2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第二部分 熱點(diǎn)專練 熱點(diǎn)六 電場、磁場的性質(zhì)及對帶電粒子的作用專項訓(xùn)練.doc

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熱點(diǎn)六　電場、磁場的性質(zhì)及對帶電粒子的作用 近幾年高考對電場的性質(zhì)，磁場對電荷的作用，帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動一直是考查熱點(diǎn)，既可單獨(dú)考查帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)或在磁場中的偏轉(zhuǎn)，也可以帶電粒子在組合場或疊加場中的運(yùn)動分析為考查內(nèi)容，有時也以帶電體的形式進(jìn)行考查，近幾年高考試卷中選擇題出現(xiàn)的很多，在復(fù)習(xí)時應(yīng)引起足夠的重視。 考向一　電場力的性質(zhì) 　在光滑絕緣的水平面的A、B、C三點(diǎn)上固定有a、b、c三個帶電小球，彼此相距為L，質(zhì)量分別為m、m、2m，帶電荷量分別為＋q、＋q、－2q，則下列說法正確的是 圖1 A．a(chǎn)球受到的合力沿∠CAB的角平分線方向 B．b球受到的合力與AB垂直水平向右 C．若只釋放c球，則c球釋放瞬間的加速度大小為 D．若同時釋放a、b球，則此后的運(yùn)動中a、b、c三球距離始終相等 [解析]　本題考查力的合成與庫侖定律，意在考查考生的分析綜合能力。對a受力分析，如圖甲所示，受到b對a的庫侖力FBA與c對a的庫侖力FCA，F(xiàn)BA＝，F(xiàn)CA＝，根據(jù)力的合成可知，F(xiàn)BA與FCA的合力FA方向水平向右，且FA＝，故選項A錯誤；同理，對b受力分析，如圖乙所示，可知選項B正確；對c受力分析，如圖丙所示，受到FBC、FAC兩個力作用，F(xiàn)AC＝FBC＝，夾角為60，故合力FC＝，c球釋放瞬間的加速度ac＝，選項C錯誤；釋放a、b球后，兩球?qū)⑾蛴疫\(yùn)動，三球距離不可能始終相等，選項D錯誤。 [答案]　B 考向二　電場能的性質(zhì) 　(多選)如圖2所示，圖中兩組曲線中實線代表電場線(方向未畫出)、虛線a、b、c代表等勢線，已知a與b、b與c之間的電勢差相等，b等勢線的電勢為零，虛線AB是一個帶電荷量為q＝＋4.810－10 C的粒子僅在電場力作用下的運(yùn)動軌跡，若帶電粒子過a、c等勢線時的動能分別為4.810－9 eV和9.610－9 eV，則下列說法正確的是 圖2 A．相鄰等勢線間的電勢差為10 V B．a(chǎn)等勢線的電勢為5 V，c等勢線的電勢為－5 V C．帶電粒子一定是從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn) D．帶電粒子運(yùn)動到b等勢線時電場力的方向一定是沿電場線的切線方向斜向下 [解析]　若帶電粒子從A到B，則動能增加，由功能關(guān)系可知電勢能減小，則電場力做正功，根據(jù)U＝＝ V＝10 V，故相鄰等勢線間的電勢差為5 V，因為b等勢線的電勢為零，故a等勢線的電勢為5 V，c等勢線的電勢為－5 V，故A錯，B對；帶電粒子可以是從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，也可以是從B點(diǎn)運(yùn)動到A點(diǎn)，但過等勢線b時所受電場力的方向可以由做曲線運(yùn)動的條件判斷一定是沿電場線的切線方向斜向下，故C錯，D對。 [答案]　BD 考向三　帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 　如圖3是比荷相同的a、b兩粒子從O點(diǎn)垂直勻強(qiáng)磁場進(jìn)入正方形區(qū)域的運(yùn)動軌跡，則 圖3 A．a(chǎn)的質(zhì)量比b的質(zhì)量大 B．a(chǎn)帶正電荷、b帶負(fù)電荷 C．a(chǎn)在磁場中的運(yùn)動速率比b的大 D．a(chǎn)在磁場中的運(yùn)動時間比b的長 [解析]　比荷相同，但不知電荷量，故不能比較a、b的質(zhì)量，A錯誤；由左手定則可知，a、b都帶負(fù)電荷，B錯誤；帶電粒子在磁場中由洛倫茲力提供向心力，有qvB＝m，得v＝，比荷相同，a的半徑比b的大，所以a在磁場中的運(yùn)動速率比b的大，C正確；由T＝＝可知兩粒子在磁場中運(yùn)動的周期相等，由運(yùn)動時間t＝T可知，b在磁場中運(yùn)動的時間比a的長，D錯誤。 [答案]　C 考向四　帶電粒子在電場中的運(yùn)動 　如圖4所示，在xOy平面內(nèi)OA和OB是第一、二象限的角平分線，在AOy區(qū)域內(nèi)存在沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，在BOy區(qū)域內(nèi)存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，在第二象限其他區(qū)域內(nèi)存在垂直xOy平面的勻強(qiáng)磁場。從OA上坐標(biāo)為(x0，y0)的點(diǎn)由靜止釋放一個質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子(重力不計)，粒子恰好垂直穿過OB。 圖4 (1)求第一、二象限內(nèi)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度之比。 (2)若第一象限內(nèi)電場強(qiáng)度大小為E0，要使粒子第一次射入磁場時，在第二象限內(nèi)不進(jìn)入x軸下方，則第二象限內(nèi)所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0應(yīng)滿足什么條件？ [解析]　本題考查帶電粒子在電場和磁場中的運(yùn)動，意在考查考生的分析綜合能力。 (1)設(shè)第一、二象限內(nèi)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度分別為E1和E2，粒子經(jīng)過y軸時的速度大小為v0粒子在第一象限內(nèi)有 qE1＝ma1，v＝2a1x0 如圖1所示，粒子在第二象限垂直穿過OB時有vx＝v0，vy＝a2t，vx＝vy，qE2＝ma2 圖1 x1＝v0t，y1＝ 由幾何關(guān)系得y0＝x0，x1＋y1＝y(tǒng)0 解得a2＝3a1　得E1∶E2＝1∶3 (2)粒子垂直穿過OB時的速度v＝v0＝2 由(1)知a2＝3a1　解得x1＝ 圖2 若磁場垂直于xOy平面向里，則粒子運(yùn)動軌跡與x軸相切時軌跡半徑r1最大，如圖2所示。 由幾何關(guān)系有x1＝r1＋r1cos 45，粒子在磁場中運(yùn)動有 qvB0＝m 解得B0＝ 圖3 若磁場垂直xOy平面向外，粒子運(yùn)動軌跡與x軸相切時軌跡半徑r2最大，如圖3所示 由幾何關(guān)系可得r2cos 45＋x1＝r2 粒子在磁場中運(yùn)動有qvB0＝ 解得B0＝ 因此當(dāng)磁場垂直xOy平面向里時B0≥ 當(dāng)磁場垂直xOy平面向外時，B0≥ 。 [答案]　(1)1∶3　(2)當(dāng)磁場垂直xOy平面向里時B0≥ ；當(dāng)磁場垂直xOy平面向外時，B0≥ 1．真空中，兩個相距L的固定點(diǎn)電荷P、Q所帶的電荷量的絕對值分別為QP和QQ，在它們共同形成的電場中，有一條電場線如圖5中實線所示，實線上的箭頭表示電場線的方向，電場線上標(biāo)出了M、N兩點(diǎn)，其中過N點(diǎn)的切線與P、Q連線平行，且∠NPQ＞∠NQP，則 圖5 A．P帶負(fù)電，Q帶正電，且QP＜QQ B．P、Q連線的中垂面不是等勢面 C．在M點(diǎn)靜止釋放一帶正電的檢驗電荷，該電荷有可能沿電場線運(yùn)動到N點(diǎn) D．帶負(fù)電的檢驗電荷在M點(diǎn)的電勢能大于在N點(diǎn)的電勢能 解析　由電場線方向可知，P帶正電，Q帶負(fù)電，如圖所示，兩點(diǎn)電荷在N點(diǎn)合場強(qiáng)方向與P、Q連線平行，由平行四邊形定則和點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式可知，QP＜QQ，選項A錯誤；在P、Q連線的中垂面上(除連線中點(diǎn))，放置一帶正電的檢驗電荷，其受力方向不與該中垂面垂直，故中垂面不是等勢面，選項B正確；因題圖中所畫的電場線是曲線，從M點(diǎn)釋放的帶正電的檢驗電荷的運(yùn)動軌跡不會跟這條電場線重合，選項C錯誤；帶負(fù)電的檢驗電荷在電勢高的地方電勢能反而小，故選項D錯誤。 答案　B 2.(2018遼師大附中模擬)如圖6所示，一重力不計的帶電粒子以某一速度進(jìn)入負(fù)點(diǎn)電荷形成的電場中，且只在電場力作用下依次通過M、N、P三點(diǎn)，其中N點(diǎn)是軌跡上距離負(fù)點(diǎn)電荷最近的點(diǎn)，若粒子在M點(diǎn)和P點(diǎn)的速率相等，則 圖6 A．粒子在N點(diǎn)時的速率最大 B．UMN＝UNP C．粒子在N點(diǎn)時的加速度最大 D．粒子在M點(diǎn)時的電勢能大于其在N點(diǎn)時的電勢能 解析　根據(jù)帶電粒子所受電場力指向運(yùn)動軌跡的凹側(cè)，再根據(jù)題圖可知該粒子從M點(diǎn)到N點(diǎn)電場力做負(fù)功，從N點(diǎn)到P點(diǎn)電場力做正功，所以帶電粒子的動能先減少后增加，則在N點(diǎn)的動能最小，速率也最小，A錯誤；電勢能先增加后減少，D錯誤；依題意知，粒子在M點(diǎn)和P點(diǎn)速率相等，據(jù)動能定理有qUMN＝－和qUNP＝－，所以UMN＝－UNP，B錯誤；在N點(diǎn)的電場線密集，即粒子在N點(diǎn)所受的電場力較大，加速度也較大，C正確。 答案　C 3．回旋加速器的核心部分是真空室中的兩個相距很近的D形金屬盒，把它們放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒面向下。連接好高頻交流電源后，兩盒間的窄縫中能形成勻強(qiáng)電場，帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動，每次通過兩盒間的窄縫時都能被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑R時通過特殊裝置引出。如果用同一回旋加速器分別加速氚核(H)和α粒子(He)，比較它們所需的高頻交流電源的周期和引出時的最大動能，下列說法正確的是 圖7 A．加速氚核的交流電源的周期較大；氚核獲得的最大動能較大 B．加速氚核的交流電源的周期較?。浑昂双@得的最大動能較大 C．加速氚核的交流電源的周期較大；氚核獲得的最大動能較小 D．加速氚核的交流電源的周期較??；氚核獲得的最大動能較小 解析　由于氚核的比荷小于α粒子的比荷，由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的周期公式T＝，可知加速氚核的交流電源的周期較大。粒子通過回旋加速器獲得的最大速度v＝，動能Ek＝mv2＝，將氚核和α粒子的帶電荷量q和質(zhì)量m代入，比較可知α粒子獲得的動能較大，選項C正確。 答案　C 4.(2018云南一模)如圖8所示，直線MN上方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，電子1從磁場邊界上的a點(diǎn)垂直MN和磁場方向射入磁場，經(jīng)t1時間從b點(diǎn)離開磁場。之后電子2也由a點(diǎn)沿圖示方向以相同速率垂直磁場方向射入磁場，經(jīng)t2時間從a、b連線的中點(diǎn)c離開磁場，則為 圖8 A.　　　　　B．2　　　　　C.　　　　　D．3 解析　電子在磁場中都做勻速圓周運(yùn)動，根據(jù)題意畫出電子的運(yùn)動軌跡，如圖所示：電子1垂直射進(jìn)磁場，從b點(diǎn)離開，則運(yùn)動了半個圓周，ab即為直徑，c點(diǎn)為圓心，電子2以相同速率垂直磁場方向射入磁場，經(jīng)t2時間從a、b連線的中點(diǎn)c離開磁場，根據(jù)半徑r＝可知，電子1和2的半徑相等，根據(jù)幾何關(guān)系可知，△aOc為等邊三角形，則電子2轉(zhuǎn)過的圓心角為60，所以電子1運(yùn)動的時間t1＝＝，電子2運(yùn)動的時間t2＝＝，所以＝3，故選D。 答案　D 5．(2018江西聯(lián)考)如圖9所示，坐標(biāo)平面第一象限內(nèi)存在大小為E＝3105 N/C、方向水平向左的勻強(qiáng)電場，在第二象限內(nèi)存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場。質(zhì)量與電荷之比＝410－10 kg/C的帶正電的粒子，以初速度v0＝2107 m/s從x軸上的A點(diǎn)垂直x軸射入電場，OA＝0.15 m，不計粒子的重力。求： 圖9 (1)粒子經(jīng)過y軸時的位置到原點(diǎn)O的距離； (2)若要使粒子不能進(jìn)入第三象限，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍(不考慮粒子第二次進(jìn)入電場后的運(yùn)動情況)。 解析　(1)設(shè)粒子在電場中運(yùn)動的時間為t，粒子經(jīng)過y軸時的位置與原點(diǎn)O的距離為y，則 sOA＝at2，a＝，F(xiàn)＝Eq，y＝v0t， 聯(lián)立解得a＝7.51014 m/s2，t＝2.010－8 s，y＝0.4 m。 (2)粒子經(jīng)過y軸時在電場方向的分速度為vx＝at＝1.5107 m/s，粒子經(jīng)過y軸時的速度大小為v＝＝2.5107 m/s，v與y軸正方向的夾角為θ， tan θ＝＝　θ＝37， 如圖所示，設(shè)粒子做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑為R，要使粒子不進(jìn)入第三象限， 則R＋Rsin θ≤y， qvB＝m， 聯(lián)立解得B≥3.210－2 T。 答案　(1)0.4 m　(2)B≥3.210－2 T