物理優(yōu)化探究選修3-1-8-3作業(yè)及答案

1、1(2013年東莞調(diào)研)一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則()A此空間一定不存在磁場B此空間一定不存在電場C此空間可能只有勻強磁場，方向與電子速度垂直D此空間可能同時有電場和磁場解析：當(dāng)空間只有勻強磁場，且電子的運動方向與磁場方向垂直時，受洛倫茲力作用，會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C不正確當(dāng)空間既有電場又有磁場，且兩種場力相互平衡時，電子不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A、B不正確，D正確答案：D2如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電荷量不全相等的離子，經(jīng)過由正交的勻強電場和勻強磁場組成的速度選擇器后，進入另一個勻強磁場中并分裂為A、B束，下列說法中正確的是()A組成A、B束的離子都帶正電B組成A、B束的離子質(zhì)量一定不同C速度選擇器

2、中的磁場方向垂直紙面向外DA束離子的比荷()大于B束離子的比荷解析：A與B兩束離子由速度選擇器進入磁場后，由左手定則可判斷出A、B兩束離子均帶正電；離子在速度選擇器中做勻速直線運動，兩離子帶正電，所受靜電力與場強方向一致，水平向右，洛倫茲力必水平向左，且與靜電力等大：BqvqEv，由左手定則可得速度選擇器中的磁場方向應(yīng)垂直于紙面向里；兩離子進入磁場后做勻速圓周運動，觀察可得圓周運動半徑不同，依據(jù)r可得兩離子的比荷不等，A束離子的圓周運動的半徑較小，則比荷大于B束離子答案：AD3(2013年石家莊檢測)勞倫斯和利文斯設(shè)計出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間

3、的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可忽略磁感應(yīng)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(yīng)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2RfB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1D不改變磁感應(yīng)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v2Rf，A正確；粒子離開回旋加速器的最大動能Ekmmv2m42R2f22m2R2f2，與加速電壓U無關(guān)，B

4、錯誤；根據(jù)R，Uqmv，2Uqmv，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錯誤；因回旋加速器的最大動能Ekm2m2R2f2與m、R、f均有關(guān)，D錯誤答案：A4(2013年保定質(zhì)檢)在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強電場，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點以速度v0垂直于y軸射入電場，經(jīng)x軸上的N點與x軸正方向成60角射入磁場，最后從y軸負(fù)半軸上的P點垂直于y軸射出磁場，如圖所示不計粒子重力，求(1)M、N兩點間的電勢差UMN；(2)粒子在磁場中運動的軌道半徑r；(3)粒子從M

5、點運動到P點的總時間t.解析：(1)設(shè)粒子過N點時的速度為v，有cos v2v0粒子從M點運動到N點的過程，有qUMNmv2mvUMN(2)粒子在磁場中以O(shè)為圓心做勻速圓周運動，半徑為ON，有qvBr(3)由幾何關(guān)系得ONrsin 設(shè)粒子在電場中運動的時間為t1，有ONv0t1t1粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期T設(shè)粒子在磁場中運動的時間為t2，有t2Tt2tt1t2t答案：(1)(2)(3)命題報告教師用書獨具知識點題號帶電粒子在復(fù)合場中受力及運動軌跡問題2、7、8、10回旋加速器、質(zhì)譜儀及磁流體發(fā)電機原理1、3、5復(fù)合場中功能關(guān)系的應(yīng)用4、6、9帶電粒子在復(fù)合場中兩類偏轉(zhuǎn)問題11、12一、

6、選擇題(本題共10小題，每小題至少有一個選項正確，把正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi))1關(guān)于回旋加速器加速帶電粒子所獲得的能量，下列結(jié)論中正確的是()A只與加速器的半徑有關(guān)，半徑越大，能量越大B與加速器的磁場和半徑均有關(guān)，磁場越強、半徑越大，能量越大C只與加速器的電場有關(guān)，電場越強，能量越大D與帶電粒子的質(zhì)量和電荷量均有關(guān)，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大解析：回旋加速器中的帶電粒子旋轉(zhuǎn)半徑與能量有關(guān)，速度越大，半徑越大達到最大速度v時，半徑增大到最大R，能量最大粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，滿足qvB，則v，故Ekmv2.R越大，能量越大；B越大，能量越大，A錯誤、B正確；Ek與加速器的電場

7、無關(guān)，C錯誤；質(zhì)量m變大時，Ek變小，D錯誤答案：B2(2013年杭州月考)有一個帶電荷量為q、重力為G的小球，從兩豎直的帶電平行板上方h處自由落下，兩極板間另有勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，方向如圖所示，則帶電小球通過有電場和磁場的空間時，下列說法正確的是()A一定做曲線運動B不可能做曲線運動C有可能做勻加速運動D有可能做勻速運動解析：由于小球在下落過程中速度變化，洛倫茲力會變化，小球所受合力變化，故小球不可能做勻速或勻加速運動，B、C、D錯，A正確答案：A3(2013年常州模擬)1922年英國物理學(xué)家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學(xué)獎若一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運動軌

8、跡如圖所示，則下列說法中正確的是()A該束帶電粒子帶負(fù)電B速度選擇器的P1極板帶正電C在B2磁場中運動半徑越大的粒子，質(zhì)量越大D在B2磁場中運動半徑越大的粒子，比荷越小解析：根據(jù)左手定則可確定粒子帶正電，A錯誤；由速度選擇器中靜電力和洛倫茲力方向相反知，P1板帶正電，B正確；根據(jù)qvB，r，故可以確定C錯誤、D正確答案：BD4.如圖所示的虛線區(qū)域內(nèi)，充滿垂直于紙面向里的勻強磁場和豎直向下的勻強電場一帶電粒子a(不計重力)以一定的初速度由左邊界的O點射入磁場、電場區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的O點(圖中未標(biāo)出)穿出若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場而保留電場不變，另一個同樣的粒子b(不計重力)仍以相同初速度由

9、O點射入，從區(qū)域右邊界穿出，則粒子b()A穿出位置一定在O點下方B穿出位置一定在O點上方C運動時，在電場中的電勢能一定減小D在電場中運動時，動能一定減小解析：帶電粒子的電性可正也可負(fù)，當(dāng)只有電場作用時，粒子穿出位置可能在O點上方，也可能在O點下方電場力一定對粒子做正功，粒子的電勢能減小，動能一定增加答案：C5如圖所示為磁流體發(fā)電機的原理圖：將一束等離子體噴射入磁場，在場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷 ，產(chǎn)生電壓如果射入的等離子體的初速度為v，兩金屬板的板長(沿初速度方向)為L，板間距離為d，金屬板的正對面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于離子初速度方向，負(fù)載電阻為R，

10、電離氣體充滿兩板間的空間當(dāng)發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時，電流表的示數(shù)為I.那么板間電離氣體的電阻率為()A.(R)B.(R)C.(R) D.(R)解析：當(dāng)發(fā)電機穩(wěn)定時，等離子體做勻速直線運動，所以qvBqEq，即UBdv，由I和r得(R)，故A正確答案：A6(2013年吉林實驗中學(xué)一模)如圖所示，一帶電塑料小球質(zhì)量為m，用絲線懸掛于O點，并在豎直平面內(nèi)擺動，最大擺角為60，水平磁場垂直于小球擺動的平面當(dāng)小球自左方擺到最低點時，懸線上的張力恰為零，則小球自右方最大擺角處擺到最低點時懸線上的張力為()A0 B2mgC4mg D6mg解析：設(shè)小球自左方擺到最低點時速度為v，則mv2mgL(1cos 60)，此時

11、qvBmgm，當(dāng)小球自右方擺到最低點時，v大小不變，洛倫茲力方向發(fā)生變化，F(xiàn)TmgqvBm，得FT4mg，故C正確答案：C7(2013年廈門檢測)如圖所示，一束粒子(不計重力，初速度可忽略)緩慢通過小孔O1進入極板間電壓為U的水平加速電場區(qū)域，再通過小孔O2射入相互正交的恒定勻強電場、磁場區(qū)域，其中磁場的方向如圖所示，磁感應(yīng)強度大小可根據(jù)實際要求調(diào)節(jié)，收集室的小孔O3與O1、O2在同一條水平線上則收集室收集到的是()A具有特定質(zhì)量的粒子B具有特定比荷的粒子C具有特定速度的粒子 D具有特定動能的粒子解析：粒子在加速電場中由動能定理可得：qUmv2v ，粒子沿直線O1O2O3運動，則在相互正交的恒

12、定勻強電場、磁場區(qū)域中必定受力平衡，可得：qEBqvv為某一定值故選項B、C正確答案：BC8(2013年黃岡模擬)如圖所示，空間存在正交的勻強電場和勻強磁場，勻強電場方向豎直向上，勻強磁場的方向垂直紙面向里有一內(nèi)壁光滑、底部有帶正電小球的試管在水平拉力F作用下，試管向右勻速運動，帶電小球能從試管口處飛出已知小球質(zhì)量為m，帶電量為q，場強大小為E.關(guān)于帶電小球及其在離開試管前的運動，下列說法中正確的是()A洛倫茲力對小球不做功B洛倫茲力對小球做正功C小球的運動軌跡是一條拋物線D維持試管勻速運動的拉力F應(yīng)逐漸增大解析： 洛倫茲力總是與帶電粒子速度的方向垂直，所以不做功，A正確、B錯；小球在豎直方向

13、上的電場力和向下的重力，二者大小相等試管向右勻速運動，小球的水平速度不變，則豎直向上的洛倫茲力分量大小不變，小球豎直向上做加速運動，即小球做類平拋運動，故C正確；小球在豎直方向上的速度增大，水平向左的洛倫茲力分量增大，而試管又向右做勻速運動，所以F要逐漸增大，故D正確答案：ACD9. (2013年煙臺模擬) 如圖甲、乙、丙所示，三個完全相同的半圓形光滑絕緣軌道置于豎直平面內(nèi)，左右兩端點等高，其中乙軌道處在垂直紙面向外的勻強磁場中，丙軌道處在豎直向下的勻強電場中，三個相同的帶正電小球同時從軌道左端最高點處由靜止釋放則三個小球通過圓軌道最低點時()A速度相同B所用時間相同C對軌道的壓力相同D均能到

14、達軌道右端最高點處解析： 圖甲、乙中只有重力做功，圖丙除重力做功外，還有電場力做功，所以三個小球到最低點時，速度不同，時間不同，結(jié)合牛頓第二定律可判斷，三個小球?qū)壍赖膲毫Σ煌?，A、B、C錯誤；根據(jù)能量守恒可知，三個小球均能到達軌道右端最高點處，D正確答案：D10.如圖所示為一個質(zhì)量為m、電荷量為q的圓環(huán)，可在水平放置的足夠長的粗糙細(xì)桿上滑動，細(xì)桿處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，不計空氣阻力，現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0，在以后的運動過程中，圓環(huán)運動的速度圖像可能是下圖中的()解析：由左手定則可判斷洛倫茲力方向向上，圓環(huán)受到豎直向下的重力、垂直桿的彈力及向左的摩擦力，當(dāng)洛倫茲力初始時刻小于重力時，

15、彈力方向豎直向上，圓環(huán)向右減速運動，隨著速度減小，洛倫茲力減小，彈力越來越大，摩擦力越來越大，故做加速度增大的減速運動，直到速度為零而處于靜止?fàn)顟B(tài)，選項中沒有對應(yīng)圖像；當(dāng)洛倫茲力初始時刻等于重力時，彈力為零，摩擦力為零，故圓環(huán)做勻速直線運動，A正確；當(dāng)洛倫茲力初始時刻大于重力時，彈力方向豎直向下，圓環(huán)做減速運動，速度減小，洛倫茲力減小，彈力減小，在彈力減小到零的過程中，摩擦力逐漸減小到零，故做加速度逐漸減小的減速運動，摩擦力為零時，開始做勻速直線運動，D正確答案：AD二、非選擇題(本題共2小題，共30分，解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)11(15分)(20

16、13年廣州調(diào)研)如圖所示，在xOy直角坐標(biāo)系中，第象限內(nèi)分布著方向垂直紙面向里的勻強磁場，第象限內(nèi)分布著方向沿y軸負(fù)方向的勻強電場，初速度為零、帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子經(jīng)過電壓為U的電場加速后，從x軸上的A點垂直x軸進入磁場區(qū)域，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后過y軸上的P點且垂直y軸進入電場區(qū)域，在電場中偏轉(zhuǎn)并擊中x軸上的C點已知OAOCd.求電場強度E和磁感應(yīng)強度B的大小(粒子的重力不計)解析：設(shè)帶電粒子經(jīng)電壓為U的電場加速后速度為v，qUmv2帶電粒子進入磁場后，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qBv依題意可知：rd聯(lián)立可解得：B 帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)，做類平拋運動，設(shè)經(jīng)時間t從P點到達C點，由dv

17、tdt2聯(lián)立可解得：E答案： 12(15分)(2012年高考重慶理綜)有人設(shè)計了一種帶電顆粒的速率分選裝置，其原理如圖所示兩帶電金屬板間有勻強電場，方向豎直向上，其中PQNM矩形區(qū)域內(nèi)還有方向垂直紙面向外的勻強磁場一束比荷(電荷量與質(zhì)量之比)均為的帶正電顆粒，以不同的速率沿著磁場區(qū)域的水平中心線OO進入兩金屬板之間，其中速率為v0的顆粒剛好從Q點處離開磁場，然后做勻速直線運動到達收集板重力加速度為g，PQ3d，NQ2d，收集板與NQ的距離為l，不計顆粒間相互作用求(1)電場強度E的大??；(2)磁感應(yīng)強度B的大小；(3)速率為v0(1)的顆粒打在收集板上的位置到O點的距離解析：(1)設(shè)帶電顆粒的

18、電荷量為q，質(zhì)量為m.顆粒做勻速直線運動，則有Eqmg將代入，得Ekg(2)如圖1，由牛頓第二定律有qv0BmR2(3d)2(Rd)2得B(3)如圖2所示，由牛頓第二定律有qv0Btan y1R1y2ltan yy1y2得yd(5)答案：(1)kg(2)(3)d(5)磁感應(yīng)強度是電磁學(xué)中的一個重要物理量，其大小的測定方法較多，歸納起來主要有以下幾種方法1利用物體的平衡條件測定磁感應(yīng)強度根據(jù)影響安培力的因素及安培力的方向變化的特點，將磁感應(yīng)強度的測量轉(zhuǎn)化為力的測量，利用物體的平衡條件測出力的大小，再分析計算磁感應(yīng)強度例1如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強度，天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，寬為L，

19、共N匝，線圈下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面，當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖)時，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼，天平平衡，當(dāng)電流反向(大小不變)時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡，求磁感應(yīng)強度的大小和方向解析由題可知，電流反向前安培力方向向下，由左手定則，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里，再由題意有：電流反向前：m1gm2gNBIL電流反向后：m1gm2gmgNBIL由得B，聯(lián)立解得：B.答案見解析握影響方法2通過測導(dǎo)電液體壓強測磁感應(yīng)強度通電液體在磁場中要受到安培力，安培力的作用又要在液體中產(chǎn)生附加壓強p.通過對附加壓強p的分析就可以測出磁感應(yīng)強度例2如圖所示是一個可以用來測量磁感應(yīng)強度的裝置：一長方體絕緣容器內(nèi)部高為L，厚為d，左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C(正極)和D(負(fù)極)，并經(jīng)開關(guān)S與電源連接，容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液體的密度為；將容器置于一勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，當(dāng)開關(guān)斷開時，豎直管子a、b中的液面高度相同，開關(guān)S閉合后，a、b管中的液面將出現(xiàn)一定的高度差若當(dāng)開關(guān)S閉合后，a、b管中液面出現(xiàn)的高度差為h，電路中