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2019年高考物理一輪總復習 第八章 第3講 帶電粒子在復合場中的運動課時提能演練 新人教版
一、選擇題(本大題共10小題,每小題7分,共70分。每小題只有一個選項正確)
1.(xx晉江模擬)如圖所示,在沿水平方向向里的勻強磁場中,帶電小球A與B在同一直線上,其中小球B帶正電荷并被固定,小球A與一水平放置的光滑絕緣板C接觸(不粘連)而處于靜止狀態(tài)。若將絕緣板C沿水平方向抽去后,以下說法正確的是 ( )
A.小球A不可能處于靜止狀態(tài)
B.小球A將可能沿軌跡1運動
C.小球A將可能沿軌跡2運動
D.小球A將可能沿軌跡3運動
【解析】選B。小球A處于靜止狀態(tài),可判斷小球A帶正電,若此時小球A的重力與庫侖力平衡,將絕緣板C沿水平方向抽去后,小球A仍處于靜止狀態(tài);若庫侖力大于小球A的重力,則將絕緣板C沿水平方向抽去后,小球A向上運動,此后小球A在庫侖力、重力、洛倫茲力的作用下將可能沿軌跡1運動。
2.如圖所示,一個帶正電的滑環(huán)套在水平且足夠長的粗糙的絕緣桿上,整個裝置處于方向如圖所示的勻強磁場中,現給滑環(huán)一個水平向右的瞬時作用力,使其開始運動,則滑環(huán)在桿上的運動情況不可能的是 ( )
A.始終做勻速運動
B.始終做減速運動,最后靜止于桿上
C.先做加速運動,最后做勻速運動
D.先做減速運動,最后做勻速運動
【解析】選C。給滑環(huán)一個瞬時作用力,滑環(huán)獲得一定的速度v,當qvB=mg時,滑環(huán)將以v做勻速直線運動,故A正確。當qvB
mg時,滑環(huán)先做減速運動,當減速到qvB=mg后,以速度v=做勻速直線運動,故D對。由于摩擦阻力作用,滑環(huán)不可能做加速運動,故C錯,應選C。
3.如圖所示,有一混合正離子束先后通過正交電磁場區(qū)域Ⅰ和勻強磁場區(qū)域Ⅱ,如果這束正離子束在區(qū)域Ⅰ中不偏轉,進入區(qū)域Ⅱ后偏轉半徑R相同,則它們具有相同的 ( )
A.電荷量和質量 B.質量和速度
C.速度和比荷 D.電荷量和速度
【解析】選C。正交電磁場區(qū)域Ⅰ實際上是一個速度選擇器,這束正離子在區(qū)域Ⅰ中均不偏轉,說明它們具有相同的速度。在區(qū)域Ⅱ中半徑相同,R=,所以它們應具有相同的比荷。C正確。
4.如圖所示,在互相垂直的勻強電場和勻強磁場中,電荷量為q的液滴在豎直面內做半徑為R的勻速圓周運動。已知電場強度為E,磁感應強度為B,則液滴的質量和環(huán)繞速度分別為 ( )
A., B.,
C.B, D.,
【解析】選D。液滴做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,重力和電場力等大、反向,根據qvB=,qE=mg,解得m=,v=,故選項D正確。
【變式備選】如圖所示,某空間存在正交的勻強磁場和勻強電場,電場方向水平向右,磁場方向垂直紙面向里,一帶電粒子由a點進入電磁場并剛好能沿ab直線向上運動。下列說法正確的是 ( )
A.粒子一定帶正電
B.粒子動能一定減少
C.粒子的電勢能一定增加
D.粒子的機械能一定增加
【解析】選D。對該種粒子進行受力分析得:受到豎直向下的重力、水平方向的電場力、垂直于速度方向的洛倫茲力,其中重力和電場力是恒力。粒子沿直線運動,則可以判斷出其受到的洛倫茲力也是恒定的,即該粒子是做勻速直線運動,B錯誤;如果該粒子帶正電,則受到向右的電場力和向左下方的洛倫茲力,所以不會沿直線運動,故該種粒子一定帶負電,A錯誤;該種粒子帶負電,向左上方運動,電場力做正功,電勢能一定是減少的,C錯誤;因為重力勢能增加,動能不變,所以該粒子的機械能增加,D正確。
5.(xx浙江高考改編)在半導體離子注入工藝中,初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經電壓為U的電場加速后,垂直進入磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強磁場區(qū)域,如圖所示。已知離子P+在磁場中轉過θ=30后從磁場右邊界射出。在電場和磁場中運動時,離子P+和P3+( )
A.在電場中的加速度之比為1∶1
B.在磁場中運動的半徑之比為3∶1
C.在磁場中轉過的角度之比為1∶2
D.離開電場區(qū)域時的動能之比為3∶1
【解題指南】解答本題可按以下思路進行:
(1)正離子在電場中,由于電場力的作用做加速運動;
(2)正離子在磁場中,洛倫茲力提供向心力,做圓周運動。
【解析】選C。磷離子P+和P3+的質量相等,在電場中所受的電場力之比為1∶3,所以加速度之比為1∶3,A項錯誤;初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經電壓為U的電場加速后,由動能定理可得,離開電場區(qū)域時的動能之比為它們的帶電量之比,即1∶3,D項錯誤;在磁場中做圓周運動時洛倫茲力提供向心力qvB=m,可得r=,==,B項錯誤;設P+在磁場中的運動半徑為R,由幾何知識可得磁場的寬度為R,而P3+的半徑為R,由幾何知識可得P3+在磁場中轉過的角度為60,P+在磁場中轉過的角度為30,所以磷離子P+和P3+在磁場中轉過的角度之比為1∶2,C項正確。
6.如圖所示,兩導體板水平放置,兩板間的電勢差為U,帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入,穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強磁場。則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點間的距離d隨著U和v0的變化而變化的情況為 ( )
A.d隨v0的增大而增大,d與U無關
B.d隨v0的增大而增大,d隨U的增大而增大
C.d隨U的增大而增大,d與v0無關
D.d隨v0的增大而增大,d隨U的增大而減小
【解題指南】解答本題應把握以下兩點:
(1)弄清帶電粒子在電場中的偏轉角與粒子在磁場中做圓周運動的圓心角的關系。
(2)寫出d與U、v0的函數關系式。
【解析】選A。帶電粒子射出電場時速度的偏轉角為θ,運動軌跡如圖所示,有:cosθ=,又R=,而d=2Rcosθ=2cosθ=,選項A正確。
7.如圖所示,質量為m,電荷量為e的質子以某一初速度從坐標原點O沿x軸正方向進入場區(qū),若場區(qū)僅存在平行于y軸向上的勻強電場時,質子通過P(d,d)點時的動能為5Ek;若場區(qū)僅存在垂直于xOy平面的勻強磁場時,質子也能通過P點。不計質子的重力。設上述勻強電場的電場強度大小為E,勻強磁場的磁感應強度大小為B,則下列說法中正確的是
( )
A.E= B.E=
C.B= D.B=
【解析】選D。質子在電場中,d=v0t,d=t,m()2=5Ek,vy=at,a=,解得E=,A、B錯誤。再根據ev0B=,B=,故C錯誤、D正確。
8.(xx南平模擬)如圖所示,長方體發(fā)電導管的前后兩個側面是絕緣體,上下兩個側面是電阻可忽略的導體電極,兩極間距為d,極板面積為S,這兩個電極與可變電阻R相連。在垂直前后側面的方向上,有一勻強磁場,磁感應強度大小為B。發(fā)電導管內有電阻率為ρ的高溫電離氣體,氣體以速度v向右流動,并通過專用管道導出。由于運動的電離氣體,受到磁場的作用,將產生大小不變的電動勢。若不計氣體流動時的阻力,由以上條件可推導出可變電阻消耗的電功率P=()2R。調節(jié)可變電阻的阻值,根據上面的公式或你所學過的物理知識,可求得可變電阻R消耗電功率的最大值為 ( )
A. B.
C. D.
【解析】選B。電源的內阻r=ρ,當電源的外電阻R與電源的內電阻r相等時,電源輸出功率最大,此時可變電阻消耗的功率最大,故有:Pm=()2R=()2ρ=,B正確。
9.如圖所示,一個帶負電的物體從粗糙斜面頂端滑到斜面底端時的速度為v,若加上一個垂直紙面指向讀者方向的磁場,則滑到底端時 ( )
A.v變大 B.v變小
C.v不變 D.不能確定
【解析】選B。洛倫茲力雖然不做功,但其方向垂直斜面向下,使物體與斜面間的正壓力變大,故摩擦力變大,損失的機械能增加,因而v變小。
10.如圖所示,平行板電容器的金屬極板M、N的距離為d,兩板間存在磁感應強度為B,方向垂直于紙面向外的勻強磁場,等離子群以速度v沿圖示方向射入。已知電容器的電容為C,則 ( )
A.當開關S斷開時,穩(wěn)定后電容器的電荷量Q>BvdC
B.當開關S斷開時,穩(wěn)定后電容器的電荷量QBvdC
【解析】選C。洛倫茲力使正離子向N板偏轉,負離子向M板偏轉,當q=qvB時離子不再偏轉,故斷開開關S時,電容器兩極所能達到的最大電壓UC=Bvd,最大電荷量Q=BvdC,A、B均錯;當開關S閉合時,平行金屬板及等離子群相當于一電源,電源電動勢E=Bvd,由于內阻的存在,使得U′C=U′MN
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