2019年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第八章 第3講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)提能演練 新人教版.doc

2019年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第八章 第3講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)提能演練 新人教版一、選擇題(本大題共10小題,每小題7分,共70分。每小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確)1.(xx晉江模擬)如圖所示,在沿水平方向向里的勻強(qiáng)磁場中,帶電小球A與B在同一直線上,其中小球B帶正電荷并被固定,小球A與一水平放置的光滑絕緣板C接觸(不粘連)而處于靜止?fàn)顟B(tài)。若將絕緣板C沿水平方向抽去后,以下說法正確的是()A.小球A不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)B.小球A將可能沿軌跡1運(yùn)動(dòng)C.小球A將可能沿軌跡2運(yùn)動(dòng)D.小球A將可能沿軌跡3運(yùn)動(dòng)【解析】選B。小球A處于靜止?fàn)顟B(tài),可判斷小球A帶正電,若此時(shí)小球A的重力與庫侖力平衡,將絕緣板C沿水平方向抽去后,小球A仍處于靜止?fàn)顟B(tài);若庫侖力大于小球A的重力,則將絕緣板C沿水平方向抽去后,小球A向上運(yùn)動(dòng),此后小球A在庫侖力、重力、洛倫茲力的作用下將可能沿軌跡1運(yùn)動(dòng)。2.如圖所示,一個(gè)帶正電的滑環(huán)套在水平且足夠長的粗糙的絕緣桿上,整個(gè)裝置處于方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場中,現(xiàn)給滑環(huán)一個(gè)水平向右的瞬時(shí)作用力,使其開始運(yùn)動(dòng),則滑環(huán)在桿上的運(yùn)動(dòng)情況不可能的是()A.始終做勻速運(yùn)動(dòng)B.始終做減速運(yùn)動(dòng),最后靜止于桿上C.先做加速運(yùn)動(dòng),最后做勻速運(yùn)動(dòng)D.先做減速運(yùn)動(dòng),最后做勻速運(yùn)動(dòng)【解析】選C。給滑環(huán)一個(gè)瞬時(shí)作用力,滑環(huán)獲得一定的速度v,當(dāng)qvB=mg時(shí),滑環(huán)將以v做勻速直線運(yùn)動(dòng),故A正確。當(dāng)qvB<mg時(shí),滑環(huán)受摩擦阻力做減速運(yùn)動(dòng),直到停下來,故B正確。當(dāng)qvB>mg時(shí),滑環(huán)先做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)減速到qvB=mg后,以速度v=做勻速直線運(yùn)動(dòng),故D對。由于摩擦阻力作用,滑環(huán)不可能做加速運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò),應(yīng)選C。3.如圖所示,有一混合正離子束先后通過正交電磁場區(qū)域和勻強(qiáng)磁場區(qū)域,如果這束正離子束在區(qū)域中不偏轉(zhuǎn),進(jìn)入?yún)^(qū)域后偏轉(zhuǎn)半徑R相同,則它們具有相同的()A.電荷量和質(zhì)量B.質(zhì)量和速度C.速度和比荷D.電荷量和速度【解析】選C。正交電磁場區(qū)域?qū)嶋H上是一個(gè)速度選擇器,這束正離子在區(qū)域中均不偏轉(zhuǎn),說明它們具有相同的速度。在區(qū)域中半徑相同,R=,所以它們應(yīng)具有相同的比荷。C正確。4.如圖所示,在互相垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中,電荷量為q的液滴在豎直面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知電場強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則液滴的質(zhì)量和環(huán)繞速度分別為()A.,B.,C.B,D.,【解析】選D。液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,重力和電場力等大、反向,根據(jù)qvB=,qE=mg,解得m=,v=,故選項(xiàng)D正確。【變式備選】如圖所示,某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場,電場方向水平向右,磁場方向垂直紙面向里,一帶電粒子由a點(diǎn)進(jìn)入電磁場并剛好能沿ab直線向上運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是()A.粒子一定帶正電B.粒子動(dòng)能一定減少C.粒子的電勢能一定增加D.粒子的機(jī)械能一定增加【解析】選D。對該種粒子進(jìn)行受力分析得:受到豎直向下的重力、水平方向的電場力、垂直于速度方向的洛倫茲力,其中重力和電場力是恒力。粒子沿直線運(yùn)動(dòng),則可以判斷出其受到的洛倫茲力也是恒定的,即該粒子是做勻速直線運(yùn)動(dòng),B錯(cuò)誤;如果該粒子帶正電,則受到向右的電場力和向左下方的洛倫茲力,所以不會(huì)沿直線運(yùn)動(dòng),故該種粒子一定帶負(fù)電,A錯(cuò)誤;該種粒子帶負(fù)電,向左上方運(yùn)動(dòng),電場力做正功,電勢能一定是減少的,C錯(cuò)誤;因?yàn)橹亓菽茉黾?動(dòng)能不變,所以該粒子的機(jī)械能增加,D正確。5.(xx浙江高考改編)在半導(dǎo)體離子注入工藝中,初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經(jīng)電壓為U的電場加速后,垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,如圖所示。已知離子P+在磁場中轉(zhuǎn)過=30后從磁場右邊界射出。在電場和磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),離子P+和P3+()A.在電場中的加速度之比為11B.在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為31C.在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為12D.離開電場區(qū)域時(shí)的動(dòng)能之比為31【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)正離子在電場中,由于電場力的作用做加速運(yùn)動(dòng);(2)正離子在磁場中,洛倫茲力提供向心力,做圓周運(yùn)動(dòng)。【解析】選C。磷離子P+和P3+的質(zhì)量相等,在電場中所受的電場力之比為13,所以加速度之比為13,A項(xiàng)錯(cuò)誤;初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經(jīng)電壓為U的電場加速后,由動(dòng)能定理可得,離開電場區(qū)域時(shí)的動(dòng)能之比為它們的帶電量之比,即13,D項(xiàng)錯(cuò)誤;在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供向心力qvB=m,可得r=,=,B項(xiàng)錯(cuò)誤;設(shè)P+在磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑為R,由幾何知識(shí)可得磁場的寬度為R,而P3+的半徑為R,由幾何知識(shí)可得P3+在磁場中轉(zhuǎn)過的角度為60,P+在磁場中轉(zhuǎn)過的角度為30,所以磷離子P+和P3+在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為12,C項(xiàng)正確。6.如圖所示,兩導(dǎo)體板水平放置,兩板間的電勢差為U,帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入,穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場。則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點(diǎn)間的距離d隨著U和v0的變化而變化的情況為()A.d隨v0的增大而增大,d與U無關(guān)B.d隨v0的增大而增大,d隨U的增大而增大C.d隨U的增大而增大,d與v0無關(guān)D.d隨v0的增大而增大,d隨U的增大而減小【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn):(1)弄清帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)角與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心角的關(guān)系。(2)寫出d與U、v0的函數(shù)關(guān)系式?！窘馕觥窟xA。帶電粒子射出電場時(shí)速度的偏轉(zhuǎn)角為,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,有:cos=,又R=,而d=2Rcos=2cos=,選項(xiàng)A正確。7.如圖所示,質(zhì)量為m,電荷量為e的質(zhì)子以某一初速度從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸正方向進(jìn)入場區(qū),若場區(qū)僅存在平行于y軸向上的勻強(qiáng)電場時(shí),質(zhì)子通過P(d,d)點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為5Ek;若場區(qū)僅存在垂直于xOy平面的勻強(qiáng)磁場時(shí),質(zhì)子也能通過P點(diǎn)。不計(jì)質(zhì)子的重力。設(shè)上述勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為E,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則下列說法中正確的是()A.E=B.E=C.B=D.B=【解析】選D。質(zhì)子在電場中,d=v0t,d=t,m()2=5Ek,vy=at,a=,解得E=,A、B錯(cuò)誤。再根據(jù)ev0B=,B=,故C錯(cuò)誤、D正確。8.(xx南平模擬)如圖所示,長方體發(fā)電導(dǎo)管的前后兩個(gè)側(cè)面是絕緣體,上下兩個(gè)側(cè)面是電阻可忽略的導(dǎo)體電極,兩極間距為d,極板面積為S,這兩個(gè)電極與可變電阻R相連。在垂直前后側(cè)面的方向上,有一勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)有電阻率為的高溫電離氣體,氣體以速度v向右流動(dòng),并通過專用管道導(dǎo)出。由于運(yùn)動(dòng)的電離氣體,受到磁場的作用,將產(chǎn)生大小不變的電動(dòng)勢。若不計(jì)氣體流動(dòng)時(shí)的阻力,由以上條件可推導(dǎo)出可變電阻消耗的電功率P=()2R。調(diào)節(jié)可變電阻的阻值,根據(jù)上面的公式或你所學(xué)過的物理知識(shí),可求得可變電阻R消耗電功率的最大值為()A.B.C.D.【解析】選B。電源的內(nèi)阻r=,當(dāng)電源的外電阻R與電源的內(nèi)電阻r相等時(shí),電源輸出功率最大,此時(shí)可變電阻消耗的功率最大,故有:Pm=()2R=()2=,B正確。9.如圖所示,一個(gè)帶負(fù)電的物體從粗糙斜面頂端滑到斜面底端時(shí)的速度為v,若加上一個(gè)垂直紙面指向讀者方向的磁場,則滑到底端時(shí)()A.v變大B.v變小C.v不變D.不能確定【解析】選B。洛倫茲力雖然不做功,但其方向垂直斜面向下,使物體與斜面間的正壓力變大,故摩擦力變大,損失的機(jī)械能增加,因而v變小。10.如圖所示,平行板電容器的金屬極板M、N的距離為d,兩板間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場,等離子群以速度v沿圖示方向射入。已知電容器的電容為C,則()A.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),穩(wěn)定后電容器的電荷量Q>BvdCB.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),穩(wěn)定后電容器的電荷量Q<BvdCC.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),穩(wěn)定后電容器的電荷量Q<BvdCD.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),穩(wěn)定后電容器的電荷量Q>BvdC【解析】選C。洛倫茲力使正離子向N板偏轉(zhuǎn),負(fù)離子向M板偏轉(zhuǎn),當(dāng)q=qvB時(shí)離子不再偏轉(zhuǎn),故斷開開關(guān)S時(shí),電容器兩極所能達(dá)到的最大電壓UC=Bvd,最大電荷量Q=BvdC,A、B均錯(cuò);當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),平行金屬板及等離子群相當(dāng)于一電源,電源電動(dòng)勢E=Bvd,由于內(nèi)阻的存在,使得UC=UMN<E=Bvd,故QC<BvdC。C正確,D錯(cuò)誤。二、非選擇題(本大題共2小題,共30分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)11.(xx莆田模擬)(12分)如圖所示,在直角坐標(biāo)系的第象限0x4m區(qū)域內(nèi),分布著E=106N/C的勻強(qiáng)電場,方向豎直向上;第象限中的兩個(gè)直角三角形區(qū)域內(nèi),分布著大小均為B=5.010-2T的勻強(qiáng)磁場,方向分別垂直紙面向外和向里,質(zhì)量為m=1.610-27kg、電荷量為q=3.210-19C的帶正電的粒子(重力不計(jì)),從坐標(biāo)點(diǎn)M(-4m,m)處,以v=107m/s的速度平行于x軸向右運(yùn)動(dòng),并先后通過勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場區(qū)域。求:(1)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑r。(2)粒子在兩個(gè)磁場區(qū)域及電場區(qū)域偏轉(zhuǎn)所用的總時(shí)間。(3)在圖中畫出粒子從直線x=-4m到x=4m之間的運(yùn)動(dòng)軌跡,并求出運(yùn)動(dòng)軌跡與y軸和直線x=4m交點(diǎn)的縱坐標(biāo)?！窘馕觥?1)帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn),由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得qvB=m(1分)所以r=代入數(shù)據(jù)得r=m(1分)(2)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)周期T=6.2810-7s(1分)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=T=1.5710-7s(1分)帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=s=2.8310-7s(1分)故粒子在電磁場偏轉(zhuǎn)所用的總時(shí)間t=t1+t2=4.4010-7s(1分)(3)如圖所示分析知:粒子在方向向外的磁場中恰好沿順時(shí)針運(yùn)動(dòng)了周,下移了(-1)m,由對稱性知粒子在方向向內(nèi)的磁場中恰好沿逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)了周,又下移了(-1)m,故y1=-2(-1)m=(2-)m(3分)粒子水平飛入電場,水平方向有:x2=vt2(1分)豎直方向上滿足:y2=y1+a=2m(2分)答案:(1)m(2)4.4010-7s(3)見解析12.(能力挑戰(zhàn)題)(xx廈門模擬)(18分)如圖甲所示,在xOy坐標(biāo)平面y軸左側(cè)有一速度選擇器,速度選擇器中的勻強(qiáng)電場方向豎直向下,兩板間的電壓為U,距離為d;勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里。xOy坐標(biāo)平面的第一象限(包括x、y軸)內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0、方向垂直于xOy平面且隨時(shí)間做周期性變化的勻強(qiáng)磁場,如圖乙所示(磁場方向選垂直xOy平面向里為正)。一束比荷不同的帶正電的粒子恰能沿直線通過速度選擇器,在t=0時(shí)刻從坐標(biāo)原點(diǎn)O垂直射入周期性變化的磁場中。部分粒子經(jīng)過一個(gè)磁場變化周期T0后,速度方向恰好沿x軸正方向。不計(jì)粒子的重力,求:(1)粒子進(jìn)入周期性變化的磁場的速度v;(2)請用三角板和圓規(guī)作出經(jīng)一個(gè)磁場變化周期T0后,速度方向恰好沿x軸正方向,且此時(shí)縱坐標(biāo)最大的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,并求出這種粒子的比荷;(3)在(2)中所述的粒子速度方向恰好沿x軸正方向的縱坐標(biāo)y?！窘馕觥?1)粒子沿直線通過速度選擇器有:qvB=q(3分)故v=(1分)(2)滿足條件的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。(2分)設(shè)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)半徑為R,由幾何關(guān)系得:sin=(2分)粒子運(yùn)動(dòng)的周期為T,有:2T=T0(2分)T=(1分)由得:=(2分)(3)粒子在磁場中有:qvB0=m(1分)由圖可得:y=2R+2Rcos(2分)由得:y=(2+)(2分)答案:(1)(2)見解析(3)(2+)【總結(jié)提升】帶電粒子在組合場中運(yùn)動(dòng)問題的解題技巧帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng),實(shí)際上仍是一個(gè)力學(xué)問題,分析的基本思路是:(1)弄清組合場的組成。(2)正確分析帶電粒子的受力情況及運(yùn)動(dòng)特征。(3)畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,靈活選擇對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律列式求解。例如,帶電粒子在電場中加速,一般選擇動(dòng)能定理;類平拋運(yùn)動(dòng)一般要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的分解;圓周運(yùn)動(dòng)一般分析向心力等。(4)對于臨界問題,注意挖掘隱含條件,關(guān)注特殊詞語如“恰好”“剛好”“至少”,尋找解題的突破口。