《【優(yōu)化方案】高三物理專題復(fù)習(xí)攻略 專題三第2講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)知能優(yōu)化訓(xùn)練 新人教版(安徽專用)》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《【優(yōu)化方案】高三物理專題復(fù)習(xí)攻略 專題三第2講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)知能優(yōu)化訓(xùn)練 新人教版(安徽專用)(6頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、《優(yōu)化方案》高三專題復(fù)習(xí)攻略(新課標(biāo))物理安徽專用專題三第2講 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)知能優(yōu)化訓(xùn)練
1.(原創(chuàng)題)如圖3-2-7所示,一個(gè)帶正電荷的物塊P,由靜止開始從斜面上A點(diǎn)下滑,滑到水平面BC上的D點(diǎn)停下來.已知物塊與斜面及水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,且不計(jì)物塊經(jīng)過B處時(shí)的機(jī)械能損失.先在ABC所在空間加豎直向下的勻強(qiáng)電場,第二次讓物塊P從A點(diǎn)由靜止開始下滑,結(jié)果物塊在水平面上的D′點(diǎn)停下來.后又撤去電場,在ABC所在空間加水平向里的勻強(qiáng)磁場,再次讓物塊P從A點(diǎn)由靜止開始下滑,結(jié)果物塊沿斜面滑下并在水平面上的D″點(diǎn)停下來.則以下說法中正確的是( )
圖3-2-7
A.D
2、′點(diǎn)一定在D點(diǎn)左側(cè)
B.D′點(diǎn)一定在D點(diǎn)右側(cè)
C.D″點(diǎn)一定在D點(diǎn)左側(cè)
D.D″點(diǎn)一定在D點(diǎn)右側(cè)
解析:選D.僅在重力場中時(shí),物塊由A點(diǎn)至D點(diǎn)的過程中,由動(dòng)能定理得mgh-μmgs1cosα-μmgs2=0,即h-μs1cosα-μs2=0,由題意知A點(diǎn)距水平面的高度h、物塊與斜面及水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ、斜面傾角α、斜面長度s1為定值,所以s2與重力的大小無關(guān),而在ABC所在空間加豎直向下的勻強(qiáng)電場后,相當(dāng)于把重力增大了,s2不變,D′點(diǎn)一定與D點(diǎn)重合,故A、B項(xiàng)都錯(cuò);在ABC所在空間加水平向里的勻強(qiáng)磁場后,洛倫茲力垂直于接觸面向上,正壓力變小,摩擦力變小,重力做的功不變,所以D″點(diǎn)
3、一定在D點(diǎn)右側(cè),C項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確.答案為D.
2.(原創(chuàng)題)如圖3-2-8所示,兩導(dǎo)體板水平放置,兩板間電勢差為U,帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入,穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場,則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點(diǎn)間的距離d隨著U和v0的變化情況為( )
圖3-2-8
A.d隨v0增大而增大,d與U無關(guān)
B.d隨v0增大而增大,d隨U增大而增大
C.d隨U增大而增大,d與v0無關(guān)
D.d隨U增大而增大,d隨v0增大而減小
解析:選A.設(shè)帶電粒子射出電場時(shí)速度的偏轉(zhuǎn)角為θ,如圖甲所示,有cosθ=,又R=,如圖乙所示,d
4、=2Rcosθ=2cosθ=,選項(xiàng)A正確.
3.如圖3-2-9所示,一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子(不計(jì)重力),以初速度v0從左端中央沿虛線射入正交的場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)域中,若qv0B>qE,當(dāng)從右上端P點(diǎn)離開時(shí)速率為vP,側(cè)移量為s,則下列說法中正確的是( )
圖3-2-9
A.在該區(qū)域中粒子的加速度大小恒為
B.在該區(qū)域中粒子的加速度大小恒為
C.從P點(diǎn)離開時(shí)速率為vP=
D.從P點(diǎn)離開時(shí)速率為vP=
解析:選AD.由于粒子剛射入時(shí)qv0B>qE,現(xiàn)將其初速度v0沿原方向分解為v1和v2,使qv1B=qE,這樣粒子的運(yùn)動(dòng)就等效
5、為速率為v1=,水平向右的勻速直線運(yùn)動(dòng)和速率為v2=v0-的逆時(shí)針方向的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合成,其半徑R==.那么在該區(qū)域中粒子的加速度大小為a==,所以A正確,B錯(cuò)誤.由于電場力做負(fù)功,由動(dòng)能定理易求vP=,所以C錯(cuò)誤,D正確.答案為AD.
4.如圖3-2-10,真空中存在豎直向上的勻強(qiáng)電場和水平方向的勻強(qiáng)磁場,質(zhì)量為m、電荷量為q的物體以速率v在場內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)t=0時(shí)物體在軌道最低點(diǎn)且重力勢能和電勢能均為零,則下列判斷正確的是( )
圖3-2-10
A.物體一定帶正電且逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)
B.物體運(yùn)動(dòng)過程中,機(jī)械能守恒且恒為mv2
C.物體運(yùn)動(dòng)過程中,重力勢能隨時(shí)
6、間變化關(guān)系為mgR(1-cost)
D.物體運(yùn)動(dòng)過程中,電勢能隨時(shí)間變化關(guān)系為mgR(cost-1)
解析:選CD.物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),有Eq=mg,則物體必定帶正電,由洛倫茲力提供向心力可知,物體順時(shí)針運(yùn)動(dòng),A不正確;因有電場力做功,物體的機(jī)械能不守恒,B錯(cuò)誤;重力勢能隨時(shí)間變化的關(guān)系式為mgR(1-cos),C正確;因重力做的負(fù)功與電場力做的正功大小相等,故ΔEp電=-ΔEp重=mgR(cos-1),故D正確.
5.(2020年高考北京理綜卷)利用電場和磁場,可以將比荷不同的離子分開,這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用.如圖3-2-11所示的矩形區(qū)域ACDG(AC邊足
7、夠長)中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,A處有一狹縫.離子源產(chǎn)生的離子,經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場的方向射入磁場,運(yùn)動(dòng)到GA邊,被相應(yīng)的收集器收集,整個(gè)裝置內(nèi)部為真空.
圖3-2-11
已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2(m1>m2),電荷量均為q,加速電場的電勢差為U,離子進(jìn)入電場時(shí)的初速度可以忽略.不計(jì)重力,也不考慮離子間的相互作用.
(1)求質(zhì)量為m1的離子進(jìn)入磁場時(shí)的速率v1.
(2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí),求兩種離子在GA邊落點(diǎn)的間距s.
(3)在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響,實(shí)際裝置中狹縫具有一定寬度,若狹縫過寬,可能使兩束離子在G
8、A邊上的落點(diǎn)區(qū)域交疊,導(dǎo)致兩種離子無法完全分離.
設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào),GA邊長為定值L,狹縫寬度為d,狹縫右邊緣在A處.離子可以從狹縫各處射入磁場,入射方向仍垂直于GA邊且垂直于磁場,為保證上述兩種離子能落在GA邊上并被完全分離,求狹縫的最大寬度.
解析:(1)加速電場對離子m1做的功W=qU
由動(dòng)能定理得m1v=qU
所以v1=.①
(2)由牛頓第二定律和洛倫茲力公式得
qvB=,R=
利用①式得離子在磁場中的軌道半徑分別為
R1=,R2=②
兩種離子在GA邊上落點(diǎn)的間距
s=2R1-2R2=(-).③
(3)質(zhì)量為m1的離子在GA邊上的落點(diǎn)都在其入射點(diǎn)左側(cè)2R1處,由于狹縫的寬度為d.因此落點(diǎn)區(qū)域的寬度也是d.同理.質(zhì)量為m2的離子在GA邊上的落點(diǎn)區(qū)域的寬度也是d.
為保證兩種離子能完全分離,兩個(gè)區(qū)域應(yīng)無交疊,條件為
2(R1-R2)>d④
利用②式,代入④式得2R1>d
R1的最大值滿足2R1m=L-d
得(L-d)>d
求得最大值dm= L.
答案:(1) (2) (-)
(3) L