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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(xiàn)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(zhuǎn),進入?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(zhuǎn),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(nèi)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(zhì)量和環(huán)繞速度分別為 ( )
A., B.,
C.B, D.,
【解析】選D。液滴做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,重力和電場力等大、反向,根據(jù)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(jīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(jīng)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(zhuǎn)過的角度為60,P+在磁場中轉(zhuǎn)過的角度為30,所以磷離子P+和P3+在磁場中轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)關系式。
【解析】選A。帶電粒子射出電場時速度的偏轉(zhuǎn)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(zhì)量為m,電荷量為e的質(zhì)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(zhì)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(zhì)子也能通過P點。不計質(zhì)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(zhì)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(jù)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(nèi)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(chǎn)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(diào)節(jié)可變電阻的阻值,根據(jù)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(nèi)阻r=ρ,當電源的外電阻R與電源的內(nèi)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(zhuǎn),負離子向M板偏轉(zhuǎn),當q=qvB時離子不再偏轉(zhuǎn),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(nèi)阻的存在,使得U′C=U′MN
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