2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專(zhuān)題整合 專(zhuān)題三 電場(chǎng)和磁場(chǎng) 第3講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)檢測(cè)

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2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專(zhuān)題整合 專(zhuān)題三 電場(chǎng)和磁場(chǎng) 第3講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課時(shí)檢測(cè)_第1頁(yè)
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1、第一部分 專(zhuān)題三 第3講 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 一、單項(xiàng)選擇題 1.(2018·定州一模)電動(dòng)自行車(chē)是一種應(yīng)用廣泛的交通工具,其速度控制是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)右把手實(shí)現(xiàn)的,這種轉(zhuǎn)動(dòng)把手稱(chēng)“霍爾轉(zhuǎn)把”,屬于傳感器非接觸控制。轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等,截面如圖3-3-13甲。開(kāi)啟電源時(shí),在霍爾器件的上下面之間加一定的電壓,形成電流,如圖乙。隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng),其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng),霍爾器件能輸出控制車(chē)速的電壓,已知電壓與車(chē)速關(guān)系如圖丙,以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是 圖3-3-13 A.為提高控制的靈敏度,永久磁鐵的上、下端分別為N、S極 B.按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)車(chē)的右把手,車(chē)

2、速將變快 C.圖乙中從霍爾器件的左右側(cè)面輸出控制車(chē)速的霍爾電壓 D.若霍爾器件的上下面之間所加電壓正負(fù)極性對(duì)調(diào),將影響車(chē)速控制 解析 由于在霍爾器件的上下面之間加一定的電壓,形成電流,當(dāng)永久磁鐵的上下端分別為N、S極時(shí),磁場(chǎng)與電子的移動(dòng)方向平行,則電子不受洛倫茲力作用,那么霍爾器件不能輸出控制車(chē)速的電勢(shì)差,故A錯(cuò)誤;當(dāng)按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)把手,導(dǎo)致霍爾器件周?chē)拇艌?chǎng)增加,那么霍爾器件輸出控制車(chē)速的電勢(shì)差增大,因此車(chē)速變快,故B正確;根據(jù)題意,結(jié)合圖乙的示意圖,那么永久磁鐵的N、S極可能在左、右側(cè)面,或在前、后表面,因此從霍爾器件輸出控制車(chē)速的電勢(shì)差,不一定在霍爾器件的左右側(cè)面,也可能在前后表

3、面,故C錯(cuò)誤;當(dāng)霍爾器件的上下面之間所加電壓正負(fù)極性對(duì)調(diào),從霍爾器件輸出控制車(chē)速的電勢(shì)差正負(fù)號(hào)相反,但由圖丙可知,不會(huì)影響車(chē)速控制,故D錯(cuò)誤;故選B。 答案 B 2.(2018·日照質(zhì)檢)質(zhì)量為m、電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成θ角從O點(diǎn)進(jìn)入方向如圖3-3-14所示的正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的混合場(chǎng)區(qū),該微粒在電場(chǎng)力、洛倫茲力和重力的共同作用下,恰好沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)到A,下列說(shuō)法中正確的是 圖3-3-14 A.該微粒一定帶負(fù)電荷 B.微粒從O到A的運(yùn)動(dòng)可能是勻變速運(yùn)動(dòng) C.該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 D.該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為Bvcos θ 解析 若微粒帶正電荷,它受豎直向下的重

4、力mg、水平向左的電場(chǎng)力qE和斜向右下方的洛倫茲力qvB,知微粒不能做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),據(jù)此可知微粒應(yīng)帶負(fù)電荷,它受豎直向下的重力mg、水平向右的電場(chǎng)力qE和斜向左上方的洛倫茲力qvB,又知微粒恰好沿著直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)到A,可知微粒應(yīng)該做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),則選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由平衡條件得:qvBcos θ=mg,qvBsin θ=qE,得磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=,電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=Bvsin θ,故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 答案 A 3.速度相同的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后分成甲、乙兩束,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3-3-15所示,其中S0A=S0C,則下列相關(guān)說(shuō)法中正確的是 圖3-3-15 A.甲束粒子帶正電,乙束粒子帶負(fù)電

5、 B.甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷 C.能通過(guò)狹縫S0的帶電粒子的速率等于 D.若甲、乙兩束粒子的電荷量相等,則甲、乙兩束粒子的質(zhì)量比為3∶2 解析 由左手定則判定甲帶負(fù)電,乙?guī)д姡珹錯(cuò)誤;粒子在兩極板間做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),故qE=qvB1,則v=,故C錯(cuò)誤;由S0A=S0C知,R甲=R乙,又R=,所以=,故B正確,D錯(cuò)誤。 答案 B 4.(2018·山西五市聯(lián)考)如圖3-3-16所示的金屬導(dǎo)體,長(zhǎng)l、寬d、高h(yuǎn),導(dǎo)體中通有沿x軸正方向的恒定電流I,空間存在沿z軸負(fù)方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,已知金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n,電子電荷量為e,則下列說(shuō)法正確的是 圖

6、3-3-16 A.金屬導(dǎo)體的M面帶正電 B.金屬導(dǎo)體中電荷定向移動(dòng)速率為 C.增加導(dǎo)體高度h,M、M′兩面間的電壓將增大 D.M、M′兩面間的電勢(shì)差為 解析 根據(jù)左手定則知,電子向M面偏轉(zhuǎn),則導(dǎo)體的M面帶負(fù)電,為負(fù)極,M′面帶正電,為正極;自由電子做定向移動(dòng),視為勻速運(yùn)動(dòng),設(shè)定向移動(dòng)速率為v,則時(shí)間t內(nèi)某一截面內(nèi)電子前進(jìn)的距離為vt,對(duì)應(yīng)體積為vthd,此體積內(nèi)含有的電子個(gè)數(shù)為nvthd,電荷量為nevthd,則電流I==nevhd,電荷定向移動(dòng)速率為v=;電子受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡,有e=Bev,可得電勢(shì)差U=Bhv=,可知M、M′兩面間的電壓與導(dǎo)體高度h無(wú)關(guān);因M面電勢(shì)低,則M、

7、M′兩面間的電勢(shì)差為-。所以B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 答案 B 二、多項(xiàng)選擇題 5.(2018·東北育才學(xué)校二模)如圖3-3-17所示為一種質(zhì)譜儀示意圖,由加速電場(chǎng)、靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道中心線(xiàn)的半徑為R,通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng)在中心線(xiàn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線(xiàn)通過(guò)靜電分析器,由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器,最終打到膠片上的Q點(diǎn)。不計(jì)粒子重力。下列說(shuō)法正確的是 圖3-3-17 A.極板M比極板N電勢(shì)高 B.加速電場(chǎng)的電壓U=ER C.

8、直徑PQ=2B D.若一群粒子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)上述過(guò)程都落在膠片上同一點(diǎn),則該群粒子具有相同的比荷 解析 粒子在靜電分析器中受力方向指向圓心,與電場(chǎng)方向相同,故粒子帶正電,為使粒子在加速電場(chǎng)中被加速,極板M的電勢(shì)應(yīng)比極板N的電勢(shì)高,A項(xiàng)正確;在加速電場(chǎng)中,有qU=mv2,在靜電分析器中,有qE=m,解得U=ER,B錯(cuò)誤;設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑為r,有qvB=m,與qE=m聯(lián)立,解得r=,故直徑PQ=,C錯(cuò)誤;粒子落在膠片上同一點(diǎn),即在磁場(chǎng)中軌道半徑相同,因r=,故粒子的比荷相同,D項(xiàng)正確。 答案 AD 6.如圖3-3-18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)面是電阻可忽

9、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(zhuān)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,下列說(shuō)法正確的是 圖3-3-18 A.若可變電阻R已知,則可變電阻消耗的電功率為2R B.若可變電阻R已知,則可變電阻消耗的電功率為 C.調(diào)節(jié)可變電阻R的阻值,可變電阻R消耗的電功率的最大值為Pm= D.調(diào)節(jié)可變電阻R的阻值,可變電阻R消耗的電功率的最大值為Pm= 解析 根據(jù)磁流體發(fā)電的原理可

10、得qvB=q,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為u=Bdv,根據(jù)歐姆定律可得通過(guò)可變電阻的電流為I=,可變電阻消耗的電功率為P=I2R=R,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;P=I2R=R=,根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知,當(dāng)S=時(shí),P有最大值,Pm=,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。 答案 AC 三、計(jì)算題 7.(2018·鹽城模擬)電子擴(kuò)束裝置由電子加速器、偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)組成。偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)由加有電壓的相距為d的兩塊水平平行放置的導(dǎo)體板組成,如圖3-3-19甲所示。大量電子(其重力不計(jì))由靜止開(kāi)始,經(jīng)加速電場(chǎng)加速后,連續(xù)不斷地沿平行板的方向從兩板正中間射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。當(dāng)兩板不帶電時(shí),這些電子通過(guò)兩板之間的時(shí)間為2t0,當(dāng)在兩板間加如圖乙所示的周期

11、為2t0、幅值恒為U0的電壓時(shí),所有電子均從兩板間通過(guò),然后進(jìn)入水平寬度為L(zhǎng),豎直寬度足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,最后通過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)打在豎直放置的熒光屏上,問(wèn): 圖3-3-19 (1)電子在剛穿出兩板之間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)最大側(cè)向位移與最小側(cè)向位移之比為多少? (2)要使側(cè)向位移最大的電子能垂直打在熒光屏上,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少? (3)在滿(mǎn)足(2)問(wèn)的情況下,打在熒光屏上的電子束的寬度為多少?(已知電子的質(zhì)量為m、電荷量為e) 解析 (1)由題意可知,從0、2t0、4t0……時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電子側(cè)向位移最大,在這種情況下,電子的側(cè)向位移為 ymax=at+vyt0=t+t=t 從t

12、0、3t0……時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電子側(cè)向位移最小,在這種情況下,電子的側(cè)向位移為ymin=at=t 所以最大側(cè)向位移和最小側(cè)向位移之比為ymax∶ymin=3∶1 (2)設(shè)電子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)的偏轉(zhuǎn)角為θ,由于電子要垂直打在熒光屏上,所以電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑應(yīng)為R= 設(shè)電子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中出來(lái)時(shí)的速度為vt,垂直偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的極板的速度為vy,則電子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中出來(lái)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角滿(mǎn)足sin θ= 式中vy=t0,根據(jù)牛頓第二定律,有evtB= 聯(lián)立解得B= (3)由于各個(gè)時(shí)刻從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中出來(lái)的電子的速度大小相同,方向也相同,因此電子進(jìn)入磁場(chǎng)后的半徑也相同,都能垂直打在熒光屏上,由第(1)問(wèn)可

13、知電子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中出來(lái)時(shí)的最大側(cè)向位移和最小側(cè)向位移的差值為Δy=y(tǒng)max-ymin,即Δy=t,所以打在熒光屏上的電子束的寬度為Δy=t 答案 (1)3∶1 (2) (3)t 8.(2018·開(kāi)封一模)如圖3-3-20所示,真空中有一以O(shè)點(diǎn)為圓心的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,半徑為R=0.5 m,磁場(chǎng)垂直紙面向里。在y>R的區(qū)域存在沿-y方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度為E=1.0×105 V/m。在M點(diǎn)有一正粒子以速率v=1.0×106 m/s沿+x方向射入磁場(chǎng),粒子穿出磁場(chǎng)后進(jìn)入電場(chǎng),速度減小到0后又返回磁場(chǎng),最終又從磁場(chǎng)離開(kāi)。已知粒子的比荷為=1.0×107 C/kg,粒子重力不計(jì)。 圖3-3

14、-20 (1)求圓形磁場(chǎng)區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。? (2)求沿+x方向射入磁場(chǎng)的粒子,從進(jìn)入磁場(chǎng)到再次穿出磁場(chǎng)所走過(guò)的路程。 解析 (1)沿+x方向射入磁場(chǎng)的粒子進(jìn)入電場(chǎng)后,速度減小到0,則粒子一定是從如圖的P點(diǎn)射出磁場(chǎng)、逆著電場(chǎng)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的,所以粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑 r=R=0.5 m 根據(jù)Bqv= 得B=,代入數(shù)據(jù)得B=0.2 T (2)粒子返回磁場(chǎng)后,經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從N點(diǎn)射出磁場(chǎng),MN為直徑,粒子在磁場(chǎng)中的總路程為二分之一圓周長(zhǎng) s1=πR 設(shè)在電場(chǎng)中的路程為s2,根據(jù)動(dòng)能定理得 Eq=mv2 s2= 總路程s=πR+,代入數(shù)據(jù)得s=0.5π+1 (m)。 答

15、案 (1)0.2 T (2)0.5π+1(m) 9.(2017·天津卷)平面直角坐標(biāo)系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),第Ⅲ象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),如圖3-3-21所示。一帶負(fù)電的粒子從電場(chǎng)中的Q點(diǎn)以速度v0沿x軸正方向開(kāi)始運(yùn)動(dòng),Q點(diǎn)到y(tǒng)軸的距離為到x軸距離的2倍。粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O離開(kāi)電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng),最終從x軸上的P點(diǎn)射出磁場(chǎng),P點(diǎn)到y(tǒng)軸距離與Q點(diǎn)到y(tǒng)軸距離相等。不計(jì)粒子重力,問(wèn): 圖3-3-21 (1)粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向; (2)電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比。 解析 (1)在電場(chǎng)中,粒子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)Q點(diǎn)到x軸距離為L(zhǎng),到y(tǒng)軸距離為2L,粒子

16、的加速度為a,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,有2L=v0t① L=at2② 設(shè)粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)沿y軸方向的分速度為vy vy=at③ 設(shè)粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度方向與x軸正方向夾角為α,有 tan α=④ 聯(lián)立①②③④式得α=45°⑤ 即粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度方向與x軸正方向成45°角斜向上。 設(shè)粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度大小為v,由運(yùn)動(dòng)的合成有 v= ⑥ 聯(lián)立①②③⑥式得v=v0⑦ (2)設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E,粒子電荷量為q,質(zhì)量為m,粒子在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力為F,由牛頓第二定律可得F=ma⑧ 又F=qE⑨ 設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R,所受的洛倫茲力提供向心力,有 q

17、vB=m⑩ 由幾何關(guān)系可知R=L? 聯(lián)立①②⑦⑧⑨⑩?式得=。 答案 見(jiàn)解析 10.(2018·全國(guó)卷Ⅰ)如圖3-3-22,在y>0的區(qū)域存在方向沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小為E;在y<0的區(qū)域存在方向垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一個(gè)氕核H和一個(gè)氘核H先后從y軸上y=h點(diǎn)以相同的動(dòng)能射出,速度方向沿x軸正方向。已知H進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),速度方向與x軸正方向的夾角為60°,并從坐標(biāo)原點(diǎn)O處第一次射出磁場(chǎng)。H的質(zhì)量為m,電荷量為q。不計(jì)重力。求 圖3-3-22 (1)H第一次進(jìn)入磁場(chǎng)的位置到原點(diǎn)O的距離; (2)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大??; (3)H第一次離開(kāi)磁場(chǎng)的位置到原點(diǎn)O的

18、距離。 解析 (1)H在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。設(shè)H在電場(chǎng)中的加速度大小為a1,初速度大小為v1,它在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1,第一次進(jìn)入磁場(chǎng)的位置到原點(diǎn)O的距離為s1。由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有 s1=v1t1① h=a1t② 由題給條件,H進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的方向與x軸正方向夾角θ1=60°。H進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度的y分量的大小為 a1t1=v1tan θ1③ 聯(lián)立以上各式得 s1=h④ (2)H在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),由牛頓第二定律有 qE=ma1⑤ 設(shè)H進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小為v′1,由速度合成法則有 v′1=⑥ 設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,H在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓軌

19、道半徑為R1,由洛倫茲力公式和牛頓第二定律有 qv′1B=⑦ 由幾何關(guān)系得 s1=2R1sin θ1⑧ 聯(lián)立以上各式得 B=⑨ (3)設(shè)H在電場(chǎng)中沿x軸正方向射出的速度大小為v2,在電場(chǎng)中的加速度大小為a2,由題給條件得 (2m)v=mv⑩ 由牛頓第二定律有 qE=2ma2? 設(shè)H第一次射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v′2,速度的方向與x軸正方向夾角為θ2,入射點(diǎn)到原點(diǎn)的距離為s2,在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2。由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有 s2=v2t2? h=a2t? v′2=? sin θ2=? 聯(lián)立以上各式得 s2=s1,θ2=θ1,v′2=v′1。? 設(shè)H在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R2,由⑦?式及粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式得 R2==R1? 所以出射點(diǎn)在原點(diǎn)左側(cè)。設(shè)H進(jìn)入磁場(chǎng)的入射點(diǎn)到第一次離開(kāi)磁場(chǎng)的出射點(diǎn)的距離為s′2,由幾何關(guān)系有 s′2=2R2sinθ2? 聯(lián)立④⑧???式得,H第一次離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的位置到原點(diǎn)O的距離為 s′2-s2=(-1)h。? 答案 見(jiàn)解析 10

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