《2022年高考物理一輪復習 課時作業(yè)25 帶電粒子在復合場中的運動(含解析)》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《2022年高考物理一輪復習 課時作業(yè)25 帶電粒子在復合場中的運動(含解析)(10頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2022年高考物理一輪復習 課時作業(yè)25 帶電粒子在復合場中的運動(含解析)
一、單項選擇題
1.帶電小球以一定的初速度v0豎直向上拋出,能夠達到的最大高度為h1;若加上水平方向的勻強磁場,且保持初速度仍為v0,小球上升的最大高度為h2;若加上水平方向的勻強電場,且保持初速度仍為v0,小球上升的最大高度為h3.不計空氣阻力,則( )
A.h1=h2=h3 B.h1>h2>h3
C.h1=h2>h3 D.h1=h3>h2
解析:由豎直上拋運動的最大高度公式得h1=,當小球在磁場中運動到最高點時,小球應有水平速度,由能量守恒得mgh2+Ek=mv=mgh1,所以h1>h2;當加上電場時
2、,由運動的獨立性可知在豎直方向上有v=2gh3,所以h1=h3,D正確.
答案:D
2.
如圖所示,一電子束垂直于電場線與磁感應線方向入射后偏向A極板,為了使電子束沿射入方向做直線運動,可采用的方法是( )
A.將變阻器滑動觸頭P向右滑動
B.將變阻器滑動觸頭P向左滑動
C.將極板間距離適當減小
D.將極板間距離適當增大
解析:電子入射極板后,偏向A板,說明Eq>Bvq,由E=可知,減小場強E的方法有增大板間距離和減小板間電壓,C錯誤,D正確;而移動變阻器滑動觸頭P并不能改變板間電壓,A、B錯誤.
答案:D
3.
醫(yī)生做某些特殊手術時,利用電磁血流計來監(jiān)測通過動
3、脈的血流速度.電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構成,磁極間的磁場是均勻的.使用時,兩電極a、b均與血管壁接觸,兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直,如圖所示.由于血液中的正負離子隨血液一起在磁場中運動,電極a、b之間會有微小電勢差.在達到平衡時,血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場,血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零.在某次監(jiān)測中,兩觸點間的距離為3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點間的電勢差為160 μV,磁感應強度的大小為0.040 T.則血流速度的近似值和電極a、b的正負為( )
A.1.3 m/s,a正、b負 B.2.7 m/s,a正、b負
C.1.3 m/
4、s,a負、b正 D.2.7 m/s,a負、b正
解析:由于正負離子在勻強磁場中垂直于磁場方向運動,利用左手定則可以判斷:a電極帶正電,b電極帶負電,C、D錯誤;血液流動速度可根據(jù)離子所受的電場力和洛倫茲力的合力為零,即qvB=qE,解得v==≈1.3 m/s,A正確,B錯誤.
答案:A
4.
如圖所示,在平行線MN、PQ之間存在豎直向上的勻強電場和垂直紙面的磁場(未畫出),磁場的磁感應強度從左到右逐漸增大.一帶電微粒進入該區(qū)域時,由于受到空氣阻力作用,恰好能沿水平直線OO′通過該區(qū)域.帶電微粒所受的重力忽略不計,運動過程帶電量不變.下列判斷正確的是( )
A.微粒從左向右運動,
5、磁場方向向里
B.微粒從左向右運動,磁場方向向外
C.微粒從右向左運動,磁場方向向里
D.微粒從右向左運動,磁場方向向外
解析:由微粒恰好能沿水平直線OO′通過該區(qū)域說明洛倫茲力qvB與電場力qE平衡,微粒受到空氣阻力作用,速度逐漸減小,沿運動方向磁場的磁感應強度必須逐漸增大,因此微粒從左向右運動,磁場方向向外,B正確.
答案:B
5.
如圖所示,某一真空室內(nèi)充滿豎直向下的勻強電場E,在豎直平面內(nèi)建立坐標系xOy,在y<0的空間里有與場強E垂直的勻強磁場B,在y>0的空間內(nèi),將一質(zhì)量為m的帶電液滴(可視為質(zhì)點)自由釋放,此液滴則沿y軸的負方向,以加速度a=2g(g為重力加
6、速度)做勻加速直線運動,當液滴運動到坐標原點時,瞬間被安裝在原點的一個裝置改變了帶電性質(zhì)(液滴所帶電荷量和質(zhì)量均不變),隨后液滴進入y<0的空間內(nèi)運動,液滴在y<0的空間內(nèi)運動過程中( )
A.重力勢能一定是不斷減小
B.電勢能一定是先減小后增大
C.動能不斷增大
D.動能保持不變
解析:在y>0的空間內(nèi),根據(jù)液滴沿y軸負方向以加速度a=2g(g為重力加速度)做勻加速直線運動可知,液滴在此空間內(nèi)運動時所受電場力方向向下,大小等于重力;進入y<0的空間后,液滴電性改變,其所受電場力向上,大小仍等于重力,所以液滴將在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,在液滴運動半個周期內(nèi),動能保持不變,重力
7、勢能先減小后增大,電勢能先增大后減小,D正確,A、B、C錯誤.
答案:D
二、多項選擇題
6.
某空間存在水平方向的勻強電場(圖中未畫出),帶電小球沿如圖所示的直線斜向下由A點沿直線向B點運動,此空間同時存在由A指向B的勻強磁場,則下列說法正確的是( )
A.小球一定帶正電
B.小球可能做勻速直線運動
C.帶電小球一定做勻加速直線運動
D.運動過程中,小球的機械能增大
解析:由于重力方向豎直向下,空間存在磁場,且直線運動方向斜向下,與磁場方向相同,故不受洛倫茲力作用,電場力必水平向右,但電場具體方向未知,故不能判斷帶電小球的電性,選項A錯誤;重力和電場力的合力不為零,故
8、不可能做勻速直線運動,所以選項B錯誤;因為重力與電場力的合力方向與運動方向相同,故帶電小球一定做勻加速直線運動,選項C正確;運動過程中由于電場力做正功,故機械能增大,選項D正確.
答案:CD
7.
如圖所示,有一混合正離子束先后通過正交的電場、磁場區(qū)域Ⅰ和勻強磁場區(qū)域Ⅱ,如果這束正離子流在區(qū)域Ⅰ中不偏轉(zhuǎn),進入?yún)^(qū)域Ⅱ后偏轉(zhuǎn)半徑r相同,則它們一定具有相同的( )
A.速度 B.質(zhì)量
C.電荷量 D.比荷
解析:由正離子在Ⅰ區(qū)不偏轉(zhuǎn),有Eq=qvB1,即v=,A正確;以相同速度進入Ⅱ區(qū)后,r=相同,則比荷相同,D正確.
答案:AD
8.
勞倫斯和利文斯設計出回旋加速器,工
9、作原理示意圖如圖所示.置于高真空中的半徑為R的D形金屬盒中,兩盒間的狹縫很小,帶電粒子穿過的時間可忽略.磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直,高頻交流電頻率為f,加速電壓為U.若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為+q,在加速器中被加速,且加速過程中不考慮相對論效應和重力的影響.則下列說法正確的是( )
A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2πRf
B.質(zhì)子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓U成正比
C.質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1
D.改變磁感應強度B和交流電頻率f,該回旋加速器的最大動能不變
解析:粒子被加速后的最大速度受到D形盒半徑R的制約,因v
10、m==2πRf,A正確;粒子離開回旋加速器的最大動能Ekm=mv2=×m×4π2R2f2=2mπ2R2f2,與加速電壓U無關,B錯誤;根據(jù)R=,Uq=mv,2Uq=mv,得質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1,C正確;因回旋加速器的最大動能Ekm=2mπ2R2f2,與m、R、f均有關,D錯誤.
答案:AC
三、非選擇題
9.
如圖所示,在以坐標原點O為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi),有相互垂直的勻強電場和勻強磁場,磁感應強度為B,磁場方向垂直于xOy平面向里.一帶正電的粒子(不計重力)從O點沿y軸正方向以某一速度射入,帶電粒子恰好做勻速直線運動,經(jīng)t0時間從P點射
11、出.
(1)求電場強度的大小和方向;
(2)若僅撤去磁場,帶電粒子仍從O點以相同的速度射入,經(jīng)時間恰從半圓形區(qū)域的邊界射出,求粒子運動加速度的大?。?
解析:(1)設帶電粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,初速度為v,電場強度為E.由左手定則可判斷出粒子受到的洛倫茲力沿x軸負方向,可知電場強度沿x軸正方向,且有qE=qvB①
又R=vt0②
則E=③
(2)僅有電場時,帶電粒子在勻強電場中做類平拋運動,
在y方向位移為y=v④
由②④式得y=⑤
設帶電粒子在水平方向位移為x,加速度為a,因射出位置在半圓形區(qū)域邊界上,則有x=R
又x=a2⑥
解得a=⑦
答案:(1) 沿x軸正方向
12、 (2)
10.
如圖所示的平面直角坐標系xOy,在第Ⅰ象限內(nèi)有平行于y軸的勻強電場,方向沿y軸正方向;在第Ⅳ象限的正三角形abc區(qū)域內(nèi)有勻強磁場,方向垂直于xOy平面向里,正三角形邊長為L,且ab邊與y軸平行.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子,從y軸上的P(0,h)點,以大小為v0的速度沿x軸正方向射入電場,通過電場后從x軸上的a(2h,0)點進入第Ⅳ象限,又經(jīng)過磁場從y軸上的某點進入第Ⅲ象限,且速度與y軸負方向成45°角,不計粒子所受的重力.求:
(1)電場強度E的大??;
(2)粒子到達a點時速度的大小和方向;
(3)abc區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應強度B的最小值.
解析:
(1
13、)粒子在勻強電場中做類平拋運動,設粒子在電場中運動的時間為t,則有
水平方向上2h=v0t
豎直方向上h=at2
由牛頓第二定律得qE=ma
聯(lián)立解得E=
(2)粒子到達a點時沿y軸負方向的分速度為vy=at=v0
所以粒子到達a的速度v==v0
設速度方向與x軸正方向的夾角為θ,則
tanθ==1,θ=45°
即a點時速度方向指向第Ⅳ象限與x軸正方向成45°角.
(3)粒子在磁場中運動時有qvB=m
當粒子從b點射出時,r最大,磁場的磁感應強度為最小值,此時有rmax=L
所以Bmin=
答案:(1)
(2)v0 方向指向第Ⅳ象限與x軸正方向成45°角
(3)
14、
11.
一圓筒的橫截面如圖所示,其圓心為O.筒內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應強度為B.圓筒下面有相距為d的平行金屬板M、N,其中M板帶正電荷,N板帶等量負電荷.質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子自M板邊緣的P處由靜止釋放,經(jīng)N板的小孔S以速度v沿半徑SO方向射入磁場中.粒子與圓筒發(fā)生兩次碰撞后仍從S孔射出,設粒子與圓筒碰撞過程中沒有動能損失,且電荷量保持不變,在不計重力的情況下,求:
(1)M、N間電場強度E的大小;
(2)圓筒的半徑R;
(3)保持M、N間電場強度E不變,僅將M板向上平移d,粒子仍從M板邊緣P處由靜止釋放,粒子自進入圓筒至從S孔射出期間,與圓筒的碰撞次數(shù)n.
15、
解析:(1)設兩板間的電壓為U,由動能定理得
qU=mv2①
由勻強電場中電勢差與電場強度的關系得U=Ed②
聯(lián)立上式可得E=③
(2)
粒子進入磁場后做勻速圓周運動,運用幾何關系作出圓心為O′,圓半徑為r.設第一次碰撞點為A,由于粒子與圓筒發(fā)生兩次碰撞又從S孔射出,因此,SA弧所對的圓心角∠AO′S等于.
由幾何關系得r=Rtan④
粒子運動過程中洛倫茲力充當向心力,由牛頓第二定律,得qvB=m⑤
聯(lián)立④⑤式得R=⑥
(3)保持M、N間電場強度E不變,M板向上平移了d后,設板間電壓為U′,則U′==⑦
設粒子進入S孔時的速度為v′,由①式看出=
綜合⑦式可得v′=v⑧
設粒子做圓周運動的半徑為r′,則r′=⑨
設粒子從S到第一次與圓筒碰撞期間的軌跡所對圓心角為θ,比較⑥⑨兩式得到r′=R,可見θ=⑩
粒子須經(jīng)過四個這樣的圓弧才能從S孔射出,故n=3?
答案:(1) (2) (3)3