2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練11 帶電體在組合場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

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1、2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練11 帶電體在組合場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 一、選擇題(1~2題為單項(xiàng)選擇題,3~4題為多項(xiàng)選擇題) 1.(2018·本溪市高級(jí)中學(xué)高三二模)如圖所示,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),瞬間被安裝在原點(diǎn)的一個(gè)裝置改變了帶電性質(zhì)(液滴所帶電荷量和質(zhì)量均不變),隨后液滴進(jìn)入y<0的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng),則液滴在y<0的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程

2、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 D [在y>0的空間內(nèi),根據(jù)液滴沿y軸負(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)可知,液滴在此空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受電場(chǎng)力方向向下,大小等于重力;進(jìn)入y<0的空間后,液滴電性改變,其所受電場(chǎng)力向上,大小仍等于重力,液滴將在洛倫茲力(合力)作用下做半個(gè)周期的勻速圓周運(yùn)動(dòng),在這半個(gè)周期內(nèi),洛倫茲力不做功,動(dòng)能保持不變,重力勢(shì)能先減小后增大,電勢(shì)能先增大后減小,故D正確.] 2.(2018·北京景山學(xué)校調(diào)研)如圖所示,a、b為豎直正對(duì)放置的兩平行金屬板,其中a極帶正電,兩板

3、間的電壓為U,在金屬板下方存在一有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的上邊界為與兩金屬板下端重合的水平面PQ,PQ下方的磁場(chǎng)范圍足夠大,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,一比荷為的帶正電粒子以速度v0從兩板中間位置沿與a、b平行方向射入兩板間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),不計(jì)粒子重力,粒子通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后從PQ邊界上的M點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又從PQ邊界上的N點(diǎn)射出磁場(chǎng),設(shè)M、N兩點(diǎn)距離為x(M、N點(diǎn)在圖中未畫出).則以下說(shuō)法中正確的是 (  ) A.只減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小,則x減小 B.只增大初速度v0的大小,則x減小 C.只減小帶電粒子的比荷,則x不變 D.只減小偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓U的大小,則x不變 D [

4、粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與磁場(chǎng)邊界的夾角為θ,速度大小為v=,軌道半徑R=,由幾何關(guān)系可知x=2Rsin θ=,只減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B、只增大初速度v0或只減小帶電粒子的比荷時(shí),都可使x增大,而x與偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓U無(wú)關(guān),故選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤,D正確.] 3.(2018·山西陽(yáng)泉模擬)如圖所示,在真空中半徑為r=0.1 m的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)及水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.01 T,ab和cd是兩條相互垂直的直徑,一束帶正電的粒子流連續(xù)不斷地以速度v=1×103 m/s從c點(diǎn)沿cd方向射入場(chǎng)區(qū),粒子將沿cd方向做直線運(yùn)動(dòng),如果僅撤去磁場(chǎng),帶電

5、粒子經(jīng)過(guò)a點(diǎn),如果撤去電場(chǎng),且將磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉?lái)的,不計(jì)粒子重力,下列說(shuō)法正確的是 (  ) A.電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為10 N/C B.帶電粒子的比荷為1×106 C/kg C.撤去電場(chǎng)后,帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為0.1 m D.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為7.85×10-5 s AC [粒子沿直線運(yùn)動(dòng),則Bqv=Eq,解得E=Bv=10 N/C,選項(xiàng)A正確,如果僅撤去磁場(chǎng),則粒子在水平方向r= t2,豎直方向r=vt,解得:==2×106 C/kg,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;撤去電場(chǎng)后,帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為R==0.1 m,選項(xiàng)C正確;帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t==

6、≈1.57×10-4 s,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.] 4.(2018·高考物理全真模擬二)如圖所示為一種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖,此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成:離子源、加速電場(chǎng)、靜電分析器、磁分析器、收集器,靜電分析器通道中心線半徑為R,通道內(nèi)有均勻輻射電場(chǎng),在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E;磁分析器中分布著方向垂直于紙面,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),其左邊界與靜電分析器的右邊界平行.由離子源發(fā)出一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子(初速度為零,重力不計(jì)),經(jīng)加速電場(chǎng)加速后進(jìn)入靜電分析器,沿中心線MN做勻速圓周運(yùn)動(dòng),而后由P點(diǎn)進(jìn)入磁分析器中,最終經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)進(jìn)入收集器,下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.磁分析器中勻強(qiáng)磁

7、場(chǎng)方向垂直于紙面向內(nèi) B.加速電場(chǎng)中的加速電壓U=ER C.磁分析器中圓心O2到Q點(diǎn)的距離d= D.任何離子若能到達(dá)P點(diǎn),則一定能進(jìn)入收集器 BC [A.離子在磁分析器中沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),所受洛倫磁力指向圓心,根據(jù)左手定則,磁分析器中勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外,故A錯(cuò)誤;B.離子在靜電分析器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律有: qE=m,設(shè)離子進(jìn)入靜電分析器時(shí)的速度為v,離子在加速電場(chǎng)中加速的過(guò)程中,由動(dòng)能定理有:qU=mv2-0,解得: U=, B正確;C.離子在磁分析器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律有:qvB=m,解得:r==,則:d=r=,故C正確;D.由B可知: R=,R

8、與離子質(zhì)量、電量無(wú)關(guān),離子在磁場(chǎng)中的軌道半徑:r=,離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑與電荷的質(zhì)量和電量有關(guān),能夠到達(dá)P點(diǎn)的不同離子,半徑不一定都等于d,不一定能進(jìn)入收集器,故D錯(cuò)誤.] 二、非選擇題 5.(2018·濟(jì)寧市高三第二次模擬)如圖甲所示,粒子源靠近水平極板M、N的M板,N板下方有一對(duì)長(zhǎng)為L(zhǎng),間距為d=L的豎直極板P、Q,在下方區(qū)域存在著垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)上邊界放有范圍足夠大的感光膠片.水平極板M、N之間的電壓為U0,中間開(kāi)有小孔,兩小孔連線的延長(zhǎng)線為豎直極板P、Q的中線,與磁場(chǎng)上邊界的交點(diǎn)為O.P、Q之間的電壓UPQ隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=.粒

9、子源連續(xù)釋放初速度不計(jì)、質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子,經(jīng)加速后進(jìn)入豎直極板P、Q之間的電場(chǎng).再進(jìn)入下方磁場(chǎng)的粒子全部打在感光膠片上.已知粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間遠(yuǎn)小于電場(chǎng)變化的周期,粒子所受重力不計(jì).求: (1)帶電粒子從N板小孔射出時(shí)的速度; (2)為使進(jìn)入磁場(chǎng)的粒子都能打在膠片上,磁場(chǎng)上、下邊界的最小距離; (3)以O(shè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),向右為正方向建立坐標(biāo)軸Ox,粒子在膠片上的落點(diǎn)的坐標(biāo)范圍. 解析 (1)在加速電場(chǎng),由動(dòng)能定理得:qU0=mv 解得:v0= (2)設(shè)帶電粒子以速度v進(jìn)入磁場(chǎng),且與磁場(chǎng)邊界之間的夾角為α?xí)r,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖 由幾何關(guān)系得:向下偏移的距離Δy=

10、R-Rcos α=R(1-cos α) 在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),則有:qvB=m 又v0=vsin α 聯(lián)立解得:Δy= 當(dāng)α=90°時(shí),Δy有最大值,即Δymax=x== (3)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示 若t=0時(shí)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),在電場(chǎng)中勻速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)R=L,打在感光膠片上距離中心線最近為x=2L,任意電壓時(shí)出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度為vn 根據(jù)幾何關(guān)系得: vn=,Rn= 在膠片上落點(diǎn)長(zhǎng)度為Δx=2Rncos α= 打在感光膠片上的位置和射入磁場(chǎng)位置間的間距相等,與偏轉(zhuǎn)電壓無(wú)關(guān) 在感光膠片上的落點(diǎn)寬度等于粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)距離y=at2=××()2 解得:y= 答案 (1) 

11、(2)L (3) 6.(2018·河南省鄭州市高中畢業(yè)年級(jí)第二次質(zhì)量預(yù)測(cè))如圖所示,矩形區(qū)域abcdef分為兩個(gè)矩形區(qū)域,左側(cè)區(qū)域充滿勻強(qiáng)電場(chǎng),方向豎直向上,右側(cè)區(qū)域充滿勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直紙面向外,be為其分界線.a(chǎn)f=L,ab=0.75L,bc=L.一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子(重力不計(jì))從a點(diǎn)沿ab方向以初速度v0射入電場(chǎng),從be邊的中點(diǎn)g進(jìn)入磁場(chǎng).(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) (1)求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小; (2)若要求電子從cd邊射出,求所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值B; (3)調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,求cd邊上有電子射出部分的長(zhǎng)度. 解析

12、 (1)電子在電場(chǎng)中做類似平拋運(yùn)動(dòng),由在豎直方向:L=at2 水平方向:0.75L=v0t 由牛頓第二定律有:eE=ma 聯(lián)立解得:E= (2)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),速度方向與be邊夾角的正切值tan θ==0.75,解得:θ=37° 電子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v==v0 設(shè)電子運(yùn)動(dòng)軌跡剛好與cd邊相切時(shí),半徑最小為r1,軌跡如圖所示: 則由幾何關(guān)系知r1+r1cos 37°=L 解得:r1=L 由洛倫茲力提供向心力:evB=m 可得對(duì)應(yīng)的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度:Bm= (3)設(shè)電子運(yùn)動(dòng)軌跡剛好與de邊相切時(shí),半徑為r2, 則r2=r2sin 37°+ 解得:r2=又r2cos θ

13、=L,故切點(diǎn)剛好為d點(diǎn) 電子從cd邊射出的長(zhǎng)度為: Δy=+r1sin 37°= 7.(2018·湖南省鄂南高中等八校聯(lián)考)如圖所示,在直角坐標(biāo)系xOy的第一象限中有兩個(gè)全等的直角三角形區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,充滿了方向均垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),區(qū)域Ⅰ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào), C點(diǎn)坐標(biāo)為(4L, 3L),M點(diǎn)為OC的中點(diǎn).質(zhì)量為m帶電量為-q的粒子從C點(diǎn)以平行于y軸方向射入磁場(chǎng)Ⅱ中,速度大小為,不計(jì)粒子所受重力,粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)區(qū)域相切時(shí)認(rèn)為粒子能再次進(jìn)入磁場(chǎng). (1)若粒子無(wú)法進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ中,求區(qū)域Ⅱ磁感應(yīng)強(qiáng)度大小范圍; (2)若粒子恰好不能從AC邊射出,求

14、區(qū)域Ⅱ磁感應(yīng)強(qiáng)度大?。? (3)若粒子能到達(dá)M點(diǎn),求區(qū)域Ⅱ磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的所有可能值. 解析 (1)粒子速度越大,半徑越大,當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡恰好與x軸相切時(shí),恰好不能進(jìn)入Ⅰ區(qū)域故粒子運(yùn)動(dòng)半徑r0>3L 粒子運(yùn)動(dòng)半徑滿足:qBv0=m 代入v0= 解得B< (2)粒子在區(qū)域Ⅰ中的運(yùn)動(dòng)半徑r== 若粒子在區(qū)域Ⅱ中的運(yùn)動(dòng)半徑R較小,則粒子會(huì)從AC邊射出磁場(chǎng).恰好不從AC邊射出時(shí)滿足∠O2O1Q=2θ sin 2θ=2sin θcos θ= 又sin 2θ= 解得R=r=L 代入v0= 可得:B= (3)①若粒子由區(qū)域Ⅰ達(dá)到M點(diǎn) 每次前進(jìn)=2(R-r)cos θ=(R-

15、r) 由周期性:=n(n=1,2,3…)即L=n(R-r) R=r+L≥L,解得n≤3 n=1時(shí)R=L,B=B0 n=2時(shí)R=L,B=B0 n=3時(shí)R=L,B=B0 ②若粒子由區(qū)域Ⅱ達(dá)到M點(diǎn) 由周期性:=+n(n=0,1,2,3…) 即L=R+n(R-r),解得R=L≥L,解得n≤ n=0時(shí)R=L,B=B0 n=1時(shí)R=L,B=B0 答案 見(jiàn)解析 8.如圖所示,平面直角坐標(biāo)系的第二象限內(nèi)存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的小球從A點(diǎn)以速度v0沿直線AO運(yùn)動(dòng),AO與x軸負(fù)方向成37°角.在y軸與MN之間的區(qū)域I內(nèi)加一電場(chǎng)強(qiáng)度最小的勻

16、強(qiáng)電場(chǎng)后,可使小球繼續(xù)做直線運(yùn)動(dòng)到MN上的C點(diǎn),MN與PQ之間區(qū)域Ⅱ內(nèi)存在寬度為d的豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),小球在區(qū)域Ⅱ內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)并恰好不能從右邊界飛出,已知小球在C點(diǎn)的速度大小為2v0,重力加速度為g,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求: (1)第二象限內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度E1的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大小, (2)區(qū)域Ⅰ內(nèi)最小電場(chǎng)強(qiáng)度E2的大小和方向; (3)區(qū)域Ⅱ內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度E3的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小. 解析 (1)帶電小球在第二象限內(nèi)受重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力作用做直線運(yùn)動(dòng),三力滿足如圖甲所示關(guān)系且小球只能做勻速直線運(yùn)動(dòng). 由圖甲知t

17、an 37°=, 解得E1=,cos 37°= 解得B1= (2)區(qū)域Ⅰ中小球做加速直線運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)強(qiáng)度最小,受力如圖乙所示(電場(chǎng)力方向與速度方向垂直),小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng), 由圖乙知cos 37°= , 解得E2= 方向與x軸正方向成53°角斜向上 (3)小球在區(qū)域Ⅱ內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所以mg=qE3,得E3= 因小球恰好不從右邊界穿出,小球運(yùn)動(dòng)軌跡如圖丙所示 由幾何關(guān)系可知 r+r·cos 53°=d, 解得r=d 由洛倫茲力提供向心力 知B2q·2v0=m,聯(lián)立得B2= 答案 見(jiàn)解析 9.如圖所示,平行金屬板豎直放置,底端封閉,中心線上開(kāi)一小

18、孔C,兩板相距為d,電壓為U.平行板間存在大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于紙面向里,AC是兩板間的中心線.金屬板下方存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域MPNQ,其中MPQ是直角三角形,PQ邊長(zhǎng)為a;PM邊長(zhǎng)為a,A、C、P、Q四點(diǎn)共線,M、P、N三點(diǎn)共線,曲線QN是以2a為半徑、以AQ上某點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)為圓心的一段圓弧,該區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向里.若大量帶電離子沿AC方向射入兩金屬板之間,有部分離子經(jīng)P點(diǎn)進(jìn)入下方磁場(chǎng)區(qū)域.不計(jì)離子重力,忽略離子間的相互作用. (1)求由P點(diǎn)進(jìn)入下方磁場(chǎng)的離子速度; (2)若由P點(diǎn)進(jìn)入下方磁場(chǎng)的正負(fù)離子都從MN邊界上穿出,求這些正負(fù)離子的比荷的

19、最小值之比; (3)若由P點(diǎn)進(jìn)入下方磁場(chǎng)的另一些正負(fù)離子的比荷都處于(2)問(wèn)中兩個(gè)最小值之間(比荷的最大值是(2)問(wèn)中較大的最小值,比荷的最小值是(2)問(wèn)中較小的最小值).求磁場(chǎng)邊界上有正負(fù)離子到達(dá)的區(qū)域范圍. 解析 (1)只有離子在平行金屬板間勻速運(yùn)動(dòng),帶電粒子才有可能從C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng),故有qvB0=q 解得:v= (2)由洛倫茲力提供向心力,所以有qvB= 解得R== 可見(jiàn)比荷越大,半徑越小,若出P點(diǎn)進(jìn)入下方磁場(chǎng)的正負(fù)離子都從MN邊界上穿出,比荷最小的正負(fù)帶電粒子剛好與邊界相切.也就是帶正電的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓周與圓形磁場(chǎng)相切,帶負(fù)電的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)與直角三角形的斜邊MQ相切

20、.如圖所示 帶正電的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓周與圓形磁場(chǎng)相切,由幾何關(guān)系可得:R+a2=(2a-R1)2 解得:R1= 帶正電粒子最小比荷是== 帶負(fù)電的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)與直角三角形的斜邊MQ相切,由幾何關(guān)系可得:== 解得:R2=a 帶負(fù)粒子最小比荷是== 所以,這些正負(fù)離子的比荷的最小值之比= (3)若由P點(diǎn)進(jìn)入下方磁場(chǎng)的另一些正負(fù)離子的比荷都處于(2)問(wèn)中兩個(gè)最小值之間(比荷的最大值是(2)問(wèn)中較大的最小值,比荷的最小值是(2)問(wèn)中較小的最小值).帶正電粒子運(yùn)動(dòng)較跡如圖所示,到P點(diǎn)距離x1=2R2=a 范圍寬度d1=2(R1-R2)=a 所以帶正電粒子從MN邊界是穿出,范圍是距P點(diǎn)a,寬度是ab=a 帶負(fù)電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示 到M點(diǎn)距離x2==a 范圍寬度d2=(R1-x2)=a 所以帶負(fù)電粒子MQ邊界是穿出,范圍是距M點(diǎn)a,寬度是cd=a 答案 (1)v= (2) (3)帶正電粒子從MN邊界是穿出,范圍是距P點(diǎn)a,寬度是ab=a;帶負(fù)電粒子MQ邊界是穿出,范圍是距M點(diǎn)a,寬度是cd=a

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