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2019年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第八章 第3講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)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(gè)選項(xiàng)正確)
1.(xx晉江模擬)如圖所示,在沿水平方向向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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?fàn)顟B(tài)。若將絕緣板C沿水平方向抽去后,以下說(shuō)法正確的是 ( )
A.小球A不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)
B.小球A將可能沿軌跡1運(yùn)動(dòng)
C.小球A將可能沿軌跡2運(yùn)動(dòng)
D.小球A將可能沿軌跡3運(yùn)動(dòng)
【解析】選B。小球A處于靜止?fàn)顟B(tài),可判斷小球A帶正電,若此時(shí)小球A的重力與庫(kù)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?fàn)顟B(tài);若庫(kù)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(yùn)動(dòng),此后小球A在庫(kù)侖力、重力、洛倫茲力的作用下將可能沿軌跡1運(yùn)動(dòng)。
2.如圖所示,一個(gè)帶正電的滑環(huán)套在水平且足夠長(zhǎng)的粗糙的絕緣桿上,整個(gè)裝置處于方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,現(xiàn)給滑環(huán)一個(gè)水平向右的瞬時(shí)作用力,使其開(kāi)始運(yùn)動(dòng),則滑環(huán)在桿上的運(yùn)動(dòng)情況不可能的是 ( )
A.始終做勻速運(yùn)動(dòng)
B.始終做減速運(yùn)動(dòng),最后靜止于桿上
C.先做加速運(yùn)動(dòng),最后做勻速運(yùn)動(dòng)
D.先做減速運(yùn)動(dòng),最后做勻速運(yùn)動(dòng)
【解析】選C。給滑環(huán)一個(gè)瞬時(shí)作用力,滑環(huán)獲得一定的速度v,當(dāng)qvB=mg時(shí),滑環(huán)將以v做勻速直線運(yùn)動(dòng),故A正確。當(dāng)qvB
mg時(shí),滑環(huán)先做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)減速到qvB=mg后,以速度v=做勻速直線運(yùn)動(dòng),故D對(duì)。由于摩擦阻力作用,滑環(huán)不可能做加速運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò),應(yīng)選C。
3.如圖所示,有一混合正離子束先后通過(guò)正交電磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ,如果這束正離子束在區(qū)域Ⅰ中不偏轉(zhuǎn),進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ后偏轉(zhuǎn)半徑R相同,則它們具有相同的 ( )
A.電荷量和質(zhì)量 B.質(zhì)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(chǎng)區(qū)域Ⅰ實(shí)際上是一個(gè)速度選擇器,這束正離子在區(qū)域Ⅰ中均不偏轉(zhuǎn),說(shuō)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(yīng)具有相同的比荷。C正確。
4.如圖所示,在互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電荷量為q的液滴在豎直面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知電場(chǎng)強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則液滴的質(zhì)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(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,重力和電場(chǎng)力等大、反向,根據(jù)qvB=,qE=mg,解得m=,v=,故選項(xiàng)D正確。
【變式備選】如圖所示,某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)方向水平向右,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,一帶電粒子由a點(diǎn)進(jìn)入電磁場(chǎng)并剛好能沿ab直線向上運(yùn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是 ( )
A.粒子一定帶正電
B.粒子動(dòng)能一定減少
C.粒子的電勢(shì)能一定增加
D.粒子的機(jī)械能一定增加
【解析】選D。對(duì)該種粒子進(jìn)行受力分析得:受到豎直向下的重力、水平方向的電場(chǎng)力、垂直于速度方向的洛倫茲力,其中重力和電場(chǎng)力是恒力。粒子沿直線運(yùn)動(dòng),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(yùn)動(dòng),B錯(cuò)誤;如果該粒子帶正電,則受到向右的電場(chǎng)力和向左下方的洛倫茲力,所以不會(huì)沿直線運(yùn)動(dòng),故該種粒子一定帶負(fù)電,A錯(cuò)誤;該種粒子帶負(fù)電,向左上方運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能一定是減少的,C錯(cuò)誤;因?yàn)橹亓?shì)能增加,動(dòng)能不變,所以該粒子的機(jī)械能增加,D正確。
5.(xx浙江高考改編)在半導(dǎo)體離子注入工藝中,初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后,垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,如圖所示。已知離子P+在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)θ=30后從磁場(chǎng)右邊界射出。在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),離子P+和P3+( )
A.在電場(chǎng)中的加速度之比為1∶1
B.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為3∶1
C.在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的角度之比為1∶2
D.離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)的動(dòng)能之比為3∶1
【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:
(1)正離子在電場(chǎng)中,由于電場(chǎng)力的作用做加速運(yùn)動(dòng);
(2)正離子在磁場(chǎng)中,洛倫茲力提供向心力,做圓周運(yùn)動(dòng)。
【解析】選C。磷離子P+和P3+的質(zhì)量相等,在電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力之比為1∶3,所以加速度之比為1∶3,A項(xiàng)錯(cuò)誤;初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后,由動(dòng)能定理可得,離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)的動(dòng)能之比為它們的帶電量之比,即1∶3,D項(xiàng)錯(cuò)誤;在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供向心力qvB=m,可得r=,==,B項(xiàng)錯(cuò)誤;設(shè)P+在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為R,由幾何知識(shí)可得磁場(chǎng)的寬度為R,而P3+的半徑為R,由幾何知識(shí)可得P3+在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的角度為60,P+在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的角度為30,所以磷離子P+和P3+在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的角度之比為1∶2,C項(xiàng)正確。
6.如圖所示,兩導(dǎo)體板水平放置,兩板間的電勢(shì)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(guò)兩板后又垂直于磁場(chǎng)方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。則粒子射入磁場(chǎng)和射出磁場(chǎng)的M、N兩點(diǎn)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(wú)關(guān)
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(wú)關(guān)
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(yīng)把握以下兩點(diǎn):
(1)弄清帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角與粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心角的關(guān)系。
(2)寫出d與U、v0的函數(shù)關(guān)系式。
【解析】選A。帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度的偏轉(zhuǎn)角為θ,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,有:cosθ=,又R=,而d=2Rcosθ=2cosθ=,選項(xiàng)A正確。
7.如圖所示,質(zhì)量為m,電荷量為e的質(zhì)子以某一初速度從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸正方向進(jìn)入場(chǎng)區(qū),若場(chǎng)區(qū)僅存在平行于y軸向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),質(zhì)子通過(guò)P(d,d)點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為5Ek;若場(chǎng)區(qū)僅存在垂直于xOy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),質(zhì)子也能通過(guò)P點(diǎn)。不計(jì)質(zhì)子的重力。設(shè)上述勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則下列說(shuō)法中正確的是
( )
A.E= B.E=
C.B= D.B=
【解析】選D。質(zhì)子在電場(chǎng)中,d=v0t,d=t,m()2=5Ek,vy=at,a=,解得E=,A、B錯(cuò)誤。再根據(jù)ev0B=,B=,故C錯(cuò)誤、D正確。
8.(xx南平模擬)如圖所示,長(zhǎng)方體發(fā)電導(dǎo)管的前后兩個(gè)側(cè)面是絕緣體,上下兩個(gè)側(cè)面是電阻可忽略的導(dǎo)體電極,兩極間距為d,極板面積為S,這兩個(gè)電極與可變電阻R相連。在垂直前后側(cè)面的方向上,有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)有電阻率為ρ的高溫電離氣體,氣體以速度v向右流動(dòng),并通過(guò)專用管道導(dǎo)出。由于運(yùn)動(dòng)的電離氣體,受到磁場(chǎng)的作用,將產(chǎn)生大小不變的電動(dòng)勢(shì)。若不計(jì)氣體流動(dòng)時(shí)的阻力,由以上條件可推導(dǎo)出可變電阻消耗的電功率P=()2R。調(diào)節(jié)可變電阻的阻值,根據(jù)上面的公式或你所學(xué)過(guò)的物理知識(shí),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(nèi)阻r=ρ,當(dāng)電源的外電阻R與電源的內(nèi)電阻r相等時(shí),電源輸出功率最大,此時(shí)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(gè)帶負(fù)電的物體從粗糙斜面頂端滑到斜面底端時(shí)的速度為v,若加上一個(gè)垂直紙面指向讀者方向的磁場(chǎng),則滑到底端時(shí) ( )
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(jī)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(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),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(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),穩(wěn)定后電容器的電荷量Q>BvdC
B.當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),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(zhuǎn),負(fù)離子向M板偏轉(zhuǎn),當(dāng)q=qvB時(shí)離子不再偏轉(zhuǎn),故斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí),電容器兩極所能達(dá)到的最大電壓UC=Bvd,最大電荷量Q=BvdC,A、B均錯(cuò);當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),平行金屬板及等離子群相當(dāng)于一電源,電源電動(dòng)勢(shì)E=Bvd,由于內(nèi)阻的存在,使得U′C=U′MN
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