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2019版高考物理大二輪復(fù)習(xí) 考前基礎(chǔ)回扣練10 磁場及帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng).doc

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2019版高考物理大二輪復(fù)習(xí) 考前基礎(chǔ)回扣練10 磁場及帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng).doc

回扣練10:磁場及帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)1如圖所示,將圓柱形強(qiáng)磁鐵吸在干電池負(fù)極,金屬導(dǎo)線折成上端有一支點(diǎn)、下端開口的導(dǎo)線框,使導(dǎo)線框的頂端支點(diǎn)和底端分別與電源正極和磁鐵都接觸良好但不固定,這樣整個(gè)線框就可以繞電池軸心旋轉(zhuǎn)起來下列判斷中正確的是()A俯視觀察,線框沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)B線框能旋轉(zhuǎn)起來,這是屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象C電池輸出的電功率等于線框旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功率D旋轉(zhuǎn)達(dá)到穩(wěn)定時(shí),線框中電流比剛開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的大解析:選A.線框中的電流方向由上至下,線框下端處于強(qiáng)磁鐵的磁場中,磁體外部的磁場方向總體來說是向上,對線框的下部(主要是水平部分),利用左手定則可判斷出線框所受安培力的方向所以,由上往下看(俯視),線框沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),所以該裝置的原理是電流在磁場中的受力,不是電磁感應(yīng)故A正確,B錯(cuò)誤;因?yàn)殡娫聪牡目偣β室徊糠洲D(zhuǎn)化為內(nèi)能,另一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,所以總功率大于熱功率,故C錯(cuò)誤;受到的安培力開始時(shí)使線圈做加速運(yùn)動(dòng),線框切割磁感線產(chǎn)生電磁感應(yīng),穩(wěn)定時(shí)電流略小故D錯(cuò)誤2為監(jiān)測某化工廠的污水排放量,技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的長方體流量計(jì)該裝置由絕緣材料制成,其長、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開口在垂直于上下底面方向加一勻強(qiáng)磁場,前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí),接在M、N兩端間的電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積),下列說法中正確的是()AM端的電勢比N端的高B電壓表的示數(shù)U與a和b均成正比,與c無關(guān)C電壓表的示數(shù)U與污水的流量Q成正比D若污水中正負(fù)離子數(shù)相同,則電壓表的示數(shù)為0解析:選C.根據(jù)左手定則,知正離子所受的洛倫茲力方向向里,則向里偏轉(zhuǎn),N板帶正電,M板帶負(fù)電,則M板的電勢比N板電勢低故A錯(cuò)誤; 最終離子在電場力和洛倫茲力作用下平衡,有:qvBq,解得UvBb,與污水中正負(fù)離子數(shù)無關(guān)故BD錯(cuò)誤因v,則流量Qvbc,因此U,與污水流量成正比故C正確3美國物理學(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)過電場的多次加速獲得較大的能量,使人類在獲得較高能量帶電粒子方面前進(jìn)了一步下圖為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖,其中盒縫間的加速電場場強(qiáng)大小恒定,且被限制在A、C板間,如圖所示帶電粒子從P0處以速度v0沿電場線方向射入加速電場,經(jīng)加速后再進(jìn)入D型盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)對于這種改進(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帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周P1P2P2P3C加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)D加速電場方向需要做周期性的變化解析:選C.因加速電場被限制在AC板之間,故可知,粒子在運(yùn)動(dòng)過程中,只有在AC板間時(shí)才被加速,即每運(yùn)動(dòng)一周加速一次,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)牛頓第二定律可知Bqvm,故可知P1P22(R2R1)(v2v1),同理P2P32(R3R2)(v3v2),根據(jù)動(dòng)能定理可知Uqmvmvmvmv,故可知選項(xiàng)B錯(cuò)誤;粒子的最大速度vmaxR,故可知選項(xiàng)C正確;因每次粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)方向一樣,故電場方向無需變化 ,所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤4圖中虛線PQ上方有一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直紙面向外O是PQ上一點(diǎn),在紙面內(nèi)從O點(diǎn)向磁場區(qū)域的任意方向連續(xù)發(fā)射速率為v0的粒子,粒子電荷量為q、質(zhì)量為m.現(xiàn)有兩個(gè)粒子先后射入磁場中并恰好在M點(diǎn)相遇,MO與PQ間夾角為60,不計(jì)粒子重力及粒子間的相互作用,則下列說法正確的是()A兩個(gè)粒子從O點(diǎn)射入磁場的時(shí)間間隔可能為B兩個(gè)粒子射入磁場的方向分別與PQ成30和60角C在磁場中運(yùn)動(dòng)的粒子離邊界的最大距離為D垂直PQ射入磁場中的粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長解析:選A.A項(xiàng):以粒子帶正電為例分析,先后由O點(diǎn)射入磁場,并在M點(diǎn)相遇的兩個(gè)粒子軌跡恰好組成一個(gè)完整的圓,從O點(diǎn)沿OP方向入射并通過M點(diǎn)的粒子軌跡所對圓心角為240,根據(jù)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)周期T可知,該粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1,則另一個(gè)粒子軌跡所對圓心角為120,該粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2,可知,兩粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差可能為t,故A正確;B項(xiàng):射入磁場方向分別與PQ成30和60角的兩粒子軌跡所對圓心角之和不是360,不可能在M點(diǎn)相遇,故B錯(cuò)誤;C項(xiàng):在磁場中運(yùn)動(dòng)的粒子離邊界的最大距離為軌跡圓周的直徑d,故C錯(cuò)誤;D項(xiàng):沿OP方向入射的粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡所對圓心角最大,運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長,故D錯(cuò)誤5如圖所示,在xOy直角坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(重力不計(jì))從y軸上的A點(diǎn),以速度v垂直磁場方向射入第一象限,v與y軸正方向的夾角為60,若A點(diǎn)與原點(diǎn)O的距離為l,要使粒子能從x軸射出磁場,則粒子的速度v應(yīng)滿足()Av>Bv>Cv> Dv>解析:選A.由幾何知識知,帶電粒子恰從x軸射出時(shí),Rsin 60Rl,由牛頓第二定律得,R,聯(lián)立解得,v,故選A.6(多選)如圖所示,等腰直角三角形abc區(qū)域存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.三個(gè)相同的帶電粒子從b點(diǎn)沿bc方向分別以速度v1、v2、v3射入磁場,在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為t1、t2、t3,且t1t2t3331.直角邊bc的長度為L,不計(jì)粒子的重力,下列說法正確的是()A三個(gè)速度的大小關(guān)系一定是v1v2<v3B三個(gè)速度的大小關(guān)系可能是v2<v1<v3C粒子的比荷D粒子的比荷解析:選BD.若速度為v1、v2的粒子從ab邊穿出,則偏轉(zhuǎn)角為90,兩者的速度大小關(guān)系不定,但其半徑一定比速度為v3的粒子半徑小,由半徑公式r知,v3一定大于v1和v2,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;由于速度為v1的粒子偏轉(zhuǎn)90,則t1,于是,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤;速度為v3的粒子偏轉(zhuǎn)30,由幾何關(guān)系知:r3sin 30L,所以r32L,而r3,聯(lián)立得到:,所以選項(xiàng)D正確7(多選)如圖所示,正三角形ACD內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,ADC的角平分線DG的反向延長線正好經(jīng)過圓心O,AD的延長線與圓相交于E點(diǎn),且ADDEa,現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子(重力不計(jì))以一定速度沿CAD的角平分線垂直磁場射入,粒子恰好經(jīng)過D、E點(diǎn),則()A粒子一定帶正電B粒子的初速度為C圓形區(qū)域磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為BD粒子從A點(diǎn)到E點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間為解析:選CD.由左手定則及題意可知粒子帶負(fù)電,故A錯(cuò)誤;粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,由已知條件并結(jié)合幾何關(guān)系知粒子在三角形區(qū)域磁場中偏轉(zhuǎn)過的圓心角為60,半徑r1a,由洛倫茲力提供向心力知Bqvm,聯(lián)立得v,故B錯(cuò)誤;因DEa,由幾何關(guān)系知ODE60且ODOE,故DEO為正三角形,則粒子在圓形區(qū)域磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r2DEa,而r2,所以圓形區(qū)域磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0B,故C對;粒子在三角形區(qū)域磁場中運(yùn)行的時(shí)間t1,粒子在圓形區(qū)域磁場中運(yùn)行的時(shí)間t2,所以粒子從A點(diǎn)到E點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間為tt1t2,故D對8(多選)如圖所示,一粒子發(fā)射源P位于足夠大絕緣板AB的上方d處,能夠在紙面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射速率為v、電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電的粒子,空間存在垂直紙面的勻強(qiáng)磁場,不考慮粒子間的相互作用和粒子重力,已知粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑大小恰好為d,則()A能打在板上的區(qū)域長度是2dB能打在板上的區(qū)域長度是(1)dC同一時(shí)刻發(fā)射出的帶電粒子打到板上的最大時(shí)間差為D同一時(shí)刻發(fā)射出的帶電粒子打到板上的最大時(shí)間差為解析:選BC.以磁場方向垂直紙面向外為例,打在極板上粒子軌跡的臨界狀態(tài)如圖1所示:根據(jù)幾何關(guān)系知,帶電粒子能到達(dá)板上的長度l(1)d,故A錯(cuò)誤,B正確;在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長和最短的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖如圖2所示:由幾何關(guān)系知,最長時(shí)間t1T最短時(shí)間t2T又有粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期T;根據(jù)題意:t1t2t聯(lián)立解得:tT,故C正確,D錯(cuò)誤若磁場方向垂直紙面向里,可得出同樣的結(jié)論9(多選)如圖所示,平面直角坐標(biāo)系的第二象限內(nèi)存在著垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B的勻強(qiáng)磁場,第三象限內(nèi)存在著垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場一帶負(fù)電的粒子從原點(diǎn)O以某一速度沿與y軸成30角方向斜向上射入磁場,且在第二象限運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡圓的半徑為R,已知帶電粒子的質(zhì)量為m,所帶電荷量為q,且所受重力可以忽略則()A粒子在第二象限和第三象限兩磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓半徑之比為12B粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間C粒子從O位置入射后第二次經(jīng)過x軸時(shí)的位置到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為3RD若僅將粒子的入射速度大小變?yōu)樵瓉淼?倍,則粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間將減少解析:選AC.由半徑公式r知,軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比,所以粒子在第二象限和第三象限兩磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓半徑之比為12,故A正確;粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的軌跡如圖所示:在第二象限的周期T1,圓心角120,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1T1,在第二象限運(yùn)動(dòng)的周期T2,圓心角120,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2T2,所以粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間T0t1t2,故B錯(cuò)誤;粒子在第三象限軌跡圓的半徑為2R,從O點(diǎn)入射后第一次經(jīng)過x軸的距離x1R,第二次圓弧的弦長x2R22R,所以粒子從O位置入射后第二次經(jīng)過x軸時(shí)的位置到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為3R,故C正確只改變粒子入射速度大小,其在磁場中的運(yùn)動(dòng)周期不變,故選項(xiàng)D錯(cuò)10(多選)如圖所示,在x0與x0的區(qū)域中,存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B1與B2的勻強(qiáng)磁場,磁場方向均垂直于紙面向里,且B1B232.在原點(diǎn)O處發(fā)射兩個(gè)質(zhì)量分別為m1和m2的帶電粒子,已知粒子a以速度va沿x軸正方向運(yùn)動(dòng),粒子b以速率vb沿x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),已知粒子a帶正電,粒子b帶負(fù)電,電荷量相等,且兩粒子的速率滿足m2vam1vb,若在此后的運(yùn)動(dòng)中,當(dāng)粒子a第4次經(jīng)過y軸(出發(fā)時(shí)經(jīng)過y軸不算在內(nèi))時(shí),恰與粒子b相遇,粒子重力不計(jì),下列說法正確的是()A粒子a、b在磁場B1中的偏轉(zhuǎn)半徑之比為32B兩粒子在y軸正半軸相遇C粒子a、b相遇時(shí)的速度方向相同D粒子a、b的質(zhì)量之比為15解析:選BCD.由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式r知道:,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式r知道,a粒子從O點(diǎn)出發(fā)沿x軸正方向射出向上逆時(shí)針轉(zhuǎn)半周在y軸上上移2ra2,穿過y軸后逆時(shí)針向下轉(zhuǎn)半周后下移2ra1,由于B2B1,則第二次經(jīng)過y軸時(shí)在坐標(biāo)原點(diǎn)的上方(2ra22ra1)處,同理第四次經(jīng)過y軸時(shí)在坐標(biāo)原點(diǎn)上方2(2ra22ra1)處,所以由題意知選項(xiàng)B正確根據(jù)兩粒子在兩側(cè)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑大小關(guān)系,顯然是b粒子向上轉(zhuǎn)半周后相遇的,a粒子第四次經(jīng)過y軸時(shí)是向右方向,而b粒子轉(zhuǎn)半周也是向右的方向,所以兩者方向相同,所以選項(xiàng)C正確根據(jù)周期公式T及題意,當(dāng)兩粒子在y軸上相遇時(shí),時(shí)間上有:Tb1Ta1Ta2即:,結(jié)合B1B232,得到:,所以選項(xiàng)D正確故選:BCD.

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