高三物理寒假辅导专题5

寒假专题五 电场和磁场一 考纲要求考点要求考点解读物质的电结构、电荷守恒、点电荷本专题的重点通过带电粒子的运动、受力、功能变化考查对静电场的产生、性质的理解。应抓住“两条主线、两个应用”进行复习，一条主线是关于电场力的性质的物理量-电场强度；另一条是电场能的性质的物理量-电势。两个应用是：电容器、带电粒子的偏转和加速。对安培定则和左手定则的考查带电粒子在磁场中的圆周运动带电粒子在复合场中的运动联系实际问题如速度选择器、质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计等。以下几点是命题的热点：1. 一带电粒子运动轨迹与电场线或等势线间关系判断电场的力、能的性质或粒子能量的变化情况。2. 带电粒子在电场中结合实际，科技的加速与偏转3. 安培力作用下的动态分析4. 带电粒子在复合场中的运动静电现象的解释 库仑定律电场强度、点电荷的场强电场线、电势能、电势电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系带电粒子在匀强电场中的运动示波管、常见电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系磁场、磁感应强度、磁感线通电直导线和通电线圈周围的磁场安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力洛伦兹力、洛伦兹力的方向洛伦兹力公式带电粒子在匀强磁场中的运动质谱仪和回旋加速器二 典例精析 题型1.（电场性质的理解）电子在电场中运动时，仅受电场力作用，其由a点运动到b点的轨迹如图中虚线所示。图中一组平行等距实线可能是电场线，也可能是等势线，则下列说法中正确的是（ ）A不论图中实线是电场线还是等势线，a点的电势都比b点低B不论图中实线是电场线还是等势线，a点的场强都比b点小C如果图中实线是电场线，则电子在a点动能较小D如果图中实线是等势线，则电子在b点动能较小题型2. （电场的叠加）如图所示，在y轴上关于0点对称的A、B两点有等量同种点电荷+Q，在x轴上C点有点电荷-Q且CO=OD，ADO=600。下列判断正确的是A. O点电场强度为零 B. D点电场强度为零C.若将点电荷+q从O移向C，电势能增大 D.若将点电荷-q从O移向C，电势能增大题型3.（带电粒子在电场内的运动）如图所示，质量为m1克、电量为q210-6库的带电微粒从偏转极板A、B中间的位置以10米/秒的初速度垂直电场方向进入长为L20厘米、距离为d10厘米的偏转电场，出电场后落在距偏转电场40厘米的挡板上，微粒的落点P离开初速度方向延长线的距离为20厘米，不考虑重力的影响。求：（1）加在A、B两板上的偏转电压UAB（2）当加在板上的偏转电压UAB满足什么条件时，此带电微粒会碰到偏转极板训练：如图所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场电量为q、动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场，不计重力。（1）若粒子从c点离开电场，求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能；（2）若粒子离开电场时动能为Ek，则电场强度为多大？题型4.（带电粒子在磁场中的运动）如图所示，两个同心圆,半径分别为r和2r,在两圆之间的环形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。圆心O处有一放射源,放出粒子的质量为m,带电量为q,假设粒子速度方向都和纸面平行。60AO（1）图中箭头表示某一粒子初速度的方向，OA与初速度方向夹角为 60，要想使该粒子经过磁场第一次通过A点，则初速度的大小是多少？（2）要使粒子不穿出环形区域，则粒子的初速度不能超过多少?题型5. （带电粒子在电场和磁场组合场内的运动）如图所示，在坐标系xoy中，过原点的直线OC与x轴正向的夹角=120,在OC右侧有一匀强电场：在第二、三象限内有一匀强磁场，其上边界与电场边界重叠、右边界为y轴、左边界为图中平行于y轴的虚线，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。一带正电荷q、质量为m的粒子以某一速度自磁场左边界上的A点射入磁场区域，并从O点射出，粒子射出磁场的速度方向与x轴的夹角30，大小为v，粒子在磁场中的运动轨迹为纸面内的一段圆弧，且弧的半径为磁场左右边界间距的两倍。粒子进入电场后，在电场力的作用下又由O点返回磁场区域，经过一段时间后再次离开磁场。已知粒子从A点射入到第二次离开磁场所用的时间恰好等于粒子在磁场中做圆周运动的周期。忽略重力的影响。求（1）粒子经过A点时速度的方向和A点到x轴的距离；（2）匀强电场的大小和方向；（3）粒子从第二次离开磁场到再次进入电场时所用的时间。OhyPR0Mx题型6.（带电粒子在电场和磁场组合场内的运动）如图，空间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向为y轴正方向，磁场方向垂直于xy平面（纸面）向外，电场和磁场都可以随意加上或撤除，重新加上的电场或磁场与撤除前的一样一带正电荷的粒子从P(x0，yh)点以一定的速度平行于x轴正向入射这时若只有磁场，粒子将做半径为R0的圆周运动：若同时存在电场和磁场，粒子恰好做直线运动现在，只加电场，当粒子从P点运动到xR0平面（图中虚线所示）时，立即撤除电场同时加上磁场，粒子继续运动，其轨迹与x轴交于M点不计重力求：粒子到达xR0平面时速度方向与x轴的夹角以及粒子到x轴的距离；M点的横坐标xM 寒假专题五 电场和磁场过关训练一、选择题1、 如图中K、L、M为静电场中的三个相距很近的等势面（K、M之间无电荷）。一带电粒子射入此静电场中后，依abcde轨迹运动。已知电势UKULUM ，下列说法中正确的是 （ ）A粒子带负电 B粒子在bc段做减速运动C粒子在b点与d点的速率相等 D粒子在c点时电势能最大2 、如图所示，L为竖直、固定的光滑绝缘杆，杆上O点套有一质量为m、带电量为q的小环，在杆的左侧固定一电荷量为+Q的点电荷，杆上a、b两点到+Q的距离相等，Oa之间距离为h1，ab之间距离为h2，使小环从图示位置的O点由静止释放后，通过a的速率为。则下列说法正确的是（ ）A小环通过b点的速率为 B小环从O到b，电场力做的功可能为零abOPEC小环在Oa之间的速度是先增大后减小 D小环在ab之间的速度是先减小后增大3.、8所示，用绝缘细线拴一带负电的小球P，在竖直平面内做圆周运动。已知该空间匀强电场的方向竖直向下。则小球在做圆周运动过程中，下列判断正确的是A当小球运动到最高点a时线的张力一定最小B当小球运动到最低点b时小球的速度一定最大C当小球运动到最高点a时小球的电势能一定最小图9-8D小球在运动过程中机械能守恒abE图9-94、.99所示，真空中存在竖直向下的匀强电场，一个带电油滴（重力不能忽略）沿虚线由a向b运动，以下判断正确的是 A油滴一定带正电 B油滴的电势能一定增加 C油滴的动能一定减少 D油滴的动能与电势能之和一定减少5、关于磁感应强度，下列说法中错误的是A.由B=可知，B与F成正比，与IL成反比B.由B=可知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明此处一定无磁场C.通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强 D.磁感应强度的方向就是该处电流受力方向6. 如图所示,一金属直杆MN两端接有导线,悬挂于线圈上方,MN与线圈轴线均处于竖直平面内,为使MN垂直纸面向外运动,可以( )A.将a、c端接在电源正极,b、d端接在电源负极B.将b、d端接在电源正极,a、c端接在电源负极C.将a、d端接在电源正极,b、c端接在电源负极D.将a、c端接在交流电源的一端,b、d端接在交流电源的另一端7(2010年广东中山四校联考)如图6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上，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点电势B板左侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势C板右侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势图6D板右侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势8.如图，空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电场和磁场相互垂直。在电磁场区域中，有一个竖直放置的光滑绝缘圆环，环上套有一个带正电的小球。O点为圆环的圆心，a、b、c为圆环上的三个点，a点为最高点，c点为最低点，Ob沿水平方向。已知小球所受电场力与重力大小相等。现将小球从环的顶端a点由静止释放，下列判断正确的是（ ） A当小球运动的弧长为圆周长的1/4时，洛仑兹力最大B当小球运动到c点时，小球受到的支持力可能比重力小C小球从a点运动到b点，重力势能减小，电势能增大D小球从b点运动到c点，电势能增大，动能先增大后减小9、(2010年苏北四市联考)粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带电的圆环，整个装置处在由水平向右匀强电场和垂直纸面方向的匀强磁场组成的足够大的复合场中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中小球的vt图象如图所示，其中错误的是()图910. 静电场中，带电粒子在电场力作用下从电势为a的a点运动至电势为b的b点若带电粒子在a、b两点的速率分别为va、vb，不计重力，则带电粒子的比荷q/m，为（ ） A B C D12. 环型对撞机是研究高能粒子的重要装置正、负离子由静止经过电压为 U 的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为 B两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是 （ ）A对于给定的加速电压，带电粒子的比荷 越大，磁感应强度 B 越大B对于给定的加速电压，带电粒子的比荷 越大，磁感应强度 B 越小C对于给定的带电粒子，加速电压 U 越大，粒子运动的周期越大D对于给定的带电粒子，不管加速电压 U 多大，粒子运动的周期都不变13. 真空中存在竖直向上的匀强电场和水平方向的匀强磁场，一质量为，带电量为的物体以速度在竖直平面内做半径为的匀速圆周运动，假设时刻物体在轨迹最低点且重力势能为零，电势能也为零，那么，下列说法正确的是（ ）A物体带正电且逆时针转动 B物体运动的过程中，机械能守恒，且机械能为C物体运动的过程中，重力势能随时间的变化关系为D物体运动的过程中，电势能随时间的变化关系为14. 如图甲所示，一个质量为、电荷量为的带电粒子，不计重力。在点以某一初速度水平向左射入磁场区域，沿曲线运动，、都是半径为的圆弧。粒子在每段圆弧上运动的时间都为。规定由纸面垂直向外的磁感应强度为正，则磁场区域三部分的磁感应强度随变化的关系可能是图中的（ ）15. 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，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160V，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C1.3m/s，a负、b正 D. 2.7m/s ， a负、b正16. 在如图所示电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线与之间的安培力的大小为、，判断这两段导线( )A.相互吸引， B.相互排斥， C.相互吸引， D.相互排斥，qvB，所以a，随下落速度v的增大a逐渐增大；当qE，即B，B的取值范围为：B20（18分）解：（1）设粒子在加速电场中获得的最大速率为，由动能定理得又（1分）联立，解得 （2）粒子进入中间磁场后发生偏转，设旋转半径为，由牛顿第二定律得（2分） 所以因为两个磁场的磁感应强度大小相等，所以粒子在两磁场区运动半径相同，由数学知识可得，三段圆弧的圆心组成的三角形是等边三角形，其边长为中间磁场区域的宽度（2分） （3）粒子在电场中运动时间（2分）粒子在磁场中运动周期（2分）abcdSo粒子在中间磁场中运动时间（1分）粒子在右侧磁场中运动时间（1分）则带电粒子从点开始运动到第一次回到点时所用的总时间（2分）21、解析：如图所示，带电粒子从S出发，在两筒之间的电场力作用下加速，沿径向穿出a而进