高中物理 重點(diǎn)強(qiáng)化卷3 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 滬科版選修3-1
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重點(diǎn)強(qiáng)化卷(三) 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) (建議用時(shí):60分鐘) 一、選擇題 1.如圖1所示的正交電場和磁場中,有一粒子沿垂直于電場和磁場的方向飛入其中,并沿直線運(yùn)動(dòng)(不考慮重力作用),則此粒子( ) 圖1 A.一定帶正電 B.一定帶負(fù)電 C.可能帶正電或負(fù)電,也可能不帶電 D.一定不帶電 【解析】 題中帶電粒子在電場中受電場力,在磁場中受洛倫茲力,而帶電粒子做直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)電場力方向及洛倫茲力方向判定,可知兩力必反向且與運(yùn)動(dòng)速度垂直,故無法判斷是何種帶電粒子,即帶正電、負(fù)電和不帶電粒子都滿足題設(shè)條件,故正確選項(xiàng)為C. 【答案】 C 2.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí),利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度.電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成,磁極間的磁場是均勻的.使用時(shí),兩電極a、b均與血管壁接觸,兩觸點(diǎn)的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直,如圖2所示.由于血液中的正、負(fù)離子隨血液一起在磁場中運(yùn)動(dòng),電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差.在達(dá)到平衡時(shí),血管內(nèi)部的電場可看做是勻強(qiáng)電場,血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零.在某次監(jiān)測(cè)中,兩觸點(diǎn)間的距離為3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 μV,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T.則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為 ( ) 圖2 A.1.3 m/s,a正、b負(fù) B.2.7 m/s,a正、b負(fù) C.1.3 m/s,a負(fù)、b正 D.2.7 m/s,a負(fù)、b正 【解析】 由于正、負(fù)離子在勻強(qiáng)磁場中垂直于磁場方向運(yùn)動(dòng),利用左手定則可以判斷:a電極帶正電,b電極帶負(fù)電.血液流動(dòng)速度可根據(jù)離子所受的電場力和洛倫茲力的合力為0,即qvB=qE得v==≈1.3 m/s. 【答案】 A 3.1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器,其原理如圖3所示.這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成,其間留有空隙,下列說法正確的是 ( ) 圖3 ①離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 ②離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 ③離子從磁場中獲得能量 ④離子從電場中獲得能量 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ 【解析】 回旋加速器對(duì)離子加速時(shí),離子是由加速器的中心附近進(jìn)入加速器的,故①正確,②錯(cuò)誤;離子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),洛倫茲力不做功,所以離子的能量不變,故③錯(cuò)誤;D形盒D1、D2之間存在交變電場,當(dāng)離子通過交變電場時(shí),電場力對(duì)離子做正功,離子的能量增加,所以離子的能量是從電場中獲得的,④正確,故應(yīng)選B. 【答案】 B 4.由中國提供永磁體的阿爾磁譜儀如圖4所示,它曾由航天飛機(jī)攜帶升空,將來安裝在阿爾法國際空間站中,主要使命之一是探索宇宙中的反物質(zhì).所謂的反物質(zhì)即質(zhì)量與正粒子相等,帶電量與粒子相等但電性相反,例如反質(zhì)子即為H,假若使一束質(zhì)子、反質(zhì)子、α粒子和反α粒子組成的射線,以相同的速度通過OO′進(jìn)入勻強(qiáng)磁場B2而形成的4條徑跡如圖所示,則( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):37930073】 圖4 A.1、3是反粒子徑跡 B.2、4為反粒子徑跡 C.1、2為反粒子徑跡 D.4為反α粒子徑跡 【解析】 根據(jù)左手定則可判定帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)方向,從而確定1、2為反粒子徑跡. 【答案】 C 5.(多選)利用如圖5所示的方法可以測(cè)得金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n,現(xiàn)測(cè)得一塊橫截面為矩形的金屬導(dǎo)體的寬為b,厚為d,并加有與側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場B,當(dāng)通以圖示方向電流I時(shí),在導(dǎo)體上、下表面間用電壓表可測(cè)得電壓為U.已知自由電子的電荷量為e,則下列判斷正確的是( ) 圖5 A.上表面電勢(shì)高 B.下表面電勢(shì)高 C.該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為 D.該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為 【解析】 畫出平面圖如圖所示,由左手定則可知,自由電子向上表面偏轉(zhuǎn),故下表面電勢(shì)高,B正確,A錯(cuò)誤.再根據(jù)e=evB,I=neSv=nebdv得n=,故D正確,C錯(cuò)誤. 【答案】 BD 6.為監(jiān)測(cè)某化工廠的污水排放量,技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖6所示的流量計(jì).該裝置由絕緣材料制成,長、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開口.在垂直于上、下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場,在前、后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極.污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí),電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積),下列說法中正確的是( ) 圖6 A.若污水中正離子較多,則前表面比后表面電勢(shì)高 B.若污水中負(fù)離子較多,則前表面比后表面電勢(shì)高 C.污水中離子濃度越高電壓表的示數(shù)將越大 D.污水流量Q與U成正比,與a、b無關(guān) 【解析】 由左手定則可以判斷出若正離子較多時(shí),正離子受到的洛倫茲力使其向后表面偏轉(zhuǎn)聚集而導(dǎo)致后表面電勢(shì)高,同理若負(fù)離子較多時(shí),負(fù)離子向前表面偏轉(zhuǎn)聚集而導(dǎo)致前表面電勢(shì)低,故A、B錯(cuò)誤.設(shè)前、后表面間的最高電壓為U,則=qvB,所以U=vBb,由此可知U與離子濃度無關(guān),故C錯(cuò).因Q=vbc,而U=vBb,所以Q=,D正確. 【答案】 D 7.(多選)用回旋加速器來加速質(zhì)子,為了使質(zhì)子獲得的動(dòng)能增加為原來的4倍,原則上可以采用下列哪幾種方法( ) A.將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的2倍 B.將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的4倍 C.將D形盒的半徑增大為原來的2倍 D.將D形盒的半徑增大為原來的4倍 【解析】 粒子在回旋加速器中旋轉(zhuǎn)的最大半徑等于D形盒的半徑R,由R=得粒子最大動(dòng)能Ek=mv2=,欲使最大動(dòng)能為原來的4倍,可將B或R增大為原來的2倍,故A、C正確. 【答案】 AC 8.在一絕緣、粗糙且足夠長的水平管道中有一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電小球,管道半徑略大于小球半徑,整個(gè)管道處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與管道垂直.現(xiàn)給帶電小球一個(gè)水平速度v0,且v0<,則在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,帶電小球克服摩擦力所做的功為( ) 圖7 A.0 B.m2 C.mv D.m 【解析】 因?yàn)関0<,所以mg>qBv0,小球開始受到重力mg、向上的洛倫茲力qBv0、管道對(duì)球的支持力N(N=mg-qBv0)和摩擦力f作用,小球在摩擦力作用下做減速運(yùn)動(dòng),直至停止運(yùn)動(dòng),所以小球克服摩擦力所做的功的大小為W′f=|ΔEk|=mv-0=mv,C正確. 【答案】 C 9.(多選)設(shè)空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,如圖8所示,已知一離子在電場力和洛倫茲力的作用下,從靜止開始自A點(diǎn)沿曲線ACB運(yùn)動(dòng),到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零,C點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn),忽略重力,下列說法中正確的是( ) 圖8 A.這離子必帶正電荷 B.A點(diǎn)和B點(diǎn)位于同一高度 C.離子在C點(diǎn)時(shí)速度最大 D.離子到達(dá)B點(diǎn)時(shí),將沿原曲線返回A點(diǎn) 【解析】 在電場力作用下向下運(yùn)動(dòng)或在洛倫茲力作用下向右偏轉(zhuǎn),說明離子帶正電,A正確;由能量關(guān)系可知,B、C正確. 【答案】 ABC 二、計(jì)算題 10.磁流體發(fā)電機(jī)是一項(xiàng)新興的技術(shù),它可以將內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能,如圖9所示,平行金屬板A、B間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場,將一束等離子體(高溫下電離的氣體,含有大量的正、負(fù)帶電粒子)噴入磁場,A、B間便產(chǎn)生電壓.如果把A、B和用電器連接,A、B就是直流電源的兩極.圖中的B板是發(fā)電機(jī)的正極;若A、B間的寬度為a,A、B的板寬為b,板間的磁場為勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場,該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為多大. 圖9 【解析】 用左手判斷知正粒子向下偏,所以B板電勢(shì)高.當(dāng)兩板間的粒子不再偏轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定,此時(shí)每個(gè)粒子都平衡:qvB=q,電動(dòng)勢(shì)U=Bav. 【答案】 Bav 11.已知質(zhì)量為m的帶電液滴,以速度v射入互相垂直的勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B中,液滴在此空間剛好能在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).如圖10所示.求: 【導(dǎo)學(xué)號(hào):37930074】 圖10 (1)液滴在空間受到幾個(gè)力作用; (2)液滴帶電荷量及電性; (3)液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑. 【解析】 (1)由于是帶電液滴,它受到重力,又處于電、磁場中,還應(yīng)受到電場力及洛倫茲力共三個(gè)力作用. (2)因液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故必須滿足重力與電場力平衡,所以液滴應(yīng)帶負(fù)電,則有mg=Eq,求得:q=. (3)盡管液滴受三個(gè)力,但合力為洛倫茲力,所以仍可用半徑公式R=,把電荷量代入可得R==. 【答案】 (1)三個(gè)力 (2) 負(fù)電 (3) 12.如圖11所示,在坐標(biāo)系xOy中,第一象限除外的其他象限都充滿勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度都為B=0.12 T、方向垂直紙面向內(nèi).P是y軸上的一點(diǎn),它到坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離l=0.40 m.一比荷=5.0107 C/kg的帶正電粒子從P點(diǎn)開始進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng),初速度v0=3.0106 m/s、方向與y軸正方向成夾角θ=53并與磁場方向垂直.不計(jì)粒子的重力作用.已知sin 53=0.8,cos 53=0.6,求: 【導(dǎo)學(xué)號(hào):33410142】 圖11 (1)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R; (2)在第一象限中與x軸平行的虛線上方的區(qū)域內(nèi)充滿沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(如圖),粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后進(jìn)入第一象限,最后恰好從P點(diǎn)沿初速度的方向再次射入磁場.求勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E和電場邊界(虛線)與x軸之間的距離d. 【解析】 (1)粒子在磁場區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng),有qv0B=m可得粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R=,代入數(shù)據(jù)解得R=0.50 m. (2)通過作圖可知(如圖),粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心A恰好落在x軸上. 由幾何關(guān)系可知:粒子從C點(diǎn)進(jìn)入第一象限時(shí)的位置坐標(biāo)為 x=R-Rcos θ=0.20 m 粒子進(jìn)入勻強(qiáng)電場后做類平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,加速度為a,則l-d=v0t qE=ma x=at2 vx=at 粒子運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí),有vx=v0tan θ 由以上各式,代入數(shù)據(jù)解得電場強(qiáng)度 E=8.0105 N/C 電場邊界(虛線)與x軸之間的距離 d=0.10 m. 【答案】 (1)0.50 m (2)8.0105 N/C 0.10 m- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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