高考物理二轮复习专题三电场和磁场能力训练带电粒子在组合场复合场中的运动

专题能力训练10 带电粒子在组合场、复合场中的运动(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题7分,共56分。

在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~8题有多个选项符合题目要求。

全部选对的得7分,选对但不全的得4分,有选错的得0分) 1.图为“滤速器”装置示意图。

a、b为水平放置的平行金属板,其电容为C,板间距离为d,平行板内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B。

a、b板带上电荷,可在平行板内产生匀强电场,且电场方向和磁场方向互相垂直。

一带电粒子以速度v0经小孔O进入正交电磁场可沿直线OO'运动,由O'射出,粒子所受重力不计,则a板所带电荷量情况是( )A.带正电,其电荷量为B.带负电,其电荷量为C.带正电,其电荷量为CBdv0D.带负电,其电荷量为2.1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。

若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列说法正确的是( )A.该束带电粒子带负电B.速度选择器的P1极板带负电C.在B2磁场中运动半径越大的粒子,质量越大D.在B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷越小3.如图所示,一带电塑料小球质量为m,用丝线悬挂于O点,并在竖直平面内摆动,最大摆角为60°,水平磁场垂直于小球摆动的平面。

当小球自左方摆到最低点时,悬线上的张力恰为零,则小球自右方最大摆角处摆到最低点时悬线上的张力为( )A.0B.2mgC.4mgD.6mg4.(2020·陕西西安模拟)如图所示,虚线区域空间内存在由匀强电场E和匀强磁场B组成的正交或平行的电磁复合场,有一个带正电小球(电荷量为+q,质量为m)从正交或平行的电磁复合场上方的某一高度自由落下,那么带电小球可能沿直线通过的是( )A.①②B.③④C.①③D.②④5.如图所示,一束质量、速度和电荷量不全相等的离子,经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后,进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B束,下列说法正确的是( )A.组成A、B束的离子都带负电B.组成A、B束的离子质量一定不同C.A束离子的比荷大于B束离子的比荷D.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外6.(2020·全国Ⅰ卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定。

质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。

若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍。

此离子和质子的质量比约为( )A.11B.12C.121D.1447.(2020·河北衡水模拟)如图所示,一对间距可变的平行金属板C、D水平放置,两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场B。

两板通过滑动变阻器与铅蓄电池相连,这种铅蓄电池能快速转换到“逆变”状态,即外界电压过低时能向外界提供一定的供电电压,当外界电压超过某一限定值时可转换为充电状态。

闭合开关S 后,有一束不计重力的带正电粒子从左侧以一定的速度v0射入两板间恰能做直线运动。

现对入射粒子或对装置进行调整,则下列有关描述正确的是( )A.若仅将带正电的粒子换成带负电的粒子,也能直线通过B.若只增大两板间距到一定程度,可使铅蓄电池处于充电状态C.若将滑动变阻器的滑片P向a端滑动,可提高C极板的电势D.若只减小入射粒子的速度,可使铅蓄电池处于充电状态8.如图所示,xOy平面的第一、二、三象限内存在垂直纸面向外,磁感应强度B=1 T的匀强磁场,ON为处于y轴负方向的弹性绝缘薄挡板,长度为 9 m,M点为x轴正方向上一点,OM=3 m。

现有一个比荷大小为=1.0 C/kg,可视为质点的带正电的小球(重力不计),从挡板下端N处小孔以不同的速度向x轴负方向射入磁场,若与挡板相碰就以原速率弹回,且碰撞时间不计,碰撞时电荷量不变,小球最后都能经过M点,则小球射入的速度大小可能是( )A.3 m/sB.3.75 m/sC.4.5 m/sD.5 m/s二、非选择题(本题共3小题,共44分)9.(14分)在如图所示的直角坐标系中,有沿y轴正方向(竖直向上方向)磁感应强度大小为B的匀强磁场,现在坐标原点O固定一电荷量为Q的正点电荷,一个质量为m、电荷量为q的正点电荷微粒恰好能以y轴上的O1点为圆心在水平面内做匀速圆周运动,角速度为ω,已知当地重力加速度为g。

试求圆心O1的y坐标。

10.(15分)如图所示,足够长、宽度l1=0.1 m、方向向左的有界匀强电场电场强度E=70 V/m,电场左边是足够长、宽度l2=0.2 m、磁感应强度B=2×1 T的有界匀强磁场。

一带电粒子电荷量q=+3.2×10-19 C,质量m=6.4×1 kg,以v=4×104 m/s的速度沿OO'垂直射入磁场,在磁场中偏转后进入右侧的电场,最后从电场右边界射出。

(粒子重力不计)求:(1)带电粒子在磁场中运动的轨道半径和时间;(2)带电粒子飞出电场时的速度大小。

11.(15分)(2020·天津理综)平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第Ⅲ象限存在沿y 轴负方向的匀强电场,如图所示。

一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍。

粒子从坐标原点O离开电场进入磁场,最终从x轴上的P点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。

不计粒子重力,求:(1)粒子到达O点时速度的大小和方向;(2)电场强度和磁感应强度的大小之比。

专题能力训练10 带电粒子在组合场、复合场中的运动1.C2.D3.C4.B5.C6.D7.AB8.ABD9.答案解析微粒受力如图所示,设带电微粒做匀速圆周运动半径为R,圆心O1的纵坐标为y,圆周上一点与坐标原点的连线和y轴夹角为θ,则tanθ=mg=F电cosθBqωR-F电sinθ=mω2R即得所以圆心O1的y坐标y=。

10.答案(1)0.4 m 5.2×10-6 s (2)3×104 m/s解析(1)带电粒子在磁场中运动时,由牛顿运动定律,有qvB=R=m=0.4m。

轨迹如图所示:由l2=Rsinβ得β=又t=T=×10-5s≈5.2×10-6s。

(2)由动能定理得mv2=-Eql1v右=3×104m/s。

11.答案(1)v0,与x轴正方向成45°角斜向上(2)解析(1)在电场中,粒子做类平抛运动,设Q点到x轴距离为l,到y轴距离为2l,粒子的加速度为a,运动时间为t,有2l=v0t ①l=at2②设粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为v yv y=at ③设粒子到达O点时速度方向与x轴正方向夹角为α,有tanα=④联立①②③④式得α=45°⑤即粒子到达O点时速度方向与x轴正方向成45°角斜向上。

设粒子到达O点时速度大小为v,由运动的合成有v=⑥联立①②③⑥式得v=v0⑦(2)设电场强度为E,粒子电荷量为q,质量为m,粒子在电场中受到的电场力为F,由牛顿第二定律可得F=ma ⑧又F=qE ⑨设磁场的磁感应强度大小为B,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,所受的洛伦兹力提供向心力,有qvB=m⑩由几何关系可知R=l联立①②⑦⑧⑨⑩式得2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．对于一定质量的理想气体，下列叙述中正确的是（ ）A ．当分子间的平均距离变大时，气体压强一定变小B ．当分子热运动变剧烈时，气体压强一定变大C ．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变小时，气体压强一定变大D ．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变大时，气体压强一定变大2．如图所示，倾角为30°的斜面固定在水平地面上，斜面上放有一重力为G 的物块A ，有一水平轻弹簧一端固定在竖直墙面上，另一端与物块A 接触。

若物块A 静止时受到沿斜面向下的摩擦力大小为2G ，此时弹簧的弹力大小是（ ）A ．3GB ．233G C ．GD ．33G 3．14C 测年法是利用14C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t 表示时间，纵坐标m 表示任意时刻14C 的质量，m 0为t=0时14C 的质量．下面四幅图中能正确反映14C 衰变规律的是 A ． B ．C ．D ．4．如图甲所示，矩形导线框abcd 放在垂直纸面的匀强磁场中，磁感应强度B 随时间变化的图像如图乙所示。

规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向，水平向右为安培力的正方向，在0~4s 内，线框ab 边受到的安培力F 随时间变化的图像正确的是（ ）A．B．C．D．5．关于原子核的相关知识，下面说法正确的是（）A．原子核内相邻质子之间存在相互排斥的核力B．原子核的比结合能越小，说明原子核越不稳定C．温度越高放射性元素的半衰期越小D．β射线是电子流，表明原子核内除质子中子之外还有电子6．下列说法正确的是（）A．光电效应既显示了光的粒子性，又显示了光的波动性B．原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质C．一个氘核21H与一个氚核31H聚变生成一个氦核42He的同时，放出一个电子D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变7．在某一次中国女排击败对手夺得女排世界杯冠军的比赛中，一个球员在球网中心正前方距离球网d处高高跃起，将排球扣到对方场地的左上角（图中P点），球员拍球点比网高出h（拍球点未画出），排球场半场的宽与长都为s，球网高为H，排球做平抛运动（排球可看成质点，忽略空气阻力），下列选项中错误的是（）A ．排球的水平位移大小22())2s x d s =++（ B ．排球初速度的大小220()()2s g d s v H h⎡⎤++⎢⎥⎣⎦=+ C．排球落地时竖直方向的速度大小2()y v g H h =+D ．排球末速度的方向与地面夹角的正切值22tan ()()2s d s θ=++ 8．一质点静止在光滑水平面上，现对其施加水平外力F ，F 随时间变化规律如图所示，下列说法正确的是（ ）A ．在0~4s 时间内，位移先增后减B ．在0~4s 时间内，动量一直增加C ．在0~8s 时间内，F 的冲量为0D ．在0~8s 时间内，F 做的功不为09．如图所示，圆环固定在竖直平面内，打有小孔的小球穿过圆环．细绳a 的一端固定在圆环的A 点，细绳b 的一端固定在小球上，两绳的联结点O 悬挂着一重物，O 点正好处于圆心．现将小球从B 点缓慢移到B'点，在这一过程中，小球和重物均保持静止．则在此过程中绳a 的拉力（ ）A ．一直增大B ．一直减小C ．先增大后减小D ．先减小后增大10．两根相互平行的水平放置长直导线分别通有方向相同的电流I 1和I 2，且I 1>I 2；有一电流元IL 与两导线均平行，且处于两导线的对称面上，导线某一横截面所在平面如图所示，则下列说法正确的是（ ）A．电流元所处位置的磁场方向一定竖直向下B．电流元所处位置的磁场方向一定水平向右C．要使电流元平衡，可在电流元正上方某位置加一同向通电导线D．如果电流元在所处位置受的安培力为F，则两导线在该处的磁感应强度大小为B=FIL二、多项选择题：本题共5小题，每小题3分，共15分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分11．如图所示，半径为r、电阻为R的单匝圆形线框静止于绝缘水平面上，以圆形线框的一条直径为界，其左、右两侧分别存在着方向如图甲所示的匀强磁场，以垂直纸面向里的磁场为正，两部分磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律分别如图乙所示。