高考物理一轮复习精选题辑课练28带电粒子在复合场中的运动.doc
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1、1 / 14【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习精选题辑课练精选高考物理一轮复习精选题辑课练 2828 带电带电粒子在复合场中的运动粒子在复合场中的运动1(2018江苏如皋质检)(多选)如图所示为磁流体发电机的发 电原理:将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和 带负电的微粒,而从整体来说呈电中性)沿图示方向喷射入磁场,磁 场中有两块金属板 A、B,这时金属板上就会聚集电荷在磁极配置 如图中所示的情况下,下列说法正确的是( ) AA 板带负电 B有电流从 b 经用电器流向 a C金属板 A、B 间的电场方向向下 D等离子体发生偏转的原因是离子所受的洛伦兹力大于所受的
2、 静电力 答案:ABD 解析:根据左手定则可知,正电荷向下偏转,负电荷向上偏转, 则 A 板带负电,故 A 正确因为 B 板带正电,A 板带负电,所以电 流的流向为从 b 经用电器流向 a,故 B 正确因为 B 板带正电,A 板 带负电,所以金属板间的电场方向向上,故 C 错误等离子体发生 偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力,故 D 正确 2(2018广东珠海一模)如图所示,从 S 处发出的电子经加速 电压 U 加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中,发现电 子向下极板偏转设两极板间电场强度为 E,磁感应强度为 B.欲使 电子沿直线从电场和磁场区域通过,只采取下列措施,其中可行的
3、 是( ) A适当减小电场强度 E B适当减小磁感应强度 B C适当增大加速电压 U D适当增大加速电场极板之间的距离 答案:B 解析:根据左手定则可知,电子所受的洛伦兹力的方向竖直向 下,故电子向下极板偏转的原因是电场力小于洛伦兹力,要想使电 子沿直线从电磁复合场区域通过,则必须有 EqqvB,所以可以适 当增大电场强度或适当减小磁感应强度,A 错误,B 正确;由 Uemv2 得 v,可以适当减小加速电压来减小电子进入电磁复合场2 / 14的速度 v,从而使得 EqqvB,C 错误;适当增大加速电场极板间的 距离,但只要两板间电压不变,电子进入磁场的速度就不变,则电 子受到的电场力仍小于它受
4、到的洛伦兹力,电子向下偏转,D 错 误 3(2018浙江杭州期末)利用霍尔效应制作的霍尔元件,被广 泛应用于测量和自动控制等领域霍尔元件一般由半导体材料制成, 有的半导体中的载流子(即自由电荷)是电子,有的半导体中的载流 子是空穴(相当于正电荷)如图所示,将扁平长方体形状的霍尔元 件水平放置接入电路,匀强磁场垂直于霍尔元件的水平面竖直向下, 闭合开关,让电流从霍尔元件的水平面竖直向下,闭合开关,让电 流从霍尔元件的左侧流向右侧,则其前、后两表面会形成电势 差现有载流子是电子的霍尔元件 1 和载流子是空穴的霍尔元件 2,两元件均按图示方式接入电路(闭合开关),则关于前、后两表面 电势高低的判断,
5、下列说法中正确的是( ) A若接入元件 1 时,前表面电势高;若接入元件 2 时,前表面 电势低 B若接入元件 1 时,前表面电势低;若接入元件 2 时,前表面 电势高 C不论接入哪个元件,都是前表面电势高 D不论接入哪个元件,都是前表面电势低 答案:A 解析:若接入元件 1,载流子是电子,根据左手定则可知,电 子向后表面偏转,故前表面电势高;若接入元件 2,载流子是空穴, 根据左手定则可知,正电荷向后表面偏转,故前表面电势低,后表 面电势高,A 正确 4(2018陕西渭南一模)质谱仪是一种测定带电粒子的质量和 分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示粒子源 S 产生一 个质量为 m、电荷量
6、为 q 的带正电的粒子,粒子的初速度很小,可 以看成是静止的,粒子经过电压 U 加速进入磁感应强度为 B 的匀强 磁场中,沿着半圆运动轨迹打到底片 P 上,测得它在 P 上的位置到 入口处 S1 的距离为 x,则下列说法正确的是( ) A对于给定的带电粒子,当磁感应强度 B 不变时,加速电压 U 越大,粒子在磁场中运动的时间越长 B对于给定的带电粒子,当磁感应强度 B 不变时,加速电压 U 越大,粒子在磁场中运动的时间越短 C当加速电压 U 和磁感应强度 B 一定时,x 越大,带电粒子的 比荷越大 D当加速电压 U 和磁感应强度 B 一定时,x 越大,带电粒子的3 / 14比荷越小 答案:D
7、解析:在加速电场中由 Uqmv2 得 v,在匀强磁场中由 qvB 得 R,且 R,联立解得,所以当加速电压 U 和磁感应强度 B 一 定时,x 越大,带电粒子的比荷越小,C 错误,D 正确粒子在磁场 中运动的时间 t,与加速电压 U 无关,A、B 错误 5(2018江苏宜兴模拟)(多选)回旋加速器的工作原理示意图 如图所示,磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直,两盒间的狭缝 很小,粒子穿过其的时间可忽略,它们接在电压为 U、频率为 f 的 交流电源上,若 A 处粒子源产生的质子在加速器中被加速,下列说 法正确的是( ) A若只增大交流电压 U,则质子获得的最大动能增大 B若只增大交流电压 U
8、,则质子在回旋加速器中运动的时间会 变短 C若磁感应强度 B 增大,交流电频率 f 必须适当增大,回旋加 速器才能正常工作 D不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f,该回旋加速器也能用 于加速 粒子 答案:BC 解析:当质子从 D 形盒中射出时速度最大,根据 qvmBm,得 vm,则质子获得的最大功能 Ekm,质子的最大动能与交流电压 U 无关,故 A 错误;根据 T,可知若只增大交流电压 U,不会改变 质子在回旋加速器中运动的周期,但加速次数会减少,则质子在回 旋加速器中运动的时间变短,故 B 正确;根据 T,可知若磁感应 强度 B 增大,则 T 减小,只有当交流电频率 f 适当增大,回旋加
9、速 器才能正常工作,故 C 正确;带电粒子在磁场中运动的周期与在加 速电场中运动的周期相等,根据 T知,换用 粒子,粒子的比荷 变化,在磁场中运动的周期变化,回旋加速器需改变交流电的频率 才能用于加速 粒子,故 D 错误 6(2018北京区期末)(多选)将一块长方体形状的半导体 材料样品的表面垂直磁场方向置于磁场中,当此半导体材料中通有 与磁场方向垂直的电流时,在半导体材料与电流和磁场方向垂直的 两个侧面会出现一定的电压,这种现象称为霍尔效应,产生的电压 称为霍尔电压,相应的将具有这样性质的半导体材料样品称为霍尔 元件如图所示,利用电磁铁产生磁场,毫安表检测输入霍尔元件 的电流,毫伏表检测霍尔
10、元件输出的霍尔电压已知图中的霍尔元 件是 P 型半导体,与金属导体不同,它内部形成电流的“载流子” 是空穴(空穴可视为能自由移动带正电的粒子)图中的 1、2、3、44 / 14是霍尔元件上的四个接线端当开关 S1、S2 闭合后,电流表 A 和电 表 B、C 都有明显示数,下列说法中正确的是 ( ) A电表 B 为毫伏表,电表 C 为毫安表 B接线端 2 的电势高于接线端 4 的电势 C若调整电路,使通过电磁铁和霍尔元件的电流与原电流方向 相反,但大小不变,则毫伏表的示数将保持不变 D若减小 R1、增大 R2,则毫伏表示数一定增大 答案:BC 解析:电表 B 测量的是输入霍尔元件的电流,电表 C
11、 测量的是 霍尔元件输出的电压,所以电表 B 为毫安表,电表 C 为毫伏表,A 错误;由铁芯上的线圈绕向可知,霍尔元件处的磁场方向为自上而 下,输入霍尔元件的电流方向为由 1 到 3,由左手定则可知,载流 子(空穴)受到洛伦兹力的作用将会偏向接线端 2,所以接线端 2 的 电势高于接线端 4 的电势,B 正确;若使通过电磁铁和霍尔元件的 电流与原电流方向相反,但大小不变,则产生的霍尔电压的大小和 方向均不变,毫伏表的示数将保持不变,C 正确;若减小 R1,则通 过霍尔元件的磁感应强度 B 变大,增大 R2,通过霍尔元件的电流 I 减小,对于霍尔元件有 qBvq,InqSv,联立得 UH,因不知
12、 B 和 I 的具体变化量,无法确定毫伏表示数的变化,D 错误 7(多选)如图甲所示,一个带正电荷的物块 m,由静止开始从 斜面上 A 点下滑,滑到水平面 BC 上的 D 点停下来已知物块与斜面 及水平面间的动摩擦因数相同,且不计物块经过 B 处时的机械能损 失先在 ABC 所在空间加竖直向下的匀强电场,第二次让物块 m 从 A 点由静止开始下滑,结果物块在水平面上的 D点停下来,如图 乙后又撤去电场,在 ABC 所在空间加水平向里的匀强磁场,再次 让物块 m 从 A 点由静止开始下滑,结果物块沿斜面滑下并在水平面 上的 D点停下来,如图丙则以下说法中正确的是( ) AD点一定在 D 点左侧
13、BD点一定与 D 点重合 CD点一定在 D 点右侧 DD点一定与 D 点重合 答案:BC 解析:设 AB 斜面与水平面的夹角为 ,从 A 点至 D 点过程中, 以物块为研究对象进行受力分析,由动能定理有 mghmgs1cosmgs20,化简解得 hs1coss20.由 题意知,A 点距水平面的高度 h、物块与斜面及水平面间的动摩擦因 数 、斜面倾角 、斜面长度 s1 为定值,所以 s2 与重力大小无关, 而在 ABC 所在空间加竖直向下的匀强电场后,相当于把重力增大了, s2 不变,D点一定与 D 点重合,选项 A 错误、B 正确在 ABC 所在 空间加水平向里的匀强磁场后,洛伦兹力垂直于接触
14、面向上,正压5 / 14力变小,摩擦力变小,重力做的功不变,所以 D点一定在 D 点右 侧,选项 C 正确、D 错误 8. (多选)如图所示为一个质量为 m、带电荷量为q 的圆环,可在 水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动,细杆处于磁感应强度为 B 的 匀强磁场中现给圆环向右的初速度 v0,在以后的运动过程中,圆 环运动的 vt 图象可能是下图中的( ) 答案:AD 解析:由左手定则可判断洛伦兹力方向向上,圆环还受到竖直 向下的重力、垂直于细杆的弹力及向左的摩擦力当 Bqv0mg 时, 圆环做匀速直线运动,选项 A 正确当 Bqv0mg 时, NBqv0mg,此时 Nma,所以圆环做加速度逐渐减小
15、的减速运 动,直到 Bqvmg 时,圆环开始做匀速运动,选项 D 正确 9(多选)如图所示,两虚线之间的空间内存在着正交或平行的 匀强电场 E 和匀强磁场 B,有一个带正电的小球(电荷量为q、质 量为 m)从电、磁复合场上方的某一高度处自由落下,那么,带电小 球可能沿直线通过电、磁复合场的是( ) 答案:CD 解析:A 图中小球受重力、向左的电场力、向右的洛伦兹力, 下降过程中速度一定变大,故洛伦兹力一定增大,不可能一直与电 场力平衡,故合力不可能一直向下,故一定做曲线运动,故 A 错 误B 图中小球受重力、向上的电场力、垂直纸面向外的洛伦兹力, 合力与速度方向一定不共线,故一定做曲线运动,故
16、 B 错误C 图 中小球受重力、向左上方的电场力、水平向右的洛伦兹力,若三力 平衡,则小球做匀速直线运动,故 C 正确D 图中小球受向下的重 力和向上的电场力,合力一定与速度共线,故小球一定做直线运动, 故 D 正确 10如图甲,一带电物块无初速度地放在皮带轮底端,皮带轮 以恒定大小的速率沿顺时针转动,该装置处于垂直于纸面向里的匀 强磁场中,物块由底端 E 运动至皮带轮顶端 F 的过程中,其 vt 图 象如图乙所示,物块全程运动的时间为 4.5 s,关于带电物块及运 动过程的说法正确的是( ) A该物块带负电 B皮带轮的传动速度大小一定为 1 m/s C若已知皮带的长度,可求出该过程中物块与皮
17、带发生的相对 位移6 / 14D在 24.5 s 内,物块与皮带仍可能有相对运动 答案:D 解析:对物块进行受力分析可知,开始时物块受到重力、支持 力和摩擦力的作用,设动摩擦因数为 ,沿斜面的方向有 FNmgsinma 物块运动后,又受到洛伦兹力的作用,加速度逐渐减小,由 式可知,一定是 FN 逐渐减小,而开始时 FNmgcos,后来 FNmgcosf 洛,即洛伦兹力的方向是向上的物块沿皮带向 上运动,由左手定则可知物块带正电,故 A 错误物块向上运动的 过程中,洛伦兹力越来越大,则受到的支持力越来越小,结合式 可知,物块的加速度也越来越小,当加速度等于 0 时,物块达到最 大速度,此时 mg
18、sin(mgcosf 洛) 由式可知,只要皮带的速度大于或等于 1 m/s,则物块达到 最大速度的条件与皮带的速度无关,所以皮带的速度可能是 1 m/s,也可能大于 1 m/s,则物块可能相对于传送带静止,也可能相 对于传送带运动,故 B 错误、D 正确由以上分析可知,皮带的速 度无法判断,所以若已知皮带的长度,也不能求出该过程中物块与 皮带发生的相对位移,故 C 错误 11(2018河南开封一模)如图所示,真空中有一以 O 点为圆 心的圆形匀强磁场区域,半径 R0.5 m,磁场垂直于纸面向里在 yR 的区域存在沿 y 轴负方向的匀强电场,电场强度 E1.0105 V/m.在坐标原点 M 点有
19、一带正电的粒子以速率 v1.0106 m/s 沿 x 轴正方向射入磁场,粒子穿出磁场进入电场,速度减小到 0 后又 返回磁场,最终又从磁场离开已知粒子的比荷为1.0107 C/kg,粒子的重力不计求: (1)圆形磁场区域磁感应强度的大小; (2)该粒子从进入磁场到再次穿出磁场所运动的路程 答案:(1)0.2 T (2)2.57 m 解析:(1)沿 x 轴正方向射入磁场的粒子进入电场后,速度减小 到 0,粒子一定是从如图所示的 P 点射出磁场,逆着电场线方向运 动,所以粒子在磁场中做圆周运动的半径 rR0.5 m根据 Bqv,得 B,代入数据解得 B0.2 T. (2)粒子返回磁场后,经磁场偏转
20、后从 N 点射出磁场,MN 为直 径,粒子在磁场中的路程为二分之一圆周的周长 s1R,设在电 场中的路程为 s2,根据动能定理得 Eqmv2,s2, 总路程 ss1s2R,代入数据解得 s2.57 m. 12(2018河北衡水中学三调)如图所示,质量 M 为 5.0 kg7 / 14的小车以 2.0 m/s 的速度在光滑的水平面上向左运动,小车上 AD 部 分是表面粗糙的水平轨道,DC 部分是光滑圆弧轨道,整个轨道都是 由绝缘材料制成的,小车所在空间内有竖直向上的匀强电场和垂直 于纸面向里的匀强磁场,电场强度 E 大小为 50 N/C,磁感应强度 B 大小为 2.0 T现有一质量 m 为 2.
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