2017高考物理重要考点整理：带电粒子在复合场中的运动

精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创1/192017高考物理重要考点整理带电粒子在复合场中的运动2017高考物理重要考点整理带电粒子在复合场中的运动考点34带电粒子在复合场中的运动考点名片考点细研究1带电粒子在复合场中的运动；2质谱仪和回旋加速器等。其中考查到的如2016年全国卷第15题、2016年天津高考第11题、2016年浙江高考第25题、2016年江苏高考第15题、2015年重庆高考第9题、2015年福建高考第22题、2015年天津高考第12题、2015年山东高考第24题、2015年浙江高考第25题、2015年江苏高考第15题、2014年四川高考第10题、2014年大纲卷第25题、2014年重庆高考第9题等。备考正能量本部分内容综合性较强，经常以压轴题的形式出现。试题综合考查力与运动以及运用数学解决物理问题的能力，尤其是对高新科技仪器物理原理的考查，对考生物理建模及信息迁移的能力要求较高。今后本部分知识仍为出题的热点和难点，需要着重关注带电粒子在电磁交变场中的运动。精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创2/19一、基础与经典1如图所示，某空间存在正交的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一带电微粒由A点进入电磁场并刚好沿虚线AB向上运动。下列说法中正确的是A该微粒一定带负电B该微粒的动能一定减少C该微粒的电势能一定增加D该微粒的机械能不一定增加答案A解析微粒受到的重力和电场力是恒力，沿直线运动，则可以判断出微粒受到的洛伦兹力也是恒定的，即该微粒做匀速直线运动，所以B错误；如果该微粒带正电，则受到向右的电场力和向左下方的洛伦兹力，所以不会沿直线运动，故该微粒一定带负电，电场力做正功，电势能一定减少，机械能增加，A正确，C、D错误。2质量为M的带电小球在正交的匀强电场、匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道平面在竖直平面内，电场方向竖直向下，磁场方向垂直圆周所在平面向里，如图所示，由此可知A小球带正电，沿顺时针方向运动B小球带负电，沿顺时针方向运动精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创3/19C小球带正电，沿逆时针方向运动D小球带负电，沿逆时针方向运动答案B解析根据题意，可知小球受到的电场力方向向上，大小等于重力，又电场方向竖直向下，可知小球带负电；已知磁场方向垂直圆周所在平面向里，带负电的小球受到的洛伦兹力指向圆心，小球一定沿顺时针方向运动。B正确。3如图，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里。一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板。若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变A粒子速度的大小B粒子所带的电荷量C电场强度D磁感应强度答案B解析粒子受到电场力和洛伦兹力作用而平衡，即QEQVB，所以只要当粒子速度V时，粒子运动轨迹就是一条直线，与粒子所带的电荷量Q无关，选项B正确；当粒子速度的大小、电场强度、磁感应强度三个量中任何一个改变时，运动轨迹都会改变，选项A、C、D不符合题意。4如图所示，无磁场时，一带负电滑块以一定初速度冲上绝缘粗糙斜面，滑块刚好能到达A点。若加上一个垂直纸精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创4/19面向里的匀强磁场，则滑块以相同初速度冲上斜面时，下列说法正确的是A刚好能滑到A点B能冲过A点C不能滑到A点D因不知磁感应强度大小，所以不能确定能否滑到A点答案C解析滑块冲上斜面时，由左手定则可知滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力作用，滑块对斜面的正压力增大，斜面对滑块的滑动摩擦力增大，所以滑块不能滑到A点，选项C正确。5质量为M，带电荷量为Q的小球套在水平固定且足够长的绝缘杆上，如图所示，整个装置处于磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，现给球一个水平向右的初速度V0使其开始运动，不计空气阻力，则球运动克服摩擦力做的功不可能的是AMVB0CMVD答案C解析1当QV0BMG时，圆环不受支持力和摩擦力，摩擦力做功为零。精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创5/192当QV0BMG时，圆环先做减速运动，当QVBMG，即当QVBMG，V时，不受摩擦力，做匀速直线运动。根据动能定理得WMV2MV，代入解得WM。所以只有选项C不可能。6多选质谱仪的构造原理如图所示。从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看作初速为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为X，则以下说法正确的是A粒子一定带正电B粒子一定带负电CX越大，则粒子的质量与电量之比一定越大DX越大，则粒子的质量与电量之比一定越小答案AC解析根据左手定则，知粒子带正电，故A正确，B错误；根据半径公式R知，X2R，又QUMV2，联立解得X，知X越大，质量与电量的比值越大，故C正确，D错误。7多选如图所示，长均为D的两正对平行金属板MN、PQ水平放置，板间距离为2D，板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一带电粒子从MP的中点O垂直于电场和磁场方向以V0射入，恰沿直线从NQ的中点A射出；若撤去电场，则粒精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创6/19子从M点射出粒子重力不计。以下说法正确的是A该粒子带正电B该粒子带正电、负电均可C若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为2V0D若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为V0答案AD解析若撤去电场，则粒子从M点射出，根据左手定则知粒子应带正电荷，故A正确，B错误；设粒子的质量为M，带电荷量为Q，粒子射入电磁场时的速度为V0，则粒子沿直线通过场区时BQV0EQ。撤去电场后，在洛伦兹力的作用下，粒子做圆周运动，由几何知识知R，由洛伦兹力提供向心力得，QV0BM。撤去磁场，粒子做类平抛运动，设粒子的加速度为A，穿越电场所用时间为T，则有EQMA，YAT2，DV0T，联立解得YD。设末速度为V，由动能定理得，QEDMV2MV，解得VV0，故C错误，D正确。8多选粒子回旋加速器的工作原理如图甲、乙所示，置于真空中的D形金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为F，加速电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为M，电荷量为E，在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确的是精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创7/19A不改变磁感应强度B和交流电的频率F，该加速器也可以加速粒子B加速的粒子获得的最大动能随加速电压U增大而增大C质子被加速后的最大速度不能超过2RFD质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为1答案CD解析质子被加速后获得的最大速度受到D形盒最大半径制约，VM2R/T2RF，C正确；粒子旋转频率为FBQ/2M，与被加速粒子的比荷有关，所以A错误；粒子被加速的最大动能EKMMV2M2R2F2，与电压U无关，B错误；由运动半径RMV/BQ，NUQMV2/2知半径之比为1，D正确。9多选如图所示，一块长度为A、宽度为B、厚度为D的金属导体，当加有与侧面垂直的匀强磁场B，且通以图示方向的电流I时，用电压表测得导体上、下表面M、N间电压为U，已知自由电子的电量为E。下列说法中正确的是A导体的M面比N面电势高B导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大C导体中自由电子定向移动的速度为VD导体单位体积内的自由电子数为答案CD精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创8/19解析由于自由电子带负电，根据左手定则可知，M板电势比N板电势低，选项A错误；当上、下表面电压稳定时，有QQVB，得UBDV，与单位体积内自由电子数无关，选项B错误，C正确；再根据INESV，可知选项D正确。二、真题与模拟102016全国卷现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为A11B12C121D144答案D解析设质子和离子的质量分别为M1和M2，原磁感应强度为B1，改变后的磁感应强度为B2。在加速电场中QUMV2，在磁场中QVBM，联立两式得M，故有144，选项D正确。112015山东高考多选如图甲所示，两水平金属板间距为D，板间电场强度的变化规律如图乙所示。T0时刻，质量为M的带电微粒以初速度V0沿中线射入两板间，0时间内微粒匀速运动，T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出。精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创9/19微粒运动过程中未与金属板接触。重力加速度的大小为G。关于微粒在0T时间内运动的描述，正确的是A末速度大小为V0B末速度沿水平方向C重力势能减少了MGDD克服电场力做功为MGD答案BC解析0微粒做匀速直线运动，则E0QMG。没有电场作用，微粒做平抛运动，竖直方向上AG。T，由于电场作用，F2E0QMGMGMA，AG，方向竖直向上。由于两段时间相等，故到达金属板边缘时，微粒速度为V0，方向水平，选项A错误，选项B正确；从微粒进入金属板间到离开，重力做功MG，重力势能减少MGD，选项C正确；由动能定理知WGW电0，W电MGD，选项D错误。122014江苏高考多选如图所示，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IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足UHK，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RL，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，电压表将反偏精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创10/19CIH与I成正比D电压表的示数与RL消耗的电功率成正比答案CD解析根据霍尔元件中的电流方向及左手定则判断，霍尔元件中电子受到的洛伦兹力指向后侧面，因此后侧面带负电，电势低，A错误。若电源正负极对调，磁场方向反向，电流方向反向，根据左手定则判断，霍尔元件定向移动的电子受到的洛伦兹力的方向不变，霍尔元件前后面的电势高低不变，电压表的指针不会发生反偏，B错误。霍尔元件与R串联再与RL并联，由于霍尔元件的电阻不计，因此IHRIIHRL，得IHI，C正确。R远大于RL，因此RL中的电流近似等于I，因此RL消耗的功率PI2RL，霍尔电压UHK，B与I成正比，IH与I成正比，因此UHI2，可见P与霍尔电压即电压表示数成正比，D正确。132017河北百校联考多选在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P和P3，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子P在磁场中转过30后从磁场右边界射出。在电场和磁场中运动时，离子P和P3A在电场中的加速度之比为11B在磁场中运动的半径之比为1精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创11/19C在磁场中转过的角度之比为12D离开电场区域时的动能之比为13答案BCD解析两离子所带电荷量之比为13，在电场中时由QEMA知AQ，故加速度之比为13，A错误；离开电场区域时的动能由EKQU知EKQ，故D正确；在磁场中运动的半径由BQVM、EKMV2知R，故B正确；设磁场区域的宽度为D，则有SIN，即，故602，C正确。142016武汉摸底多选图甲是回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差，A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速。两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动。若带电粒子在磁场中运动的动能EK随时间T的变化规律如图乙所示，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相对论效应带来的影响，下列判断正确的是A在EKT图中应该有TN1TNTNTN1B在EKT图中应该有TN1TNH2，所以D错误。第4个图因小球电性不知，则电场力方向不清，则高度可能大于H1，也可能小于H1，故C正确，B错误。172016怀化二模多选磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创12/19发展前景，其发电原理示意图如图所示。将一束等离子体即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性喷射入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场区域有两块面积为S、相距为D的平行金属板与外电阻R相连构成一电路，设气流的速度为V，气体的电导率电阻率的倒数为G。则以下说法正确的是A上板是电源的正极，下板是电源的负极B两板间电势差为UBDVC流经R的电流为ID流经R的电流为I答案AD解析等离子体射入匀强磁场，由左手定则，正粒子向上偏转，负粒子向下偏转，产生竖直向下的电场，正离子受向下的电场力和向上的洛伦兹力，当电场力和洛伦兹力平衡时，电场最强，即EQBQV，EBV，两板间的电动势为BVD，则通过R的电流为I，两极板间电势差为UIR；作为电源对外供电时，I而R气，二式结合，I。故A、D正确。182016浙江三校模拟多选如图所示，空间中存在正交的匀强电场E和匀强磁场B匀强电场水平向右，在竖直平面内从A点沿AB、AC方向抛出两带电小球不考虑两带电球的相互作用，两球电荷量始终不变，关于小球的运动，精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创13/19下列说法正确的是A沿AB、AC方向抛出的带电小球都可能做直线运动B只有沿AB抛出的带电小球才可能做直线运动C若有小球能做直线运动，则它一定是匀速运动D两小球在运动过程中机械能均守恒答案AC解析沿AB方向抛出的带正电小球，或沿AC方向抛出的带负电的小球，在重力、电场力、洛伦兹力作用下，都可能做匀速直线运动，A正确，B错误。在重力、电场力、洛伦兹力三力都存在时的直线运动一定是匀速直线运动，C正确。两小球在运动过程中除重力做功外还有电场力做功，故机械能不守恒，D错误。192016吉林模拟如图所示，一带电塑料小球质量为M，用丝线悬挂于O点，并在竖直平面内摆动，最大摆角为60，水平磁场垂直于小球摆动的平面。当小球自左方摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，则小球自右方最大摆角处摆到最低点时悬线上的张力为A0B2MGC4MGD6MG答案C解析设小球自左方摆到最低点时速度为V，则MV2MGL1COS60，此时QVBMGM，当小球自右方摆到最低点时，V大小不变，洛伦兹力方向发生变化，精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创14/19FTMGQVBM，得FT4MG，故C正确。一、基础与经典20如图所示，带电荷量为Q、质量为M的物块从倾角为37的光滑绝缘斜面顶端由静止开始下滑，磁感应强度为B的匀强磁场垂直纸面向外，求物块在斜面上滑行的最大速度和在斜面上运动的最大位移。斜面足够长，取SIN3706，COS3708答案VMS解析经分析，物块沿斜面运动过程中加速度不变，但随速度增大，物块所受支持力逐渐减小，最后离开斜面。所以，当物块对斜面的压力刚好为零时，物块沿斜面的速度达到最大，同时位移达到最大，即QVMBMGCOS物块沿斜面下滑过程中，由动能定理得MGSSINMV0由得VM。S。21如图所示，坐标系XOY在竖直平面内。X轴下方有匀强电场和匀强磁场，电场强度为E、方向竖直向下，磁感应强度为B、方向垂直纸面向里。将一个带电小球从Y轴上P0，H点以初速度V0竖直向下抛出，小球穿过X轴后，恰好做匀速圆周运动。不计空气阻力，已知重力加速度为G。求精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创15/191小球到达O点时速度的大小；2小球做圆周运动的半径；3小球从P点到第二次经过X轴所用的时间。答案123解析1设小球经过O点时的速度为V，从P到OV2V2GH，解得V。2小球穿过X轴后恰好做匀速圆周运动，画出小球运动的轨迹示意图，如图所示，有QEMG，从O到A，根据牛顿第二定律QVBM，求出R。3从P到O，小球第一次经过X轴，所用时间为T1，VV0GT1，从O到A，小球第二次经过X轴，所用时间为T2，T，T2，求出TT1T2。二、真题与模拟222016天津高考如图所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E5N/C，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B05T。有一带正电的小球，质量M1106KG，电荷量Q2106C，正以速度V在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P点时撤掉磁场不考虑磁场消失引起的电精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创16/19磁感应现象，取G10M/S2，求1小球做匀速直线运动的速度V的大小和方向；2从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间T。答案120M/S，与电场E夹角为60235S解析1小球做匀速直线运动时受力如图，其所受的三个力在同一平面内，合力为零，有QVB代入数据解得V20M/S速度V的方向与电场E的方向之间的夹角满足TAN代入数据解得TAN，60。2解法一撤去磁场，小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动，设其加速度为A，有A设撤掉磁场后小球在初速度方向上的分位移为X，有XVT设小球的重力与电场力的合力方向上分位移为