【走向高考】（2013春季出版）高考物理总复习 8-4电磁场在实际中的应用同步练习 新人教版

1 8 48 4 电磁场在实际中的应用电磁场在实际中的应用 一 选择题 1 设回旋加速器中的匀强磁场的磁感应强度为B 粒子的质量为m 所带电荷量为 q 刚进入磁场的速度为v0 回旋加速器的最大半径为R 那么两极间所加的交变电压的周 期T和该粒子的最大速度v分别为 A T v不超过 B T v不超过 2 m qB qBR m m qB qBR m C T v不超过 D T v不超过 2 m qB qBR 2m m qB qBR 2m 答案 A 解析 粒子做匀圆周运动周期为T 故电源周期须与粒子运动周期同步 粒 2 m qB 子的最大速度由最大半径R决定 2 2012 北京西城抽样 如图是磁流体发电机的原理示意图 金属板M N正对着平行 放置 且板面垂直于纸面 在两板之间接有电阻R 在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁 场 当等离子束 分别带有等量正 负电荷的离子束 从左向右进入极板时 下列说法中正 确的是 A N板的电势高于M板的电势 B M板的电势高于N板的电势 C R中有由b向a方向的电流 D R中有由a向b方向的电流 答案 BD 解析 根据左手定则可以判断 当等离子束 分别带有等量正 负电荷的离子束 从 左向右进入极板时 正粒子向上偏转 所以M板的电势高于N板的电势 B 选项正确 A 选 项错误 在电源外部电流从高电势流向低电势 R中有由a向b方向的电流 D 选项正确 C 选项错误 3 如图是质谱仪的工作原理示意图 带电粒子被加速电场加速后 进入速度选择器 2 速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E 平板S上有可让粒子 通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2 平板S下方有强度为B0的匀强磁场 下列表述 正确的是 A 质谱仪是分析同位素的重要工具 B 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E B D 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P 粒子的荷质比越小 答案 ABC 解析 本题考查质谱仪的工作原理 意在考查考生分析带电粒子在电场 磁场中的 受力和运动的能力 粒子先在电场中加速 进入速度选择器做匀速直线运动 最后进入磁 场做匀速圆周运动 在速度选择器中受力平衡 Eq qvB得v E B 方向由左手定则可知 磁场方向垂直纸面向外 BC 正确 进入磁场后 洛伦兹力提供向心力 由qvB0 得 mv2 R R 所以荷质比不同的粒子偏转半径不一样 所以 A 正确 D 错 mv qB0 4 如图所示 铜质导电板置于匀强磁场中 通电时铜板中电流方向向下 由于磁场的 作用 则 A 板左侧聚集较多电子 使b点电势高于a点 3 B 板左侧聚集较多电子 使a点电势高于b点 C 板右侧聚集较多电子 使a点电势高于b点 D 板右侧聚集较多电子 使b点电势高于a点 答案 C 解析 铜板导电靠的是自由电子的定向移动 电流方向向下 则电子相对磁场定向 移动方向向上 根据左手定则 电子受洛伦兹力方向向右 致使铜板右侧聚集较多电子 左侧剩余较多正离子 板中逐渐形成方向向右的水平电场 直到定向移动的自由电子受到 的洛伦兹力与水平电场力平衡为止 所以由于磁场的作用 整个铜板左侧电势高于右侧 即 a b 5 2012 福建福州质检 如图所示 在平行线MN PQ之间存在竖直向上的匀强电场和 垂直纸面的磁场 未画出 磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大 一带电微粒进入该区域 时 由于受到空气阻力作用 恰好能沿水平直线OO 通过该区域 带电微粒所受的重力忽 略不计 运动过程带电荷量不变 下列判断正确的是 A 微粒从左到右运动 磁场方向向里 B 微粒从左到右运动 磁场方向向外 C 微粒从右到左运动 磁场方向向里 D 微粒从右到左运动 磁场方向向外 答案 B 解析 微粒恰好能沿水平直线OO 通过该区域 说明qvB qE 微粒受到空气阻力 作用 速度逐渐变小 故沿运动方向磁感应强度逐渐增大 故微粒从左向右运动 由右手 定则可知 磁场方向向外 选项 B 对 6 如图所示 有一混合正离子束先后通过正交电场 磁场区域 和匀强磁场区域 如果这束正离子束在区域 中不偏转 进入区域 后偏转半径又相同 则说明这些正离子 具有相同的 4 A 动能 B 质量 C 电荷量 D 比荷 答案 D 解析 设电场的场强为E 由于正离子在区域 里不发生偏转 则Eq B1qv 得 v 当正离子进入区域 时 偏转半径又相同 所以R 故选项 D E B1 mv B2q m E B1 B2q Em B1B2q 正确 7 2011 厦门模拟 回旋加速器是用来加速带电粒子的装置 如图所示 它的核心部分 是两个D形金属盒 两盒相距很近 分别和高频交流电源相连接 两盒间的窄缝中形成匀 强电场 使带电粒子每次通过窄缝都得到加速 两盒放在匀强磁场中 磁场方向垂直于盒 底面 带电粒子在磁场中做圆周运动 通过两盒间的窄缝时反复被加速 直到达到最大圆 周半径时通过特殊装置被引出 如果用同一回旋加速器分别加速氚核 H 和 粒子 He 3 14 2 比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小 有 A 加速氚核的交流电源的周期较大 氚核获得的最大动能也较大 B 加速氚核的交流电源的周期较大 氚核获得的最大动能较小 C 加速氚核的交流电源的周期较小 氚核获得的最大动能也较小 D 加速氚核的交流电源的周期较小 氚核获得的最大动能较大 5 答案 B 解析 由题意知 回旋加速器交流电源的周期应与带电粒子在磁场 mH m 3 4 qH q 1 2 中做圆周运动的周期相等 由T 可得 故加速氚核的交流电源的周期较大 2 m Bq TH T 3 2 因为粒子最后直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出 由R 可得氚核和 mv Bq 2mEk qB 粒子的最大动能之比 氚核获得的最大动能较小 故选项 B 正确 EkH Ek 1 3 8 如图所示是质谱仪工作原理的示意图 带电粒子a b经电压U加速 在A点的初速度 为零 后 进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动 最后分别打在感光板S上的 x1 x2处 图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a b所通过的路径 则 A a的质量一定大于b的质量 B a的电荷量一定大于b的电荷量 C 在磁场中a运动的时间大于b运动的时间 D a的比荷大于b的比荷 qa ma qb mb 答案 D 解析 设粒子经电场加速后的速度为v 由动能定理 有qU mv2 则粒子在磁场 1 2 中做匀速圆周运动的半径R 由图知粒子a的轨迹半径小于粒子b的轨 mv qB 2mqU qB m q x1 2 迹半径 故 选项 D 正确 A B 错误 粒子在磁场中的运动时间t 结 x2 2 ma qa mb qb T 2 m qB 合上式 有ta tb 选项 C 错误 二 非选择题 9 6 竖直放置的半圆形光滑绝缘管道处在如图所示的匀强磁场中 B 1 1T 管道半径 R 0 8m 其直径POQ在竖直线上 在管口P处以 2m s 的速度水平射入一个带电小球 可视 为质点 其电荷量为 10 4C g取 10m s2 小球滑到Q处时的速度大小为 若小 球从Q处滑出瞬间 管道对它的弹力正好为零 小球的质量为 答案 6m s 1 2 10 5kg 解析 小球在管道中受重力 洛伦兹力和轨道的作用力 而只有重力对小球做功 由动能定理得 mg 2R mv mv 解得vQ 6m s 1 22Q 1 22P4gR v2P 在Q处弹力为零 则洛伦兹力和重力的合力提供向心力 有qvQB mg m v2Q R 解得m 1 2 10 5kg 10 2012 黑龙江模拟 如图所示 在直角坐标系xOy的第一象限内有沿x轴正方向 的匀强电场E 在x 0 的空间中 存在垂直xOy平面向外的匀强磁场 一个质量为m 带电 荷量为q的负粒子 在x轴上的P h 0 点沿y轴正方向以速度v0进入匀强电场 在电扬力 的作用下从y轴上的Q点离开电场进入磁场 在磁场力的作用下恰好经过坐标原点再次进 入电场 已知E 不考虑带电粒子的重力和通过O点后的运动 求 3mv2 0 2qh 1 Q点的纵坐标yQ 7 2 带电粒子从P点开始 经Q点到O点运动的总时间 答案 1 2 2 3h 3 2 2 3 3 9 h v0 解析 1 粒子从P点到Q点 做类平抛运动 设运动时间为t1 则 yQ v0t1 h t 1 2 qE m2 1 联立 解得yQ h 2 3 3 2 设粒子到Q点时 速度大小为v 与y轴正方向的夹角为 则 mv2 mv qEh 1 2 1 22 0 cos v0 v 联立解得v 2v0 60 粒子从Q点到O点 做匀速圆周运动 其半径为R 则 Rsin yQ 2 t1 yQ v0 t2 2 3 2 R v t t1 t2 t 2 2 3 3 9 h v0 11 2013 山东泰安 如图所示 一质量为m 电荷量为q 重力不计的微粒 从倾斜 放置的平行电容器 的A板处由静止释放 A B间电压为U1 微粒经加速后 从D板左边 缘进入一水平放置的平行板电容器 由C板右边缘且平行于极板方向射出 已知电容器 的板长为板间距离的 2 倍 电容器右侧竖直面MN与PO之间的足够大空间中存在着水平 向右的匀强磁场 图中未画出 MN与PQ之间的距离为L 磁感应强度大小为B 在微粒的 运动路径上有一厚度不计的窄塑料板 垂直纸面方向的宽度很小 斜放在MN与PQ之间 45 求 8 1 微粒从电容器I加速后的速度大小 2 电容器 两极板C D间的电压 3 假设粒子与塑料板碰撞后 电荷量和速度大小不变 方向变化遵循光的反射定律 碰撞时间极短忽略不计 求微粒在MN与PQ之间运动的时间和路程 答案 1 2 3 L 2qU1 m U1 2 L qU1m qU1 2 m qB 2 qB qmU1 解析 1 在电容器 中 根据动能定理有qU1 mv 0 解得 v1 1 22 1 2qU1 m 2 设微粒进入电容器 时的速度方向与水平方向的夹角为 板间距为d 运动时 间为t 则沿板方向 2d v1cos t 垂直板方向 d v1sin t 1 2 t2 v1sin t 0 解得 45 u2 U1 qU2 md qU2 md 1 2 3 微粒进入磁场后先做匀速直线运动第一次碰板后做匀速圆周运动 二次碰板后做匀 速直线运动 微粒进入磁场的速度 v2 v1cos 微粒做匀速圆周运动 qU1 m qv2B m T 解得 R T 微粒在MN和PQ间的运动路程 v2 2 R 2 R v2 mv2 qB 2 m qB x L 2 R L 2 qB qmU1 运动时间 t T L v2 L qU1m qU1 2 m qB 12 2012 郑州质量预测 如图甲所示 两平行金属板长度l不超过 0 2m 两板间电 压U随时间t变化的U t图象如图乙所示 在金属板右侧有一左边界为MN 右边无界的 匀强磁场 磁感应强度B 0 01T 方向垂直纸面向里 现有带正电的粒子连续不断地以速 度v0 1 105m s 射入电场中 初速度方向沿两板间的中线OO 方向 磁场边界MN与中线 9 OO 垂直 已知带电粒子的比荷 1 108C kg 粒子的重力和粒子之间的相互作用力均可 q m 忽略不计 1 在每个粒子通过电场区域的时间内 可以把板间的电场强度当做恒定的 请通过计 算说明这种处理能够成立的理由 2 设t 0 1s 时刻射入电场的带电粒子恰能从金属板边缘穿越电场射入磁场 求该带 电粒子射出电场时速度的大小 3 对于所有经过电场射入磁场的带电粒子 设其射入磁场的入射点和从磁场射出的出 射点间的距离为d 试判断 d的大小是否随时间变化 若不变 证明你的结论 若变化 求出d的变化范围 答案 1 见解析 2 1 41 105m s 3 d不随时间变化 解析 1 带电粒子在金属板间运动的时间为 t 2 10 6s l v0 由于t远小于T T为电压U的变化周期 故在t时间内金属板间的电场可视为恒定的 另解 在t时间内金属板间电压变