2011年高考物理二轮总复习 带电粒子在复合场中的运动课时练习

20112011 年高考物理二轮总复习回归基础提分课时练习年高考物理二轮总复习回归基础提分课时练习 第十一章第十一章 第三课时第三课时 一 选择题 共 10 小题 每小题 6 分 共 60 分 在每小题给出的四个选项中至少有一 项符合题意 全部选对的得 6 分 漏选的得 3 分 错选的得 0 分 1 高考北京理综 如图所示的虚线区域内 充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向 下的匀强电场 一带电粒子 a 不计重力 以一定的初速度由左边界的 O 点射入磁场 电场 区域 恰好沿直线由区域右边界的 O 点 图中未标出 穿出 若撤去该区域内的磁场而保 留电场不变 另一个同样的粒子 b 不计重力 仍以相同初速度由 O 点射入 从区域右边界 穿出 则粒子 b A 穿出位置一定在 O 点下方 B 穿出位置一定在 O 点上方 C 运动时 在电场中的电势能一定减小 D 在电场中运动时 动能一定减小 解析 本题考查带电粒子在磁场和电场中的运动 意在考查考生发散思维的能 力 带电粒子的电性可正也可负 当只有电场作用时 粒子穿出位置可能在 O 点上方 也可能在 O 点下方 电场力一定对粒子做正功 粒子的电势能减小 动能一定增加 答案 C 2 广东 如图所示 表面粗糙的斜面固定于地面上 并处于方向垂直纸面向外 强度 为 B 的匀强磁场中 质量为 m 带电量为 Q 的小滑块从斜面顶端由静止下滑 在滑块下 滑的过程中 下列判断正确的是 A 滑块受到的摩擦力不变 B 滑块到达地面时的动能与 B 的大小无关 C 滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下 D B 很大时 滑块可能静止于斜面上 解析 本题考查洛伦兹力 意在考查考生对带电物体在磁场中运动的受力分 析 滑块受重力 支持力 洛伦兹力 摩擦力 如图所示 由左手定则首先容易判断洛伦 兹力的方向为垂直斜面向下 C 正确 由 f洛 QvB 当速度发生变化时 洛伦兹力变化 由 FN f洛 mgcos 支持力也随之变化 由 f FN知摩擦力也随之变化 A 错误 磁场 B 的大小最终影响摩擦力的大小 影响滑块到达地面的过程中摩擦力做功的大小 滑块到 达地面时的动能与 B 的大小有关 B 错误 滑块从斜面顶端由静止下滑 所以中间不可能 静止在斜面上 D 错误 答案 C 3 高考辽宁 宁夏理综 医生做某些特殊手术时 利用电磁血流计来监测通过动脉的 血流速度 电磁血流计由一对电极 a 和 b 以及一对磁极 N 和 S 构成 磁极间的磁场是均匀 的 使用时 两电极 a b 均与血管壁接触 两触点的连线 磁场方向和血流速度方向两 两垂直 如图所示 由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动 电极 a b 之间会有 微小电势差 在达到平衡时 血管内部的电场可看作是匀强电场 血液中的离子所受的电 场力和磁场力的合力为零 在某次监测中 两触点间的距离为 3 0mm 血管壁的厚度可忽 略 两触点间的电势差为 160 V 磁感应强度的大小为 0 040T 则血流速度的近似值和电极 a b 的正负为 A 1 3m s a 正 b 负 B 2 7m s a 正 b 负 C 1 3m s a 负 b 正 D 2 7m s a 负 b 正 解析 本题考查带电粒子在复合场中的运动 磁流体发电机 左手定则等知识点 意在考查考生对带电粒子在复合场中的运动 力的平衡 左手定则的综合运用能力 根据 左手定则 可知 a 正 b 负 所以 CD 错误 因为离子在场中所受合力为零 Bqv q 所 U d 以 v 1 3m s A 正确 B 错误 U Bd 答案 A 4 高考广东卷 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 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 粒子的比荷越小 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 qvB0 得 mv2 R R 所以比荷不同的粒子偏转半径不一样 所以 A 正确 D 错误 mv qB0 答案 ABC 5 江西重点中学联考 如图所示 从离子源发射出的正离子 经加速电压 U 加速后 进入相互垂直的电场 E 方向竖直向上 和磁场 B 方向垂直纸面向外 中 发现离子向上偏 转 要使此离子沿直线通过电磁场 需要 A 增加 E 减小 B B 增加 E 减小 U C 适当增加 U D 适当减小 E 解析 离子所受的电场力 F qE 洛伦兹力 f qvB qU mv2 离子向上偏转 1 2 电场力大于洛伦兹力 故要使离子沿直线运动 可以适当增加 U 增加速度 洛伦兹力增 大 C 正确 也可适当减小 E 电场力减小 D 正确 答案 CD 6 武昌区调研 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 连接好高频交流电源后 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能得到加速 两盒放在匀强磁场中 磁场方向垂直盒面向下 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 比较它 3 14 2 们所需的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小 下列说法正确的是 A 加速氚核的交流电源的周期较大 氚核获得的最大动能较大 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 解析 考查回旋加速器相关知识 对于粒子在匀强磁场中的运动 由 R 可知 mv qB 随着粒子速度的增大 粒子的运动半径也逐渐增大 设氚核的质量为 3m 电荷量为 e 在 窄缝间被加速的次数为 a 则由 3mv2 aeU 和 R 其中 R 为氚核在 D 形盒中运动的 1 2 3mv eB 最大圆周半径 可得 a 同理 若 粒子在 D 形盒中被加速的次数为 b 则 b eB2R2 6mU 故 a b 2 3 故氚核的加速次数少于 粒子的加速次数 获得的动能较少 由 eB2R2 4mU T 可知 T 与 成正比 故加速氚核的交流电源的周期较大 获得的动能较小 B 正 2 m qB m q 确 答案 B 7 2010 天津五校联考 如图所示 相距为 d 的两平行金属板水平放置 开始开关 S1 和 S2均闭合使平行板电容器带电 板间存在垂直纸面向里的匀强磁场 一个带电粒子恰能 以水平速度 v 向右匀速通过两板间 在以下方法中 有可能使带电粒子仍能匀速通过两板 的是 不考虑带电粒子所受重力 A 保持 S1和 S2均闭合 减小两板间距离 同时减小粒子射入的速率 B 保持 S1和 S2均闭合 将 R1 R3均调大一些 同时减小板间的磁感应强度 C 把开关 S2断开 增大两板间的距离 同时减小板间的磁感应强度 D 把开关 S1断开 增大板间的磁感应强度 同时减小粒子入射的速率 解析 带电粒子恰能以水平速度 v 向右匀速通过两板间 说明电场力与洛伦兹力 平衡 保持 S1和 S2均闭合 两板之间电压不变 减小两板间距离 由 E U d 可知两板之 间的电场强度 E 增大 带电粒子所受电场力增大 减小粒子射入的速率 洛伦兹力减小 电场力与洛伦兹力不平衡 粒子不能够匀速通过两板 选项 A 错误 保持 S1和 S2均闭合 将 R3调大一些 不影响两板之间电压 将 R1调大一些 减小了两板之间电压 带电粒子 所受电场力减小 同时减小板间的磁感应强度 带电粒子所受洛伦兹力减小 有可能使带 电粒子仍能匀速通过两板 选项 B 正确 把开关 S2断开 平等板电容器极板上带电荷量不 变 增大两板间的距离 两板之间的电场强度不变 带电粒子所受电场力不变 同时减小 板间的磁感应强度 洛伦兹力减小 电场力与洛伦兹力不平衡 粒子不能够匀速通过两板 选项 C 错误 把开关 S1断开 带电的平行板电容器放电 带电粒子所受电场力消失 增大 板间的磁感应强度 同时减小粒子入射的速率 不能使带电粒子匀速通过两板 选项 D 错 误 答案 B 8 如图所示 某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场 电场方向水平向右 磁场方向 垂直于纸面向里 一个带电微粒由 a 点进入电磁场并刚好能沿 ab 直线向上运动 下列说法 正确的是 A 微粒一定带负电 B 微粒动能一定减小 C 微粒的电势能一定增加 D 微粒的机械能一定增加 解析 根据做直线运动的条件和受力情况可知 微粒一定带负电 且做匀速直线 运动 A 对 B 错 由于电场力向左对微粒做正功 电势能一定减小 C 错 由能量守恒可 知电势能减小 机械能一定增加 D 正确 答案 AD 9 如图所示 质量为 m 电荷量为 q 的微粒 在竖直向下的匀强电场 水平指向纸内 的匀强磁场以及重力的共同作用下做匀速圆周运动 下列说法中正确的是 A 该微粒带负电 电荷量 q mg EB 若该微粒在运动中突然分成比荷相同的两个粒 子 分裂后只要速度不为零且速度方向仍与磁场方向垂直 它们均做匀速圆周运动 C 如果分裂后 它们的比荷相同 而速率不同 那么它们运动的轨道半径一定不同 D 只要一分裂 不论它们的比荷如何 它们都不可能再做匀速圆周运动 解析 微粒在竖直向下的匀强电场 水平指向纸内的匀强磁场以及重力场的共同 作用下做匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力 必有重力与电场力为平衡力 则 q mg E 得 q m g E Eq 的方向向上 与电场的方向相反 故该微粒带负电 若该微粒 在运动中突然分成比荷相同的两个粒子 则 q q1 q2 m m1 m2 mv m1v1 m2v2 只 有粒子分裂后的比荷与分裂前的比荷相同 才能做匀速圆周运动 此时 r 半径一定 mv Bq 不同 答案 AC 10 狄拉克曾经预言 自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子 其周围磁感线呈均 匀辐射状分布 如图甲所示 距离它 r 处的磁感应强度大小为 B k 为常数 其磁场分 k r2 布与负点电荷 Q 的电场 如图乙所示 分布相似 现假设磁单极子 S 和负点电荷 Q 均固定 有带电小球分别在 S 极和 Q 附近做匀速圆周运动 则关于小球做匀速圆周运动的判断正确 的是 A 若小球带正电 其运动轨迹平面可在 S 的正上方 如图甲所示 B 若小球带正电 其运动轨迹平面可在 Q的正下方 如图乙所示 C 若小球带负电 其运动轨迹平面可在 S 的正上方 如图甲所示 D 若小球带负电 其运动轨迹平面可在 Q 的正下方 如图乙所示 解析 如图甲所示 在磁单极子上方平面内的小球 受到垂直磁感线斜向上的洛 伦兹力 正电荷逆时针绕向 负电荷顺时针绕向都可使洛伦兹力斜向上 和重力的作用 合 力提供向心力 故 A C 选项正确 在负点电荷下方的平面 带正电小球受到沿电场线方 向斜向上的电场力 可以做圆周运动 但带负电小球受到与电场线方向相反斜向下的电场 的作用 不能做圆周运动 所以 B 项正确 D 错误 答案 ABC 二 论述 计算题 本题共 3 小题 共 40 分 解答时应写出必要的文字说明 计算公 式和重要的演算步骤 只写出最后答案不得分 有数值计算的题 答案中必须明确数值和 单位 11 辽宁 宁夏理综 如图所示 在第一象限有一匀强电场 场强大小为 E 方向与 y 轴平行 在 x 轴下方有一匀强磁场 磁场方向与纸面垂直 一质量为 m 电荷量为 q q 0 的 粒子以平行于 x 轴的速度从 y 轴上的 P 点处射入电场 在 x 轴上的 Q 点处进入磁场 并从 坐标原点 O 离开磁场 粒子在磁场中的运动轨迹与 y 轴交于 M 点 已知 OP l OQ 2l 不计重力 求 3 1 M 点与坐标原点 O 间的距离 2 粒子从 P 点运动到 M 点所用的时间 解析 1 带电粒子在电场中做类平抛运动 沿 y 轴负方向上做初速度为零的匀加速运动 设 加速度的大小为 a 在 x 轴正方向上做匀速直线运动 设速度为 v0 粒子从 P 点运动到 Q 点所用的时间为 t1 进入磁场时速度方向与 x 轴正方向的夹角为 则 a qE m t1 v0 2y0 a x0 t1 其中 x0 2l y0 l 又有 3 tan at1 v0 联立 式 得 30 因为 M O Q 点在圆周上 MOQ 90 所以 MQ 为直径 从图中的几何关系可知 R 2l 3 MO 6l 2 设粒子在磁场中运动的速度为 v 从 Q 到 M 点运动的时间为 t2 则有 v v0 cos t2 R v 带电粒子自 P 点出发到 M 点所用的时间 t 为 t t1 t2 联立 式 并代入数据得 t 1 3 2 2ml qE 12 高考重庆理综 如图 离子源 A 产生的初速度为零 带电荷量均为 e 质量不同 的正离子被电压为 U0的加速电场加速后匀速通过准直管 垂直射入匀强偏转电场 偏转后 通过极板 HM 上的小孔 S 离开电场 经过一段匀速直线运动 垂直于边界 MN 进入磁感应 强度为 B 的匀强磁场 已知 HO d HS 2d MNQ 90 忽略离子所受重力 1 求偏转电场场强 E0的大小以及 HM 与 MN 的夹角 2 求质量为 4m 的离子在磁场中做圆周运动的半径 3 若质量为 4m 的离子垂直打在 NQ 的中点 S1处 质量为 16m 的离子打在 S2处 S1 和 S2之间的距离以及能打在 NQ 上的正离子的质量范围 解析 1 由 Error Error 得 E0 U0 d 由 tan v1 at 得 45 2 由Error Error 得 R 2 mU0 eB2 将 4m 代入上式得质量为 4m 的离子在磁场中做圆周运动的半径为 4 mU0 eB2 3 将 4m 和 16m 代入 R 得 R1 R2 由 S R1 R2 2 R2 R1 2 将 R1 R2代入得 S 4 1 3 mU0 eB2 由 R 2 2R1 2 R R1 2 得 R R1 5 2 由 R1 R R1 得 m mx 25m 1 2 5 2 13 2010 南京十三中月考 如图所示 在直角坐标系的第 象限 0 x 4m 区域内 分布着电场强度 E 106N C 的匀强电场 方向竖直向上 第 象限中的两个直角三角 2 8 形区域内 分布着磁感应强度大小均为 B 5 0 10