高考物理 第8章第3節(jié) 知能演練強化闖關 新人教版選修3-1

1 高考物理高考物理 第第 8 8 章第章第 3 3 節(jié)節(jié) 知能演練強化闖關知能演練強化闖關 新人教版選修新人教版選修 3 13 1 圖 8 3 16 1 如圖 8 3 16 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 場方向垂直于紙面向里 一帶電微粒由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 微粒一定帶正電 B 微粒動能一定減小 C 微粒的電勢能一定增加 D 微粒的機械能一定增加 解析 選 D 微粒進入場區(qū)后沿直線ab運動 則合力為零 或者合力方向沿ab直線 垂直 于運動方向的合力仍為零 若微粒所受合力不為零 則必然做變速運動 速度的變化會導 致洛倫茲力變化 則微粒在垂直于運動方向上的合力不再為零 微粒就不能沿直線運動 因此微粒所受合力只能為零而做勻速直線運動 若微粒帶正電 則受力如圖甲所示 合力 不可能為零 故微粒一定帶負電 受力如圖乙所示 A B 錯 微粒運動過程中 電場力做 正功 微粒電勢能減少 機械能增加 C 錯 D 對 圖 8 3 17 2 如圖 8 3 17 所示 一束質量 速度和電荷量不同的正離子垂直地射入勻強磁場和勻 強電場正交的區(qū)域里 不計重力作用 結果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運動方向 有些發(fā)生 偏轉 如果讓這些不偏轉的離子進入另一勻強磁場中 發(fā)現(xiàn)這些離子又分裂成幾束 對這 些進入另一磁場的離子 可得出結論 A 它們的動能一定各不相同 B 它們的電荷量一定各不相同 C 它們的質量一定各不相同 D 它們的電荷量與質量之比一定各不相同 解析 選 D 做直線運動進入右側磁場區(qū)域的粒子滿足qvB Eq 它們的速度一定相同 動 2 能 電荷量 質量有可能相同 進入右側磁場區(qū)運動的圓半徑不同r 它們的電荷量 mv qB 與質量之比一定各不相同 3 圖 8 3 18 2012 朝陽區(qū)模擬 如圖 8 3 18 所示 在豎直虛線MN和M N 之間區(qū)域內存在著相互 垂直的勻強電場和勻強磁場 一帶電粒子 不計重力 以初速度v0由A點進入這個區(qū)域 帶 電粒子沿直線運動 并從C點離開場區(qū) 如果撤去磁場 該粒子將從B點離開場區(qū) 如果 撤去電場 該粒子將從D點離開場區(qū) 則下列判斷正確的是 A 該粒子由B C D三點離開場區(qū)時的動能相同 B 該粒子由A點運動到B C D三點的時間均不相同 C 勻強電場的場強E與勻強磁場的磁感應強度B之比 v0 E B D 若該粒子帶負電 則電場方向豎直向下 磁場方向垂直于紙面向外 解析 選 C 根據(jù)題意可知 當電磁場同時存在時 電場力與洛倫茲力平衡 粒子做勻速直 線運動 從C點離開 當只有磁場時 粒子做勻速圓周運動 從D點離開 所以粒子由 C D兩點離開場區(qū)時動能相同 當只有電場時 由B點離開場區(qū) 粒子做類平拋運動 水 平方向勻速運動 豎直方向勻加速運動 電場力向上且對粒子做正功 動能增加 粒子由 B C兩點離開場區(qū)時時間相同 由D點離開場區(qū)時時間稍長 電磁場同時存在時 qv0B qE 則 v0 若粒子帶負電 則電場方向向下 磁場方向垂直于紙面向里 綜上所 E B 述 正確選項為 C 圖 8 3 19 4 2012 東北三校高三聯(lián)考 如圖 8 3 19 所示 回旋加速器D形盒的半徑為R 所加 磁場的磁感應強度為B 用來加速質量為m 電荷量為q的質子 質子從下半盒的質子源由 靜止出發(fā) 加速到最大能量E后由A孔射出 則下列說法正確的是 A 回旋加速器不能無限加速粒子 B 增大交變電壓U 則質子在加速器中運行時間將變短 C 回旋加速器所加交變電壓的頻率為 2mE 2 mR D 下半盒內部質子的軌道半徑之比 由內到外 為 1 35 解析 選 ABC 當質子速度接近光速時 由愛因斯坦狹義相對論知 質子的質量會增加 回 轉周期變大 而與交變電壓的周期不一致 導致回旋加速器無法正常工作 A 正確 設質 子在磁場中轉動的圈數(shù)為n 因每加速一次質子獲得能量Uq 每圈有兩次加速 則聯(lián)立 Ekn mv rn 得 Ekn 2nqU 得n 所以質子在加速器中運行時間 1 22n mvn Bq q2B2r2n 2m qB2r2n 4mU 3 t nT 故增大交變電壓U 則質子在加速器中運行時間將變短 B qB2r2n 4mU 2 m qB Br2n 2U 正確 由T R E mv2 f 知 回旋加速器所加交變電壓的頻率為f 2 m qB mv qB 1 2 1 T C 正確 質子第k次進入下半盒內部時 經(jīng)電場加速 2k次 此時進入下半盒時速 2mE 2 mR 度和半徑分別為vk rk 解得rk 所以下半盒內部質子的軌 2 2kUq m mvk qB 4kUqm Bq 道半徑之比 由內到外 為 1 故 D 錯 23 5 2011 高考重慶理綜卷 某儀器用電場和磁場來控制電子在材料表面上方的運動 如圖 8 3 20 所示 材料表面上方矩形區(qū)域PP N N充滿豎直向下的勻強電場 寬為d 矩形 區(qū)域NN M M充滿垂直紙面向里的勻強磁場 磁感應強度為B 長為 3s 寬為s NN 為 磁場與電場之間的薄隔離層 一個電荷量為e 質量為m 初速為零的電子 從P點開始被 電場加速經(jīng)隔離層垂直進入磁場 電子每次穿越隔離層 運動方向不變 其動能損失是每 次穿越前動能的 10 最后電子僅能從磁場邊界M N 飛出 不計電子所受重力 圖 8 3 20 1 求電子第二次與第一次圓周運動半徑之比 2 求電場強度的取值范圍 3 A是M N 的中點 若要使電子在A M 間垂直于AM 飛出 求電子在磁場區(qū)域中運 動的時間 解析 1 設圓周運動的半徑分別為R1 R2 Rn Rn 1 第一次和第二次圓周運動速率分別 為v1和v2 動能分別為Ek1和Ek2 由 Ek2 0 81Ek1 R1 R2 Ek1 mv Ek2 mv mv1 Be mv2 Be 1 22 1 1 22 2 得 R2 R1 0 9 2 設電場強度為E 第一次到達隔離層前的速率為v 由 eEd mv 2 0 9 mv 2 mv R1 s 1 2 1 2 1 22 1 得 E 5B2es2 9md 又由 Rn 0 9n 1R1 2R1 1 0 9 0 92 0 9n 3s 得 E B2es2 80md 故 E B2es2 80md 5B2es2 9md 4 3 設電子在勻強磁場中做圓周運動的周期為T 運動的半圓周個數(shù)為n 運動總時間為t 由題意 有 Rn 1 3s R1 s Rn 1 0 9nR1 Rn 1 2R1 1 0 9n 1 0 9 s 2 得 n 2 又由 T 2 m eB 得 t 5 m 2eB 答案 1 0 9 2 E 3 B2es2 80md 5B2es2 9md 5 m 2eB 一 選擇題 圖 8 3 21 1 如圖 8 3 21 所示 勻強電場E方向豎直向下 水平勻強磁場B垂直紙面向里 三個 油滴a b c帶有等量同種電荷 已知a靜止 b c在紙面內均做勻速圓周運動 軌跡未 畫出 以下說法正確的是 A a的質量最大 c的質量最小 b c都沿逆時針方向運動 B b的質量最大 a的質量最小 b c都沿順時針方向運動 C 三個油滴質量相等 b沿順時針方向運動 c沿逆時針方向運動 D 三個油滴質量相等 b c都沿順時針方向運動 解析 選 D 由三個油滴a b c帶有等量同種電荷 a靜止可知 a帶負電荷 Eq mag b c在紙面內均做勻速圓周運動 則Eq mbg mcg 故三個油滴質量相等 由左 手定則知 b c都沿順時針方向運動 故 D 項正確 圖 8 3 22 2 如圖 8 3 22 所示 在長方形abcd區(qū)域內有正交的電磁場 ab L 一帶電粒子 bc 2 從ad的中點垂直于電場和磁場方向射入 恰沿直線從bc邊的中點P射出 若撤去磁場 則粒子從c點射出 若撤去電場 則粒子將 重力不計 A 從b點射出 B 從b P間某點射出 C 從a點射出 D 從a b間某點射出 解析 選 C 由粒子做直線運動可知qv0B qE 撤去磁場后由粒子從c點射出可知qE ma v0t L at 2v0 所以撤除電場后粒子運動的半徑r 即從a點射出 mv0 qB L 2 3 如圖 8 3 23 所示 質量為m 帶電荷量為 q的微粒以速度v與水平方向成 45 角 進入勻強電場和勻強磁場 磁場方向垂直紙面向里 如果微粒做勻速直線運動 則下列說 5 法正確的是 圖 8 3 23 A 微粒受電場力 洛倫茲力 重力三個力作用 B 微粒受電場力 洛倫茲力兩個力作用 C 勻強電場的電場強度E 2mg q D 勻強磁場的磁感應強度B mg qv 解析 選 A 因為微粒做勻速直線運動 所以微粒所受合力為零 受力分析如圖所示 微粒 在重力 電場力和洛倫茲力作用下處于平衡狀態(tài) 可知 qE mg qvB mg 得電場強度 2 E 磁感應強度B 因此 A 正確 mg q 2mg qv 圖 8 3 24 4 美國發(fā)射的航天飛機 發(fā)現(xiàn)者 號搭載了一臺 磁譜儀 其中一個關鍵部件是由中國 科學院電工研究所設計制造的直徑為 120 mm 高為 800 mm 中心磁感應強度為 0 134 T 的 永久磁體 如圖 8 3 24 它的主要使命是探測宇宙空間中可能存在的反物質 特別是宇 宙中反氦原子的原子核 帶負電 如圖所示 磁譜儀中的 4 條徑跡分別為質子 反質子 粒子 反氦核的徑跡 其中反氦核的徑跡為 A 4 B 3 C 2 D 1 解析 選 C 因質子 粒子帶正電 所以反質子 反氦核帶負電 由左手定則知反物質粒 子必向左偏 故可先排除 A B 選項 反質子 反氦核進入磁場的速度相等 反氦核的m q 大于反質子的m q 再由R 知 C 選項正確 mv Bq 6 圖 8 3 25 5 2012 長沙市一中月考 質譜儀是測帶電粒子質量和分析同位素的一種儀器 它的工作 原理是帶電粒子 不計重力 經(jīng)同一電場加速后 垂直進入同一勻強磁場做圓周運動 然后 利用相關規(guī)律計算出帶電粒子質量 其工作原理如圖 8 3 25 所示 虛線為某粒子運動軌 跡 由圖可知 A 此粒子帶負電 B 下極板S2比上極板S1電勢高 C 若只增大加速電壓U 則半徑r變大 D 若只增大入射粒子的質量 則半徑r變小 解析 選 C 粒子從S3小孔進入磁場中 速度方向向下 粒子向左偏轉 由左手定則可知粒 子帶正電 帶正電的粒子在S1和S2兩板間加速 則要求場強的方向向下 那么上極板S1 的電勢高于下極板S2的電勢 粒子在電場中加速 由動能定理有mv2 qU 在磁場中偏轉 1 2 則有r 聯(lián)立兩式解得r 由此式可以看出只增大U或只增大m時 粒子的軌 mv qB 2Um qB2 道半徑都變大 圖 8 3 26 6 2012 蘇北四市第二次調研 利用霍爾效應制作的霍爾元件廣泛應用于測量和自動控制 等領域 如圖 8 3 26 是霍爾元件的工作原理示意圖 磁感應強度B垂直于霍爾元件的工 作面向下 通入圖示方向的電流I C D兩側面會形成電勢差UCD 下列說法中正確的是 A 電勢差UCD僅與材料有關 B 若霍爾元件的載流子是自由電子 則電勢差UCD 0 C 僅增大磁感應強度時 電勢差UCD變大 D 在測定地球赤道上方的地磁場強弱時 元件的工作面應保持水平 解析 選 BC 當載流子q所受電場力q d為C D兩側面之間的距離 與洛倫茲力qvB相 UCD d 等時 C D兩側面會形成電勢差UCD 根據(jù)電流的微觀表達式有I nqvS 得UCD BI nqh 其中n為單位體積內的載流子數(shù)目 h為元件的厚度 可見電勢差UCD與磁感應強度以及 電流 材料均有關 A 錯 C 對 若載流子是自由電子 電子將偏向C側面運動 C側面電 勢低 B 對 地球赤道上方的地磁場方向水平 元件的工作面應保持豎直 D 錯 7 圖 8 3 27 7 如圖 8 3 27 所示 表面粗糙的斜面固定于地面上 并處于方向垂直紙面向外 磁感 應強度為B的勻強磁場中 質量為m 帶電量為 Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑 在滑 塊下滑過程中 下列判斷正確的是 A 滑塊受到的摩擦力不變 B 滑塊到達地面時的動能與B的大小無關 C 滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下 D B很大時 滑塊可能靜止于斜面上 解析 選 C 滑塊受重力 支持力 垂直于斜面向下的洛倫茲力和沿斜面向上的摩擦力四個 力的作用 初始時刻洛倫茲力為 0 滑塊在重力和摩擦力的作用下沿斜面向下運動 隨著 速度v的增大 洛倫茲力qvB增大 滑塊受到的彈力增大 引起摩擦力增大 故 A B 均錯 當mgsin mgcos qvB 時 滑塊開始做勻速運動 D 錯 綜上所述 選項 C 正確 8 如圖 8 3 28 所示 虛線內的空間中存在由勻強電場E和勻強磁場B組成的正交或平 行的電場和磁場 有一個帶正電的小球 電荷量為 q 質量為m 從正交或平行的電磁混合 場上方的某一高度自由落下 那么 帶電小球可能沿豎直線運動的是 圖 8 3 28 解析 選 CD 帶電小球在各復合場中受力情況如圖所示 A 圖中 由于小球所受合力不為零 因此洛倫茲力不恒定 水平方向合力不可能保持為零 A 圖不正確 B 圖中 垂直紙面向外 的方向只受一個洛倫茲力 這種情況下小球也不能沿豎直方向運動 C 圖中 小球所受三 個力的合力可能為零 小球可以沿豎直線運動 D 圖中 小球只受豎直方向上兩個力作用 沿豎直線運動 圖 8 3 29 9 醫(yī)生做某些特殊手術時 利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度 電磁血流計由電 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 8 3 29 所示 由于血液 中的正負離子隨血流一起在磁場中運動 電極a b之間會有微小電勢差 在達到平衡時 血管內部的電場可看成是勻強電場 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 8 V 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 s a負 b正 D 2 7 m s a負 b正 解析 選 A 由題意知 電磁血流計類似于電磁流量計的模型 當血液中的離子所受合力為 零時 有 Bqv Eq 又E 所以v 1 3 m s 由左手定則知 血液中的正離子向上 Uab d 偏 負離子向下偏 因此 電極a為正極 b為負極 A 正確 10 如圖 8 3 30 甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖 其核心部分是兩個 D 形金屬盒 在加速帶電粒子時 兩金屬盒置于勻強磁場中 兩盒分別與高頻電源相連 帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示 忽略帶電粒子在電場中 的加速時間 則下列判斷正確的是 圖 8 3 30 A 在Ek t圖中應有t4 t3 t3 t2 t2 t1 B 加速電壓越大 粒子最后獲得的動能就越大 C 粒子加速次數(shù)越多 粒子最大動能一定越大 D 要想粒子獲得的最大動能增大 可增加 D 形盒的面積 解析 選 D 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期與速度大小無關 因此 在 Ek t圖中應有t4 t3 t3 t2 t2 t1 A 錯 粒子獲得的最大動能與加速電壓無關 加 速電壓越小 粒子加速次數(shù)就越多 由粒子圓周運動的半徑r 可知Ek mv qB 2mEk qB q2B2r2 2m 即粒子獲得的最大動能決定于 D 形盒的半徑和磁感應強度 B 當軌道半徑r與 D 形盒半徑 R相等時就不能繼續(xù)加速 故選項 C 錯 D 對 二 非選擇題 圖 8 3 31 11 如圖 8 3 31 所示 在平面直角坐標系xOy內 第 象限存在沿y軸負方向的勻強電 場 第 象限以ON為直徑的半圓形區(qū)域內 存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場 磁感應 強度為 B 一質量為m 電荷量為q的帶正電的粒子 從y軸正半軸上y h處的M點 以速 度v0垂直于y軸射入電場 經(jīng)x軸上x 2h處的P點進入磁場 最后以垂直于y軸的方向 射出磁場 不計粒子重力 求 1 電場強度大小E 2 粒子在磁場中運動的軌道半徑r 9 3 粒子從進入電場到離開磁場經(jīng)歷的總時間t 解析 1 設粒子在電場中運動的時間為t1 對粒子的運動在x y方向分別有 2h v0t1 h at 1 22 1 由牛頓第二定律有 qE ma 解得 E mv2 0 2qh 2 設粒子進入磁場時的速度為v 對粒子在電場中的運動運用動能定理有 qEh mv2 mv 解得v v0 1 2 1 22 02 對粒子在磁場中的運動運用牛頓第二定律有 qvB m 解得 r v2 r 2mv0 Bq 3 粒子在電場中運動的時間 t1 粒子在磁場中運動的周期 T 粒子