎn)時(shí),速度大小vC= 解得t= s,vC=10 m/s. (3)設(shè)小球到達(dá)D點(diǎn)的速度大小為vD,則 mg=m 小球從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的過程,根據(jù)機(jī)械能守恒定律有 mv=mv+mg(R+Rcosθ) 解得R= m. 答案:(1)6 m/s (2) s 10 m/s (3) m- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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