高考物理 第八章 第三講 創(chuàng)新演練大沖關(guān)

創(chuàng)新演練大沖關(guān)(時(shí)間45分鐘，滿分100分)一、選擇題(本題包括9小題，每小題6分，共54分．每小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確)1．如圖1所示，水平放置的平行金屬板a、b帶有等量異種電荷，a板帶正電，兩板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，若一個(gè)帶正電的液滴在兩板間做直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)的方向是()A．沿豎直方向向下圖1B．沿豎直方向向上C．沿水平方向向左D．沿水平方向向右解析：由a板帶正電，可知板間場(chǎng)強(qiáng)方向向下．帶正電的液滴在板間所受電場(chǎng)力方向向下，重力方向也向下，要使其做直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)使其所受洛倫茲力與重力、電場(chǎng)力的合力等值反向，即洛倫茲力方向應(yīng)豎直向上，由左手定則可判定液滴的運(yùn)動(dòng)方向只能是水平向右，D正確．答案：D2．如圖2所示，一束正離子從S點(diǎn)沿水平方向射出，在沒有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)、磁場(chǎng)時(shí)恰好擊中熒光屏上的坐標(biāo)原點(diǎn)O；若同時(shí)加上電場(chǎng)和磁場(chǎng)后，正離子束最后打在熒光屏上坐標(biāo)系的第Ⅲ象限中，則所加電場(chǎng)E和磁場(chǎng)B的方向可能是(不計(jì)離子重力及其之間相互作用力)()圖2A．E向下，B向上 B．E向下，B向下C．E向上，B向下 D．E向上，B向上解析：正離子束打到第Ⅲ象限，相對(duì)原入射方向向下，所以電場(chǎng)E方向向下；根據(jù)左手定則可知磁場(chǎng)B方向向上，故A正確．答案：A3．如圖3所示，有一混合正離子束先后通過(guò)正交電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ，如果這束正離子束在區(qū)域Ⅰ中不偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ后偏轉(zhuǎn)半徑又相同，則說(shuō)明這些正離子具有相同的()圖3A．動(dòng)能 B．質(zhì)量C．電荷量 D．比荷解析：設(shè)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E，由于正離子在區(qū)域Ⅰ里不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則Eq＝B1qv，得v＝eq\f(E,B1)；當(dāng)正離子進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ時(shí)，偏轉(zhuǎn)半徑又相同，所以R＝eq\f(mv,B2q)＝eq\f(m\f(E,B1),B2q)＝eq\f(Em,B1B2q)，故選項(xiàng)D正確．答案：D4．如圖4所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通電時(shí)銅板中電流方向向下，由于磁場(chǎng)的作用，則()A．板左側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)B．板左側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)圖4C．板右側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)D．板右側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)解析：銅板導(dǎo)電靠的是自由電子的定向移動(dòng)，電流方向向下，則電子相對(duì)磁場(chǎng)定向移動(dòng)方向向上，根據(jù)左手定則，電子受洛倫茲力方向向右，致使銅板右側(cè)聚集較多電子，左側(cè)剩余較多正離子，板中逐漸形成方向向右的水平電場(chǎng)，直到定向移動(dòng)的自由電子受到的洛倫茲力與水平電場(chǎng)力平衡為止，所以由于磁場(chǎng)的作用，整個(gè)銅板左側(cè)電勢(shì)高于右側(cè)，即φa>φb.答案：C5．(·唐山模擬)如圖5所示，在沿水平方向向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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接觸而處于靜止?fàn)顟B(tài)．若將絕緣板C沿水平方向抽去后，以下說(shuō)法正確的是()A．小球A不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)B．小球A將可能沿軌跡1運(yùn)動(dòng)圖5C．小球A將可能沿軌跡2運(yùn)動(dòng)D．小球A將可能沿軌跡3運(yùn)動(dòng)解析：由題意可知小球A帶正電，小球A受重力和A、B之間的庫(kù)侖力的作用(且?guī)靵隽槌饬?，若重力的大小和庫(kù)侖力的大小相等，則撤去絕緣板后，重力和庫(kù)侖力仍大小相等而方向相反，故小球A仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，A錯(cuò)誤；若庫(kù)侖力大于重力，則可由左手定則判斷B正確．答案：B6．如圖6所示，一電子束垂直于電場(chǎng)線與磁感應(yīng)線方向入射后偏向A極板，為了使電子束沿射入方向做直線運(yùn)動(dòng)，可采用的方法是()A．將變阻器滑動(dòng)頭P向右滑動(dòng)B．將變阻器滑動(dòng)頭P向左滑動(dòng)圖6C．將極板間距離適當(dāng)減小D．將極板間距離適當(dāng)增大解析：電子入射極板后，偏向A板，說(shuō)明Eq>Bvq，由E＝eq\f(U,d)可知，減小場(chǎng)強(qiáng)E的方法有增大板間距離，和減小板間電壓，故C錯(cuò)誤，D正確；而移動(dòng)滑動(dòng)頭P并不能改變板間電壓，故A、B均錯(cuò)誤．答案：D7．如圖7所示，粗糙的足夠長(zhǎng)的豎直木桿上套有一個(gè)帶電的小球，整個(gè)裝置處在由水平勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的足夠大的復(fù)合場(chǎng)中，小球由靜止開始下滑，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球的v－t圖象如圖8所示，其中正確的是()圖7圖8解析：小球下滑過(guò)程中，qE與qvB反向，開始下落時(shí)qE>qvB，所以a＝eq\f(mg－μqE－qvB,m)，隨下落速度v的增大a逐漸增大；當(dāng)qE<qvB之后，其a＝eq\f(mg－μqvB－qE,m)，隨下落速度v的增大a逐漸減??；最后a＝0小球勻速下落，故圖C正確，A、B、D錯(cuò)誤．答案：C8．(·相城模擬)美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明的回旋加速器，應(yīng)用帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，能使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)電場(chǎng)的多次加速獲得較大的能量，使人類在獲得較高能量帶電粒子方面前進(jìn)了一步．圖9為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小恒定，且被限制在A、C板間，如圖所示．帶電粒子從P0處以速度v0沿電場(chǎng)線方向射入加速電場(chǎng)，經(jīng)加速后再進(jìn)入D型盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．對(duì)于這種改進(jìn)后的回旋加速器，下列說(shuō)法正確的是()圖9A．帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次B．帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周P1P2＝P2P3C．加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)D．加速電場(chǎng)方向需要做周期性的變化解析：有圖可以看出，帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次A錯(cuò)誤，由R＝eq\f(mv,qB)和Uq＝eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv12可知，帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周，電場(chǎng)力做功都相同，動(dòng)能增量都相同，但速度的增量不相同，故粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑增加量不相同，B錯(cuò)誤．由v＝eq\f(qBR,m)可知，加速粒子的最大速度與D形盒的半徑R有關(guān)，C正確；帶電粒子一周被加速一次，電場(chǎng)方向不需做周期性變化，故D錯(cuò)誤．答案：C9．如圖10所示，某一真空室內(nèi)充滿豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E，在豎直平面內(nèi)建立坐標(biāo)系xOy，在y<0的空間里有與場(chǎng)強(qiáng)E垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，在y>0的空間內(nèi)，將一質(zhì)量為m的帶電液滴(可視為質(zhì)點(diǎn))自由釋放，此液滴則沿y軸的負(fù)方向，以加速度a＝2g(g為重力加速度)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，被安置在原點(diǎn)的一個(gè)裝置瞬間改變了帶電圖10性質(zhì)(液滴所帶電荷量和質(zhì)量均不變)，隨后液滴進(jìn)入y<0的空間運(yùn)動(dòng)．液滴在y<0的空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中()A．重力勢(shì)能一定不斷減小 B．電勢(shì)能一定先減小后增大C．動(dòng)能不斷增大 D．動(dòng)能保持不變解析：帶電液滴在y>0的空間內(nèi)以加速度a＝2g做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，可知液滴帶正電，且電場(chǎng)力等于重力，當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)變?yōu)樨?fù)電荷，液滴進(jìn)入y<0的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力等于重力，液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力勢(shì)能先減小后增大，電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功，電勢(shì)能先增大后減小，動(dòng)能保持不變，故選D.答案：D二、非選擇題(本題包括3小題，共46分)10．(15分)(·福建高考)如圖11所示的裝置，左半部為速度選擇器，右半部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)．一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線通過(guò)速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場(chǎng)垂直的方向，立即進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，最后打在照相底片D上．已知同位素離子的電荷量為q(q>0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場(chǎng)強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L(zhǎng)，忽略重力的影響．圖11(1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大??；(2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中沿速度v0方向飛行的距離為x，求出x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)．解析：(1)能從速度選擇器射出的離子滿足qE0＝qv0B0 ①∴v0＝eq\f(E0,B0) ②(2)離子進(jìn)入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)E后做類平拋運(yùn)動(dòng)，則x＝v0t ③L＝eq\f(1,2)at2 ④由牛頓第二定律得qE＝ma ⑤由②③④⑤解得x＝eq\f(E0,B0)eq\r(\f(2mL,qE)).答案：(1)eq\f(E0,B0)(2)eq\f(E0,B0)eq\r(\f(2mL,qE))11．(15分)如圖12所示，寬度為l＝0.8m的某一區(qū)域存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)E與勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，其大小E＝2×108N/C，B＝10T．一帶正電荷的粒子以某一初速度由M點(diǎn)垂直電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向射入，沿直線運(yùn)動(dòng)，從N點(diǎn)離開；若只撤去磁場(chǎng)，則粒子從P點(diǎn)射出且速度方向發(fā)生了45°的偏轉(zhuǎn)，求粒子的比荷(不計(jì)粒子的重力)．圖12解析：設(shè)粒子的初速度為v0，粒子在復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受力平衡qE＝qv0B當(dāng)只撤去磁場(chǎng)后，粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)l＝v0tvx＝v0vy＝eq\f(qE,m)teq\f(vy,vx)＝tan45°＝1聯(lián)立以上各式得eq\f(q,m)＝eq\f(E,lB2)＝2.5×106C/kg.答案：2.5×10612．(16分)(·安徽高考)如圖13甲所示，寬度為d的豎直狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)(邊界為L(zhǎng)1、L2)，存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向上的周期性變化的電場(chǎng)(如圖乙所示)，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E0，E>0表示電場(chǎng)方向豎直向上．t＝0時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn)．Q為線段N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為g.上述d、E0、m、v、g為已知量．圖13(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)求電場(chǎng)變化的周期T；(3)改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值．解析：(1)微粒做直線運(yùn)動(dòng)，則mg＋qE0＝qvB①微粒做圓周運(yùn)動(dòng)，則mg＝qE0②聯(lián)立①、②得q＝eq\f(mg,E0)③B＝eq\f(2E0,v)④(2)設(shè)微粒從N1運(yùn)動(dòng)到Q的時(shí)間為t1，做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為t2，則eq\f(d,2)＝vt1⑤qvB＝meq\f(v2,R)⑥2πR＝vt2⑦聯(lián)立③④⑤⑥⑦得t1＝eq\f(d,2v)；t2＝eq\f(πv,g)⑧電場(chǎng)變化的周期T＝t1＋t2＝eq\f(d,2v