（新课标）2017届高考物理一轮总复习 必修部分 第8章 磁场 限时规范专题练6 电磁场问题综合应用.doc

限时规范专题练(六)电磁场问题综合应用时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共7小题，每小题6分，共42分。其中14为单选，57为多选)12015沈阳质监质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢元素三种同位素的离子流从容器a下方的小孔s无初速度飘入电势差为u的加速电场。加速后垂直进入磁感应强度为b的匀强磁场中。氢的三种同位素最后打在照相底片d上，形成a、b、c三条“质谱线”。则下列判断正确的是()a.进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚b.进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚c.在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚d.a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚答案a解析氢元素的三种同位素离子均带正电，电荷量大小均为e，经过加速电场，由动能定理有：euekmv2，故进入磁场中的动能相同，b项错；且质量越大的离子速度越小，故a项正确；三种离子进入磁场后，洛伦兹力充当向心力，evbm，解得：r，可见，质量越大的圆周运动半径越大，d项错；在磁场中运动时间均为半个周期，t，可见离子质量越大运动时间越长，c项错。2.2016西安八校联考如图甲是回旋加速器的原理示意图，其核心部分是两个d形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定)，并分别与高频电源相连，加速时某带电粒子的动能ek随时间t变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是()a高频电源的变化周期应该等于tntn1b.在ekt图象中t4t3t3t2t2t1c.粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大d.不同粒子获得的最大动能都相同答案b解析回旋加速器所加高频电源的频率与带电粒子在磁场中运动频率相同，在一个周期内，带电粒子两次通过匀强电场而加速，故高频电源的变化周期为tntn2，a项错；带电粒子在匀强磁场中运动周期与粒子速度无关，故b项正确；粒子加速后圆周运动半径达到加速器半径时，速度达到最大，即：qvmbmekmax，与加速次数无关，c项错；不同粒子的比荷不同，最大动能也不一定相同，d项错。3. 如图所示，一个质量为m，电荷量为q的带正电的粒子，从静止开始经电压u加速后，沿水平方向进入垂直于纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小为b，带电粒子经过半圆到a点，设oay，不计粒子的重力，则能正确反映y与u之间关系的图象是()答案b解析带电粒子经过加速电场加速的过程，由动能定理得，qumv2，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，qbvm，解得，r，又y2r，则y，b项正确。4. 如图所示，一个带负电的物体由粗糙绝缘的斜面顶端由静止下滑到底端时速度为v，若加一个垂直于纸面向外的匀强磁场，则带电体滑到底端时速度将()a.大于v b小于vc.等于v d无法确定答案b解析由左手定则判断带负电的物体沿斜面下滑时所受洛伦兹力方向垂直斜面向下，所以使物体与斜面之间的弹力增大，滑动摩擦力增大，从顶端滑到底端的过程中克服摩擦力做的功增多，根据动能定理可知，滑到底端时的动能小于无磁场时滑到底端的动能，故速率变小。5.2015西安四模带电小球以一定的初速度v0竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1；若加上水平方向的匀强磁场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h2；若加上水平方向的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h3，若加上竖直向上的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h4，如图所示。不计空气阻力，则()a一定有h1h3 b一定有h1h2，所以d错误。第4个图：因电性不知，则电场力方向不清，则高度可能高于h1，也可能低于h1，故c正确，b错误。6.2016长沙月考如图所示，两个倾角分别为30和60的足够长光滑斜面固定于水平地面上，并处于方向垂直纸面向里、磁感应强度为b的匀强磁场中。两个质量均为m、带电荷量为q的小滑块甲和乙分别从两个斜面顶端由静止释放，运动一段时间后，两小滑块都将飞离斜面，在此过程中()a甲滑块飞离斜面瞬间的速度比乙滑块飞离斜面瞬间的速度大b.甲滑块在斜面上运动的时间比乙滑块在斜面上运动的时间短c.甲滑块在斜面上运动的位移与乙滑块在斜面上运动的位移大小相同d.两滑块在斜面上运动的过程中(从释放到离开斜面)，重力的平均功率相等答案ad解析小滑块飞离斜面时，洛伦兹力与重力的垂直斜面的分力平衡，故：mgcosqvmb解得：vm所以斜面角度越小，飞离斜面瞬间的速度越大，故a正确；由受力分析得加速度agsin，所以甲的加速度小于乙的加速度，因为甲的最大速度大于乙的最大速度，由vmat得，甲的时间大于乙的时间，故b错误；由ab的分析和x得，甲的位移大于乙的位移，故c错误；由平均功率的公式pfvmgsin，所以d正确。7. 2016武昌调研如图所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直于纸面、磁感应强度大小可调的匀强磁场(环形区域的宽度非常小)。质量为m、电荷量为q的带正电粒子可在环中做半径为r的圆周运动。a、b为两块中心开有小孔的距离很近的平行极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过a板刚进入ab之间时，a板电势升高到u，b板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速。每当粒子离开b板时，a板电势又降为零。粒子在电场中一次次加速使得动能不断增大，而在环形区域内，通过调节磁感应强度大小可使绕行半径r不变。已知极板间距远小于r，则下列说法正确的是()a.环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向里b.粒子从a板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行n圈后回到a板时获得的总动能为nquc.粒子在绕行的整个过程中，a板电势变化周期不变d.粒子绕行第n圈时，环形区域内匀强磁场的磁感应强度为 答案bd解析带正电的粒子在磁场中做匀速圆周运动，由左手定则可知：环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向外，选项a错误；带电粒子每经过一次电场都将被加速一次，由动能定理可得：粒子从a板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行n圈后回到a板时获得的总动能为nqu，选项b正确；粒子在绕行的整个过程中，a板电势变化周期等于粒子在磁场中运动的周期，由周期公式t可知：v增大，周期t变小，选项c错误；由向心力公式qvb和动能定理nqumv2，联立可得：b ，选项d正确。二、非选择题(本题共3小题，共58分)8.2016邯郸质检(19分)如图，边长l0.2 m的正方形abcd区域(含边界)内，存在着垂直于区域的横截面(纸面)向外的匀强磁场，磁感应强度b5.0102 t。带电平行金属板mn、pq间形成了匀强电场e(不考虑金属板在其他区域形成的电场)，mn放在ad边上，两板左端m、p恰在ab边上，两板右端n、q间有一绝缘挡板ef。ef中间有一小孔o，金属板长度、板间距、挡板长度均为l0.1 m。在m和p的中间位置有一离子源s，能够正对孔o不断发射出各种速率的带正电离子，离子的电荷量均为q3.21019 c，质量均为m6.41026 kg。不计离子的重力，忽略离子之间的相互作用及离子打到金属板或挡板上后的反弹。(1)当电场强度e1.0104 n/c时，求能够沿so连线穿过孔o的离子的速率。(2)电场强度取值在一定范围时，可使沿so连线穿过o并进入磁场区域的离子直接从bc边射出，求满足条件的电场强度的范围。答案(1)2.0105 m/s(2)9.375102 n/ce1.25103 n/c解析(1)穿过孔o的离子在金属板间需满足qv0beq代入数据得v02.0105 m/s (2)穿过孔o的离子在金属板间仍需满足qvbeq离子穿过孔o后在磁场中做匀速圆周运动，有qvbm由以上两式得e从bc边射出的离子，其临界轨迹如图，对应轨迹半径最大，对应的电场强度最大，由几何关系可得r1l0.1 m由此可得e11.25103 n/c从bc边射出的离子，轨迹半径最小时，其临界轨迹如图，对应的电场强度最小，由几何关系可得2r2l所以r20.075 m由此可得e29.375102 n/c所以满足条件的电场强度的范围为：9.375102 n/ce v时进入电场中的粒子将打到极板上，即在电压等于 v时刻进入的粒子具有最大速度所以由动能定理得：qmvmv，vt105 m/s(2)计算可得，粒子射入磁场时的速度与水平方向的夹角为30。从下极板边缘射出的粒子轨迹如图中a所示，磁场中轨迹所对的圆心角为240，时间最长；从上极板边缘射出的粒子轨迹如图中b所示，磁场中轨迹所对应的圆心角为120，时间最短。因为两粒子的周期t相同，所以粒子在磁场中运动的最长时间和最短时间之比为21(3)如图，从o点射入磁场的粒子速度为v0，它在磁场中的出射点与入射点间距为d12r1r1，d1从距o点下方0.05 m处射入磁场的粒子速度与水平方向夹角，则它的速度为v2，它在磁场中的出射点与入射点间距为d22r2cos，r2，d2两个粒子向上偏移的距离相等。所以，两粒子射出磁场的出射点间距仍为进入磁场时的间距，即0.05 m10.2015盐城二模(20分)如图所示的xoy坐标系中，y轴右侧空间存在范围足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为b，方向垂直于xoy平面向里。p点的坐标为(2l,0)，q1、q2两点的坐标分别为(0，l)，(0，l)。坐标为处的c点固定一平行于y轴放置的长为l的绝缘弹性挡板，c为挡板中点，带电粒子与弹性绝缘挡板碰撞前后，沿y方向分速度不变，沿x方向分速度反向，大小不变。带负电的粒子质量为m，电量为q，不计粒子所受重力。若粒子在p点沿pq1方向进入磁场，经磁场运动后，求：(1)从q1直接到达q2处的粒子初速度大小；(2)从q1直接到达o点，粒子第一次经过x轴的交点坐标；(3)只与挡板碰撞两次并能回到p点的粒子初速度大小。答案(1)(2)(3)解析(1)由题意画出粒子运动轨迹，如图甲所示，设pq1与x轴正方向夹角为，粒子在磁场中做圆周运动的半径大小为r1，由几何关系得：r1cosl其中：cos，粒子在磁场中做匀速圆周运动qv1bm解得：v1(2)由题意画出粒子运动轨迹如图乙所示，设其与x轴交点为e，由几何关系得：r2cos，r2l设e点横坐标为xe，由几何关系得：xe2r2sin得xe则e点坐标