【优化方案】2012高中物理 第3章第五节知能优化训练 教科版选修3-1

1 如图 3 5 14 所示 ab是一弯管 其中心线是半径为R的一段圆弧 将它置于一给 定的匀强磁场中 磁场的方向垂直于圆弧所在平面 并指向纸外 有一束粒子对准a端射入 弯管 粒子有不同的速度 不同的质量 但都是一价正离子 则 图 3 5 14 A 只有速度大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 B 只有质量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 C 只有mv乘积大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 D 只有能量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 解析 选 C 由r 得 当r q B相同时 mv乘积大小相同 但m不一定相同 v也 mv qB 不一定相同 故选项 A B D 错 C 对 2 1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器 其原理如图 3 5 15 所示 这台加 速器由两个铜质 D 形盒 D1 D2构成 其间留有空隙 下列说法正确的是 图 3 5 15 A 离子由加速器的中心附近进入加速器 B 离子由加速器的边缘进入加速器 C 离子从磁场中获得能量 D 离子从电场中获得能量 解析 选 AD 回旋加速器的两个 D 形盒之间分布着周期性变化的电场 不断地给带电粒 子加速使其获得能量 而 D 形盒处分布着恒定不变的磁场 具有一定速度的带电粒子在 D 形 盒内受到磁场的洛伦兹力提供的向心力而做圆周运动 洛伦兹力不做功故不能使离子获得能 量 C 错 离子源在回旋加速器的中心附近 所以正确选项为 A D 3 如图 3 5 16 所示是粒子速度选择器的原理图 如果粒子所具有的速率v 那么 E B 图 3 5 16 A 带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区 才能沿直线通过 B 带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区 才能沿直线通过 C 不论粒子电性如何 沿ab方向从左侧进入场区 都能沿直线通过 D 不论粒子电性如何 沿ba方向从右侧进入场区 都能沿直线通过 解析 选 AC 按四个选项要求让粒子进入 洛伦兹力与电场力等大反向抵消了的就能沿 直线匀速通过磁场 4 图 3 5 17 是磁流体发电机原理示意图 A B极板间的磁场方向垂直于纸面向 里 等离子束从左向右进入板间 下述正确的是 图 3 5 17 A A板电势高于B板 负载R中电流向上 B B板电势高于A板 负载R中电流向上 C A板电势高于B板 负载R中电流向下 D B板电势高于A板 负载R中电流向下 解析 选 C 等离子束指的是含有大量正 负离子 整体呈中性的离子流 进入磁场后 正离子受到向上的洛伦兹力向A板偏 负离子受到向下的洛伦兹力向B板偏 这样正离子聚 集在A板 而负离子聚集在B板 A板电势高于B板 电流方向从A R B 5 在直径为d的圆形区域内存在匀强磁场 磁场方向垂直于圆面指向纸外 一电荷量为 q 质量为m的粒子 从磁场区域的一条直径AC上的A点射入磁场 其速度大小为v0 方向 与AC成 角 若此粒子恰好能打在磁场区域圆周上的D点 AD与AC的夹角为 如图 3 5 18 所示 求该匀强磁场的磁感应强度B的大小 图 3 5 18 解析 首先确定圆心位置 过A点作AO v0 再作AD的垂直平分线EO与AO交于O点 则O为带电粒子在磁场中做圆周运动的圆心 如图所示 设 R AO 由牛顿运动定律得 qv0B 即B mv2 0 R mv0 qR 而在等腰三角形AOD中 R 设 DAO AD 2 1 cos 在直角三角形ADC中 dcos AD 又由图中几何关系得 2 解得B 2mv0sin qdcos 答案 2mv0sin qdcos 一 选择题 1 2011 年银川高二检测 如图 3 5 19 所示 一带电粒子垂直射入一自左向右逐渐增 强的磁场中 由于周围气体的阻尼作用 其运动轨迹仍为一段圆弧线 则从图中可以判断 不计重力 图 3 5 19 A 粒子从A点射入 速率逐渐减小 B 粒子从A点射入 速率逐渐增大 C 粒子带负电 从B点射入磁场 D 粒子带正电 从B点射入磁场 解析 选 A 带电粒子受阻尼作用 速率减小 而运动半径未变 由r 知 粒子运动 mv qB 轨迹上B逐渐减小 粒子应从A点射入磁场 故 A 对 B 错 据左手定则及偏转方向可以判 断粒子带正电 C D 错 2 2011 年天津新四区高二检测 一个用于加速质子的回旋加速器 其核心部分如图 3 5 20 所示 D 形盒半径为R 垂直 D 形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B 两盒分别 与交流电源相连 下列说法正确的是 图 3 5 20 A 质子被加速后的最大速度随B R的增大而增大 B 质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大 C 只要R足够大 质子的速度可以被加速到任意值 D 不需要改变任何量 这个装置也能用于加速 粒子 解析 选 A 由r 得当r R时 质子有最大速度vm 即B R越大 vm越大 mv qB qBR m vm与加速电压无关 A 对 B 错 随着质子速度v的增大 质量m会发生变化 据T 知 2 m qB 质子做圆周运动的周期也变化 所加交流电与其运动不再同步 即质子不可能一直被加速下 去 C 错 由上面周期公式知 粒子与质子做圆周运动的周期不同 故此装置不能用于加速 粒子 D 错 3 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 3 5 21 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做是匀强电场 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 0 mm 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 0 040 T 则血流速度的近似值和电极a b的正负为 图 3 5 21 A 1 3 m s a正 b负 B 2 7 m s a正 b负 C 1 3 m s a负 b正 D 2 7 m s a负 b正 解析 选 A 血液中的离子在达到平衡时 其所受电场力与洛伦兹力平衡 即q qvB v 1 3 m s 根据左手定则电极a正 b负 U d 4 如图 3 5 22 所示 匀强电场的方向竖直向上 匀强磁场的方向垂直纸面向里 三 个油滴a b c带有等量同种电荷 其中a静止 b向右做匀速运动 c向左做匀速运动 比较它们的重力Ga Gb Gc间的关系 正确的是 图 3 5 22 A Ga最大 B Gb最大 C Gc最大 D Gb最小 解析 选 B 由于a静止 Ga qE 电场力向上 带正电荷 由左手定则可知 b受洛伦 兹力方向向上 Gb qE qvB c受洛伦兹力方向向下 Gc qvB qE 由此可知 Gb Ga Gc 故 B 正确 5 2011 年吉林市高二检测 设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁 场 如图 3 5 23 所示 已知一离子在电场力和洛伦兹力的作用下 从静止开始自A点沿 曲线ACB运动 到达B点时速度为零 C点是运动的最低点 忽略重力 以下说法正确的是 图 3 5 23 A 离子必带正电荷 B A点和B点位于同一高度 C 离子在C点时速度最大 D 离子到达B点时 将沿原曲线返回A点 解析 选 ABC 离子一开始向下运动 说明电场力方向向下 离子带正电 A 对 在A与 B点离子的动能相等 据动能定理 电场力不做功 A B电势相等 故A B位于同一高度 B 对 运动轨迹上的各点 电势差UAC最大 据动能定理 离子到达C点时的动能最大 速度 最大 C 对 离子到达B点后又向下运动且向右偏转 故它不会沿原曲线返回A点 D 错 6 如图 3 5 24 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 图 3 5 24 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 选 C 粒子a沿直线运动 说明电场力与洛伦兹力等大反向 O O 在同一水平线 上 但由于不能确定粒子a的带电性 去掉磁场后 不能确定电场力方向 也就不能确定b 粒子向哪偏转 b到达右边界的位置不能确定 A B 错 但b在偏转过程中 电场力一定对 它做正功 其电势能减小 动能增加 C 对 D 错 二 非选择题 7 如图 3 5 25 所示 为一电磁流量计的示意图 截面为一正方形的非磁性管 其每 边长为d 内有导电液体流动 在垂直液体流动的方向加一指向纸里的匀强磁场 磁感应强 度为B 现测得液体表面a b两点间电势差为U 求管内导电液体的流量Q 图 3 5 25 解析 a b两点电势差达到稳定的条件q qvB U d 解得导电液体的流速v U Bd 导电液体的流量Q Sv d2U Bd dU B 答案 dU B 8 为了研究物质的微观结构 科学家必须用各种各样的加速器产生出速度很大的高能 粒子 欧洲核子研究中心的粒子加速器周长达 27 km 为什么加速器需要那么大的周长呢 图 3 5 26 解析 由回旋加速器原理 带电粒子在磁场中做圆周运动 洛伦兹力提供向心力 即 qvB 得v mv2 r qBr m 故粒子经电场加速后离开加速器时的动能 Ek mv2 1 2 1 2 q2B2r2 m 可见在其他条件一定时 加速器的半径越大 粒子加速后的能量越大 答案 半径越大 粒子加速后能量就越大 9 质谱仪原理如图 3 5 27 所示 a为粒子加速器 电压为U1 b为速度选择器 磁场 与电场正交 磁感应强度为B1 板间距离为d c为偏转分离器 磁感应强度为B2 今有一质 量为m 电荷量为e的正电子 不计重力 由静止经加速后 该粒子恰能通过速度选择 器 粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动 求 图 3 5 27 1 粒子的速度v为多少 2 速度选择器的电压U2为