江苏省高考物理 热点预测 4.9带电粒子在组合场、复合场中的运动.doc

江苏省2013年高考物理 热点预测 5.10恒定电流与交变电流一、单项选择题(本题共5小题，每小题6分，共计30分。每小题只有一个选项符合题意)1.(2012苏北四市二模)在如图所示的平行板器件中，电场强度e和磁感应强度b相互垂直。一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子( )a.一定带正电b.速度v=c.若速度v粒子一定不能从板间射出d.若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动2.(2012云南名校联考)如图所示，长方体玻璃水槽中盛有nacl的水溶液，在水槽左、右侧壁内侧各装一导体片，使溶液中通入沿x轴正向的电流i，沿y轴正向加恒定的匀强磁场b。图中a、b是垂直于z轴方向上水槽的前后两内侧面，则( a.a处电势高于b处电势b.a处离子浓度大于b处离子浓度c.溶液的上表面电势高于下表面的电势d.溶液的上表面处的离子浓度大于下表面处的离子浓度3.质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场如图所示为质谱仪的原理图设想有一个静止的质量为m,带电荷量为q的带电粒子(不计重力)，经电压为u的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为b的偏转磁场中，带电粒子打到底片上的p点，设op=x，则在图中能正确反映x与u之间的函数关系的是( )4.(2012池州一模)如图所示，ab极板间存在竖直方向的匀强电场和匀强磁场，一带电粒子在ab间的水平面内做匀速圆周运动。当滑片p向上移动时，下列说法正确的是( )a该粒子将做平抛运动b洛伦兹力将做功c该粒子的电势能将增加d该粒子的机械能将增加5(2012宝鸡二模)如图所示，真空中有一匀强电场和水平面成一定角度斜向上，一个电荷量为q=-510-6 c的带电质点固定于电场中的o点，在a点有一个质量为m=910-3 kg、电荷量为q=210-8 c的点电荷恰能处于静止，a与o在同一水平面上，且相距为r0.1 m。现用绝缘工具将 q搬到与 a在同一竖直平面上的 b点，oaob且相互垂直，在此过程中外力至少做功为( )a1.810-2 jb9(+1)10-3 jc910-3 jd910-3 j二、多项选择题(本题共4小题，每小题8分，共计32分。每小题有多个选项符合题意) 6.在某一空间同时存在相互正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的方向竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，如图所示。两个带电液滴在此复合场中恰好都能在竖直平面内做匀速圆周运动，则( )a它们的运动周期一定相等b它们的圆周运动方向可能相反c若它们的速度大小相等，轨道半径就一定相等d若它们的动能相等，轨道半径就一定相等7.(2012如皋二模)如图所示为阿尔法磁谱仪的内部结构示意图，它曾由航天飞机携带升空，安装在阿尔法空间站中，用来探测宇宙射线。现假设一束由两种不同粒子组成的宇宙射线，恰好沿直线oo通过正交的电场和磁场区域后进入匀强磁场b2，形成两条径迹，则下列说法中正确的是( )a粒子1进入磁场b2的速度小于粒子2的速度b粒子1进入磁场b2的速度等于粒子2的速度c粒子1的比荷大于粒子2的比荷d粒子1的比荷小于粒子2的比荷8(2012宜春二模)如图所示，l1和l2为两条平行的虚线，l1上方和l2下方都是范围足够大，且磁感应强度相同的匀强磁场，a、b两点都在l2上。带电粒子从a点以初速度v0与l2成30角斜向右上方射出，经过偏转后正好过b点，经过b点时速度方向也斜向上，不计重力，下列说法正确的是( )a若将带电粒子在a点时的初速度变大(方向不变)，它仍能经过b点b带电粒子经过b点时的速度一定跟在a点时的速度大小相同c此带电粒子既可以是正电荷，也可以是负电荷d若将带电粒子在a点时的初速度方向改为与l2成60角斜向右上方，它将不能经过b点9.如图所示，在第二象限内有水平向右的匀强电场，电场强度为e，在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等。 有一个带电粒子以初速度v0垂直x轴，从x轴上的p点进入匀强电场，恰好与y轴成45角射出电场，再经过一段时间又恰好垂直于x轴进入下面的磁场。已知op之间的距离为d，则带电粒子( )a.在电场中运动的时间为b.在磁场中做圆周运动的半径为dc.自进入磁场至第二次经过x轴所用时间为d.自进入电场至在磁场中第二次经过x轴的时间为三、计算题(本题共3小题，共38分，需写出规范的解题步骤)10(2012马鞍山一模)(13分)如图所示，在地面附近，坐标系xoy在竖直平面内的空间中存在着沿水平方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为b，在x0区域。要使油滴进入x0的区域后能在竖直平面内做匀速圆周运动，需要在x0区域加一个匀强电场e。若带电油滴做匀速圆周运动通过x轴上的n点，且mo=no，g取10 m/s2。求：(1)油滴运动速度大小。(2)在x0空间内所加电场强度大小和方向。(3)油滴从x轴上的m点开始运动到达n点所用的时间。11(2012烟台一模)(12分)离子扩束装置由离子加速器、偏转电场和偏转磁场组成。偏转电场由加了电压的相距为d=0.1 m的两块水平平行放置的导体板形成，如图甲所示。大量带负电的相同离子(其重力不计)由静止开始，经加速电场加速后，连续不断地沿平行于导体板的方向从两板正中间射入偏转电场。当偏转电场两板不带电时，离子通过两板之间的时间为310-3s，当在两板间加如图乙所示的电压时，所有离子均能从两板间通过，然后进入水平宽度有限、竖直宽度足够大、磁感应强度为b=1 t的匀强磁场中，最后通过匀强磁场打在竖直放置的荧光屏上。求：(1)离子在刚穿出偏转电场两板之间时的最大侧向位移与最小侧向位移之比为多少？(2)要使侧向位移最大的离子能垂直打在荧光屏上，偏转磁场的水平宽度l为多大？12.(13分)如图所示，光滑的绝缘平台水平固定，在平台右下方有相互平行的两条边界mn与pq，其竖直距离为h=1.7 m，两边界间存在匀强电场和磁感应强度为b=0.9 t且方向垂直纸面向外的匀强磁场，mn过平台右端，与水平方向夹角=37。在平台左端放一个可视为质点的a球，其质量为ma=0.17 kg，电量为q=+0.1 c，现给a球不同的水平速度，使其飞出平台后恰好能做匀速圆周运动。其中sin37=0.6，cos37=0.8，g取10 m/s2。(1)求电场强度的大小和方向。(2)要使a球在mnqp区域内的运动时间保持不变，则a球的速度应满足的条件？(a球飞出mnqp区域后不再返回)(3)在平台右端再放一个可视为质点且不带电的绝缘b球，a球以va0=3 m/s的速度水平向右运动，与b球碰后两球均能垂直pq边界飞出，则碰后a、b两球的速度各为多少？答案解析1.【解析】选b。粒子带正电和负电均可，选项a错误；由洛伦兹力等于电场力，qvb=qe,解得速度v=选项b正确；若速度v粒子可能从板间射出，选项c错误；若此粒子从右端沿虚线方向进入，所受电场力和洛伦兹力方向相同，不能做直线运动，选项d错误。2.【解析】选b。由左手定则可判断出正负离子都向a侧面偏转，a处离子浓度大于b处离子浓度，选项b正确。3.【解析】选b。带电粒子先经加速电场加速，故qu=进入磁场后偏转，op=x=2r=两式联立得，op=x=所以b为正确答案。4.【解析】选d。带电粒子在ab间的水平面内做匀速圆周运动，必然有竖直方向的电场力与重力平衡，水平面内洛伦兹力提供向心力，当滑片p向上移动时，接入电路的有效电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，极板ab间电压增大，板间场强增大，电场力大于重力，粒子向上加速，电场力做正功，电势能减小，机械能增加，选项c错误，选项d正确；粒子速度增大后，只是增加竖直向上的速度，但水平面内圆周运动的速度不变，粒子的运动轨迹是向上的螺旋状曲线，最后打在上极板a上，选项a错误；洛伦兹力总是不做功，选项b错误。5【解析】选d。点电荷恰好在a点静止，在该位置点电荷受力平衡，受力分析图如图所示。因为带电质点q对点电荷的库仑力为f=k=910-2 n，点电荷的重力为g=mg=910-2 n，根据平衡条件知，匀强电场对点电荷的电场力大小为f电=910-2 n，方向与oa成45角斜向上，与ab连线垂直，直线ab与电场线垂直是匀强电场的等势线。用绝缘工具将 q搬到与a在同一竖直平面上的 b点的过程中，库仑力和电场力都对点电荷不做功，只有重力做了w=-mgr=-910-3 j的功，因此，在该过程中，外力至少应克服重力做910-3 j的功，选项d正确，其他选项均错。6.【解析】选a、c。两个带电液滴在此复合场中恰好都能在竖直平面内做匀速圆周运动，说明都满足qe=mg，那么，两个带电液滴的比荷相等，即磁感应强度相同，带电液滴做圆周运动的周期t=因此，选项a正确；两带电液滴的电场力都竖直向上，电性相同，所做的圆周运动的方向必然相同，垂直纸面看都沿逆时针方向，选项b错误；圆周运动的半径r=磁感应强度相同，比荷相同，若速度大小相等，则运动半径相等，故选项c正确，而选项d错误。7.【解析】选b、c。两种不同的宇宙射线粒子沿直线通过正交的电场和磁场区域(速度选择器)，说明两种粒子的速度大小相等，都是v=则选项b正确，而选项a错误；两种粒子在同一磁场中的运动半径不相等，且r2r1，即 因此，粒子1的比荷大于粒子2的比荷，选项c正确，而选项d错误。8【解析】选a、b、c。带电粒子从l2上的a点以初速度v0与l2成30角斜向右上方射出后，如果一个周期内刚好通过l2上的b点时，其运动轨迹如图所示。由图可知，粒子到达b点时的速度与在a点时的速度相同，选项b正确；根据运动规律及题目条件可知，a、b两点间的距离应等于lab= (其中d表示l1与l2之间的距离，r表示粒子做圆周运动的半径)，粒子能否通过b点与粒子的初速度大小及方向无关，故选项a正确，而选项d错误；同理，可根据粒子带负电时的运动轨迹，得到lab与粒子的速度无关，则粒子带负电时也能通过b点，选项c正确。9.【解析】选a、d。带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，水平方向做匀加速直线运动，竖直方向做匀速直线运动，出电场时与y轴成45角，水平速度与竖直速度相等，则由水平方向则竖直方向的位移y=v0t1=2d,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，恰好垂直于x轴进入下面的磁场，则由几何关系可求出粒子的半径为r=2d且r=粒子垂直进入下面磁场中继续做匀速圆周运动，又垂直x轴出磁场，粒子自进入磁场至第二次经过x轴所用时间为自进入电场至在磁场中第二次经过x轴的时间为t=t1+t2=故选a、d。10【解析】(1)带正电的油滴在x0空间的受力分析图如图所示。根据平衡条件可得：在竖直方向上qvbcos30=mg(1分)在水平方向上qvbsin30=qe(1分)解得v=(1分)(2)联立(1)中两式解得mg=(1分)油滴在磁场中做匀速圆周运动，要求mg=qe故e=(1分)且场强方向竖直向上(1分)(3)设油滴从m点到p点的时间为t1,从p点到n点的时间为t2,油滴做匀速圆周运动的轨道半径为r。过p点作直线mp的垂线交x轴于o,由几何知识得：op=tan30=om(1分)on=on-opsin30=om(1分)故o为圆心。qvb=(1分)由几何知识mp=rcot30(1分)(1分)(1分)(1分)答案：(1) (2)e 竖直向上(3)()【方法技巧】解决带电粒子运动问题的方法数形思维法数形思维方法是解决带电粒子运动问题的基本方法。带电粒子在磁场中的圆周运动，关键是根据题中的“几何约束”，挖掘隐含的几何关系，求出轨迹半径，要善于将物理问题划归为几何问题，建立数形结合的思想。建立数形结合思想可以从“数、形、链”三个方面进行。(1)所谓“数”也就是物理量，可以是具体数据，也可以是符号；(2)所谓“形”，就是将题设物理情境以图形的形式呈现出来；(3)所谓“链”，也就是情景链接和条件关联。情景链接就是将物理情境分解成若干的子过程，并将这些子过程由“数、形”有机地链接起来；条件关联就是“数”间关联或临界条件关联。“数、形、链”三位一体，三维建模，一般分为三步建立物理模型： (1)分析和分解物理过程，确定不同过程的初、末状态，将状态量与过程量对应起来；(2)画出关联整个物理过程的思维导图，对于运动过程直接画出运动草图；(3)在草图上标出物理过程和对应的物理量，建立情景链接和条件关联，完成情景模型。11【解题指导】解答本题时应该注意：(1)离子进入偏转电场后在偏转方向上的运动规律分析和判断。(2)根据几何知识求离子在磁场中的运动半径与磁场宽度的关系。【解析】(1)设t0=110-3 s，由题意可知，从0、3t0、6t0时刻进入偏转电场的离子侧向位移最大，在这种情况下，离子的侧向位移为ymax= (2分)从2t0、5t0、8t0时刻进入偏转电场的离子侧向位移最小，在这种情况下，离子的侧向位移为ymin=(2分)所以最大侧向位移与最小侧向位移之比为ymaxymin=21(1分)(2)设离子从偏转电场中射出时的偏向角为，由于离子要垂直打在荧光屏上，离子在磁场中的运动轨迹如图所示。由几何知识可知离子在磁场中运动半径应为r=(1分)设离子从偏转电场中出来时的速度为v，垂直偏转极板的速度为vy，则离子从偏转电场中出来时有sin=(1分)式中(1分)离子在