- 2021-05-24 发布 |
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文档介绍
专题10磁场(练)-2017年高考物理二轮复习讲练测(解析版)
www.ks5u.com 1.【2016·全国新课标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.11 B.12 C.121 D.144 【答案】D 【考点定位】带电粒子在匀强磁场中的运动、带电粒子在匀强电场中的运动 【名师点睛】本题主要考查带电粒子在匀强磁场和匀强电场中的运动。要特别注意带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,根据动能定理求出带电粒子出电场进磁场的速度。本题关键是要理解两种粒子在磁场中运动的半径不变。 2.【2016·天津卷】(18分)如图所示,空间中存在着水平向右的匀强电场,电场强度大小为,同时存在着水平方向的匀强磁场,其方向与电场方向垂直,磁感应强度大小B=0.5 T。有一带正电的小球,质量m=1×10–6 kg,电荷量q=2×10–6 C,正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动,当经过P点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象),取g=10 m/s2。求: (1)小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向; (2)从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t。 【答案】(1)20 m/s,与电场方向夹角为60° (2)3.5 s 【解析】(1)小球匀速直线运动时受力如图,其所受的三个力在同一平面内,合力为零,有 qvB=① 代入数据解得v=20 m/s② 速度v的方向与电场E的方向之间的夹角θ满足tan θ=③ 代入数据解得tan θ=,θ=60°④ 解法二: 撤去磁场后,由于电场力垂直于竖直方向,它对竖直方向的分运送没有影响,以P点为坐标原点,竖直向上为正方向,小球在竖直方向上做匀减速运动,其初速度为vy=vsin θ⑤ 若使小球再次穿过P点所在的电场线,仅需小球的竖直方向上分位移为零,则有vyt–gt2=0⑥ 联立⑤⑥式,代入数据解得t=2s=3.5 s⑦ 【考点定位】物体的平衡、牛顿运动定律的应用、平抛运动 【名师点睛】此题是带电粒子在复合场中的运动问题,主要考察物体的平衡、牛顿运动定律的应用、平抛运动等知识;关键是要知道物体做匀速直线运动时,物体所受的重力、洛伦兹力和电场力平衡;撤去磁场后粒子所受重力和电场力都是恒力,将做类平抛运动;知道了物体的运动性质才能选择合适的物理规律列出方程求解。 3.【2015·全国新课标Ⅰ·14】两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力),从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的: ( ) A.轨道半径减小,角速度增大 B.轨道半径减小,角速度减小 C.轨道半径增大,角速度增大 D.轨道半径增大,角速度减小 【答案】D 【定位】 磁场中带电粒子的偏转 【名师点睛】洛伦兹力在任何情况下都与速度垂直,都不做功,不改变动能。 4.【2015·全国新课标Ⅰ·24】如图,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘,金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连,电路总电阻为2Ω。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm,重力加速度大小取10m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量。 【答案】 【解析】金属棒通电后,闭合回路电流 导体棒受到安培力 根据安培定则可判断金属棒受到安培力方向竖直向下 开关闭合前 开关闭合后 【考点定位】 安培力 【方法技巧】开关断开前后弹簧长度变化了0.3cm是解题的关键,变化的原因是安培力的出现,从而把安培力和金属棒重力联系起来。 5.(多选)【2014·江苏·9】如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小B与I成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足:UH=,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,则: ( ) A.霍尔元件前表面的电势低于后表面 B.若电源的正负极对调,电压表将反偏 C.IH与I成正比 D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比 【答案】 CD 【考点定位】本题主要考查了电路的串并联关系、带电粒子在复合场中运动的现实应用分析问题,属于中档题。 【方法技巧】理解霍尔元件的原理,注意其导电物质是电子,分析清楚电路的连接方式。 1.如图所示,在OA和OC两射线间存在着匀强磁场,为,正负电子(质量、电荷量大小相同,电性相反)以相同的速度均从M点以垂直于OA的方向垂直射入匀强磁场,下列说法可能正确的是: ( ) A、若正电子不从OC边射出,正负电子在磁场中运动时间之比可能为 B、若正电子不从OC边射出,正负电子在磁场中运动时间之比可能为 C、若负电子不从OC边射出,正负电子在磁场中运动时间之比不可能为 D、若负电子不从OC边射出,正负电子在磁场中运动时间之比可能为 【答案】D 【解析】 【名师点睛】根据左手定则得出正电子向右偏转,负电子向左偏转,正电子不从OC边射出,负电子一定不会从OC边射出,结合圆心角的关系得出运动的时间关系;当负电子不从OC边射出,抓出临界情况,由几何关系求出两电子在磁场中的圆心角关系,从而得出运动时间的关系。 2.在高能粒子研究中,往往要把一束含有大量质子和粒子的混合粒子分离开,如图初速度可忽略的质子和粒子,经电压为U的电场加速后,进入分离区,如果在分离区使用匀强电场或匀强磁场把粒子进行分离,所加磁场方向垂直纸面向里,所加电场方向竖直向下,则下列可行的方法是: ( ) A、电场和磁场都不可以 B、电场和磁场都可以 C、只能用电场 D、只能用磁场 【答案】D 【解析】 【名师点睛】解答本题的关键是知道偏转电场和偏转磁场区分粒子的原理,带电粒子垂直进入匀强电场中将做类平抛运动,根据打到下接板的位置区分带电粒子,而偏转磁场是根据粒子在磁场中运动半径不同区分的。 3.关于回旋加速器加速带电粒子所获得的能量,下列说法正确的是: ( ) A.与加速器的半径有关,半径越小,能量越大 B.与加速器的磁场有关,磁场越强,能量越大 C.与加速器的电场有关,电场越强,能量越大 D.与带电粒子的质量有关,质量越大,能量越大 【答案】B 【解析】 粒子射出时有:故,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度和D形盒半径决定,与加速电压无关.可判断B对。 考点: 回旋加速器。 【名师点睛】回旋加速器 (1)构造:如图所示,D1、D2是半圆金属盒,D形盒的缝隙处接交流电源.D形盒处于匀强磁场中. (2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速.由qvB=,得Ekm=,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度和D形盒半径决定,与加速电压无关. 4.如图所示为一有理想边界MN、PQ的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里,磁场宽度为d,一质量为m、带电量为+q的带电粒子(不计重力)从MN边界上的A点沿纸面垂直MN以初速度进入磁场,已知该带电粒子的比荷,进入磁场时的初速度与磁场宽度d,磁感应强度大小B的关系满足,其中为PQ上的一点,且与PQ垂直,下列判断中,正确的是: ( ) A、该带电粒子进入磁场后将向下偏转 B、该带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为2d C、该带电粒子打在PQ上的点与点的距离为 D、该带电粒子在磁场中运动的时间为 【答案】B 【解析】 【名师点睛】带电粒子在匀强磁场中运动时,洛伦兹力充当向心力,从而得出半径公式,周期公式,运动时间公式 ,知道粒子在磁场中运动半径和速度有关,运动周期和速度无关,画轨迹,定圆心,找半径,结合几何知识分析解题。 5.(多选)将两根足够长的光滑平行导轨MN、PQ固定在水平桌面上,间距为l,在导轨的左端接有阻值为R的定值电阻,将一长为l质量为m的导体棒放在导轨上,已知导体棒与导轨间的接触始终良好,且阻值也为R。在导轨所在的空间加一磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场。现用一质量不计的轻绳将导体棒与一质量也为m的重物跨过光滑的定滑轮连接,重物距离地面的高度足够大,如图所示,重物由静止释放后,带动导体棒一起运动,忽略导轨的电阻,重力加速度为g。重物下落h时(此时导体棒做匀速运动),则下列说法正确的是: ( ) A.该过程中电阻R中的感应电流方向为由M到P B.重物释放的瞬间加速度最大且为g C.导体棒的最大速度为 D.该过程流过定值电阻的电量为 【答案】CD 【解析】 【名师点睛】本题是法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力等知识的综合应用,关键要搞清电路的连接方式,分析金属棒的运动过程及受力情况,结合力和运动的关系求解。 6.(多选)如图所示,以直角三角形AOC为边界的有界匀强磁场区域,磁感应强度为B,∠A=60°,AO=L,在O点放置一个粒子源,可以向各个方向发射某种带负电粒子(不计重力作用),粒子的比荷为q/m,发射速度大小都为v0,且满足v0=qBL/m。粒子发射方向与OC边的夹角为θ,对于粒子进入磁场后的运动,下列说法正确的是: ( ) A.粒子有可能打到A点 B.以θ=60°飞入的粒子在磁场中运动时间最长 C.以θ<30°飞入的粒子在磁场中运动的时间都相等 D.在AC边界上只有一半区域有粒子射出 【答案】ABD 【解析】 【名师点睛】此题是带电粒子在磁场中的运动问题;考查带电粒子以相同的速率,不同速度方向,射入磁场中,根据磁场的界限来确定运动情况,并结合半径与周期公式来分析讨论;此题是中等题,考查学生对物理问题的综合分析能力. 7.如图所示,用特殊材料制成的PQ界面垂直于x轴,只能让垂直打到PQ界面上的电子通过。PQ的左右两侧有两个对称的直角三角形区域,左侧的区域分布着方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,右侧区域内分布着竖直向上的匀强电场。现有速率不同的电子在纸面上从坐标原点O沿不同方向射向左侧三角形区域,不考虑电子间的相互作用。已知电子的电量为e,质量为m,在中,OA=l,。 (1)求能通过PQ界面的电子所具有的最大速度及其从O点入射时与y轴的夹角; (2)若以最大速度通过PQ界面的电子刚好被位于x轴上的F处的接收器所接收,求电场强度E; (3)在满足第(2)的情况下,求所有能通过PQ界面的电子最终穿越x轴的区间宽度。 【答案】(1),电子入射时与y轴的夹角为;(2)(3) 【解析】 (3)电子进入电场后做类平抛运动,出电场后做匀速直线运动穿越x轴,设类平抛运动的水平分位移为x1,竖直分位移为y1,出电场时速度方向与水平方向的夹角为β,出电场后做匀速直线运动的水平分位移为x2,其轨迹与轴的交点到PQ界面的距离为s。 则由,,,可得,;由,得,则,其中, 当时有,当或时,有, 所以宽度为 【名师点睛】本题考查分析较为复杂的磁场、电场与力学的综合题,关键能画出电子的运动轨迹,充分运用数学知识进行分析和求解。 8.如图所示,在平面直角坐标系xOy内,第Ⅰ象限的等腰直角三角形MNP区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场, y<0的区域内存在着沿y轴正方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从电场中Q(-2h,-h)点以速度v0水平向右射出,经过坐标原点O处射入第Ⅰ象限,最后以垂直于PN的方向射出磁场。已知MN平行于x轴,N点的坐标为(2h,2h),不计粒子的重力,求: (1)电场强度E的大小以及带电粒子从O点射出匀强电场时与水平方向夹角α的正切值; (2)磁感应强度B的大小; (3)带电粒子从Q点运动到射出磁场的时间t. 【答案】(1), (2) (3) (2)粒子从MP的中点垂直于MP进入磁场,垂直于NP射出磁场, 粒子在磁场中的速度 ⑦ 轨道半径 ⑧ 由 得: ⑨ (3)粒子在电场中的运动时间: 粒子在磁场和电场之间的运动时间为: 粒子在磁场中的运动时间为: 故总时间为: 【名师点睛】带电粒子在电磁场中的运动要注意分析过程,并结合各过程中涉及到的运动规律采用合理的物理规律求解. 1.如图所示,直线MN上方有垂直纸面向里的匀强磁场,电子1从磁场边界上的a点垂直MN和磁场方向射入磁场,经t1时间从b点离开磁场。之后电子2也由a点沿图示方向以相同速率垂直磁场方向射入磁场,经t2时间从a、b连线的中点c离开磁场,则t1∶t2为: ( ) M a c b N 2 1 A.2∶3 B.2∶1 C.3∶2 D.3∶1 【答案】D 【解析】粒子在磁场中都做匀速圆周运动,根据题意画出粒子的运动轨迹,如图所示: 电子1垂直射进磁场,从b点离开,则运动了半个圆周,ab即为直径,c点为圆心,电子2以相同速率垂直磁场方向射入磁场,经t2时间从a、b连线的中点c离开磁场,根据半径可知,粒子1和2的半径相等,根据几何关系可知,△aOc为等边三角形,则粒子2转过的圆心角为60°,所以粒子1运动的时间,粒子2运动的时间,所以故选D 2.如图所示,在边长为l的正方形区域内,有与y轴平行的匀强电场和垂直于纸面的匀强磁场。一个带电粒子(不计重力)从原点O沿x轴进入场区,恰好做匀速直线运动,穿过场区的时间为t;若撤去磁场,只保留电场,其它条件不变,该带电粒子穿过场区的时间为;若撤去电场,只保留磁场,其它条件不变,那么该带电粒子穿过场区的时间为: ( ) x y O l A. B. C. D. 【答案】B 当撤去电场,在匀强磁场中匀速圆周运动,带电粒子在磁场中经过的轨迹是个半圆,故运动时间:…⑧ 由①②③④⑤式得:; 故该粒子穿过场区的时间应该是,故选B 3.如图所示,平面的一、二、三象限内存在垂直纸面向外,磁感应强度的匀强磁场,ON为处于轴负方向的弹性绝缘薄挡板,长度为,M点为轴正方向上一点,,现有一个比荷大小为可视为质点带正电的小球(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,碰撞时电量不变,小球最后都能经过M点,则小球射入的速度大小不可能是: ( ) A、 B、 C、 D、 【答案】C 【解析】 设,由几何关系得:② ③ 联立②③得:; 分别代入①得: 2.若小球没有与挡板ON碰撞,则轨迹如图2,设,由几何关系得:④ ⑤ 联立④⑤得: 代入①得:。故选C 【名师点睛】由题意,带正电的小球从挡板下端N处小孔向轴负方向射入磁场,若与挡板相碰就以原速率弹回,所以小球运动的圆心的位置一定在轴上,然后由几何关系得出可能的碰撞的次数,以及圆心可能的位置,然后由比较公式即做出判定。 4.(多选)如图所示,水平放置的带电平行金属板间有一垂直纸面向里的匀强磁场,某带电粒子平行与极板从左端中点O点以初速度射入板间,沿水平虚线在处离开磁场,若带电粒子所受重力可忽略不计,下列判断正确的是: ( ) A、上极板一定带正电 B、若粒子在O点由静止释放,且仍从处离开磁场,则粒子最大速度为 C、只增加粒子带电量,粒子将不能沿水平虚线离开磁场 D、只增加粒子速度,粒子离开磁场时速度可能不变 【答案】AD 【解析】 【名师点睛】速度选择器是利用电场力等于洛伦兹力的原理进行工作的,故速度选择器只能选择速度而不能选择电性.同时注意电场力做功导致动能变化,而洛伦兹力始终不做功。 5.(多选)绝缘光滑斜面与水平面成角,质量为m、带电荷量为-q(q>0)的小球从斜面上的h高度处释放,初速度为(>0),方向与斜面底边MN平行,如图所示,整个装置处在匀强磁场B中,磁场方向平行斜面向上。如果斜面足够大,且小球能够沿斜面到达底边MN。则下列判断正确的是: ( ) A、匀强磁场磁感应强度的取值范围为 B、匀强磁场磁感应强度的取值范围为 C、小球在斜面做变加速曲线运动 D、小球达到底边MN的时间 【答案】BD 【解析】 【名师点睛】考查曲线运动的条件,掌握牛顿第二定律与运动学公式的内容,理解洛伦兹力虽受到速度大小影响,但没有影响小球的合力,同时知道洛伦兹力不能大于重力垂直斜面的分力. 6.(多选)如图所示,在一个边长为a的正六边形区域内存在磁感应强度为B, 方向垂直于纸面向里的匀强磁场.三个相同带正电的粒子,比荷为,先后从A点沿AD方向以大小不等的速度射入匀强磁场区域,粒子在运动过程中只受磁场力作用。已知编号为①的粒子恰好从F点飞出磁场区域,编号为②的粒子恰好从E点飞出磁场区域,编号为③的粒子从ED边上的某一点垂直边界飞出磁场区域。则: ( ) A.编号为①的粒子进入磁场区域的初速度大小为 B.编号为②的粒子在磁场区域内运动的时间 C.编号为③的粒子在ED边上飞出的位置与E点的距离(2-3)a D.三个粒子在磁场内运动的时间依次减少并且为4:2:1 【答案】ACD 【解析】 设编号为①的粒子在正六边形区域磁场中做圆周运动的半径为r1,初速度大小为v1,则有: 由几何关系可得: ,解得:,选项A正确; 设编号为②的粒子在正六边形区域磁场中做圆周运动的半径为r2,线速度大小为v2,周期为T2,则: 解得: ;由几何关系可得,粒子在正六边形区域磁场运动过程中,转过的圆心角为60°,则粒子在磁场中运动的时间:,选项B错误; 设编号为③的粒子在正六边形区域磁场中做圆周运动的半径为r3,由几何关系可得: , , ,选项C正确;编号为①的粒子在磁场中运动的时间:;编号为③的粒子在磁场中运动的时间:;故三个粒子在磁场内运动的时间依次减少并且为4:2:1 ,选项D正确;故选ACD. 【名师点睛】本题以带电粒子在磁场中运动的相关问题为情境,考查学生综合分析、解决物理问题能力.带电粒子在磁场中的运动,关键的就是确定圆心和轨迹后由几何知识确定出半径. 7.如图所示,在平面直角坐标系xOy的第二象限内有有平行于y轴的匀强电场,方向沿y轴负方向。在第一、四象限内有一个圆,圆心O'坐标为(r,0),圆内有方向垂直于xOy平面向里的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子(不计粒子所受的重力),从P (-2h,h)点,以大小为v0的速度沿平行于x轴正方向射入电场,通过坐标原点O进入第四象限,又经过磁场从x轴上的Q点离开磁场。求: (1)电场强度E的大小; (2)圆内磁场的磁感应强度B的大小; (3)带电粒子从P点进入电场到从Q点射出磁场的总时间t 。 【答案】(1)(2)(3) 【解析】 (2)粒子进入磁场时沿y轴方向的速度 vy= at1 …………………………⑤ 粒子进入磁场时的速度 ……⑥ 粒子在洛伦兹力作用下做圆周运动,有……………⑦ 由几何关系有 ……………⑧ 由③⑤⑥⑦⑧式得 ………………⑨ (3) 粒子在磁场中运动的时间 …………⑩ 粒子在磁场中做圆周运动的周期………… 粒子从P点进入电场到Q点射出磁场的总时间t = t1+ t2 …………………… 代入数据解得 ……………… 【名师点睛】本题考查带电粒子在匀强电场及磁场中的运动问题;关键是明确粒子先做类似平抛运动,后做匀速圆周运动,根据类似平抛运动的分运动公式列式求解末速度大小和方向;在磁场中关键是画出轨迹,结合几何关系分析;此题难度中等。 8.如图甲所示,在光滑绝缘水平桌面内建立xOy坐标系,在第II象限内有平行于桌面的匀强电场,场强方向与x轴负方向的夹角θ=45°.在第III象限垂直于桌面放置两块相互平行的平板c1、c2,两板间距为d1=0. 6m,板间有竖直向上的匀强磁场,两板右端在y轴上,板c1与x轴重合,在其左端紧贴桌面有一小孔M,小孔M离坐标原点O的距离为L = 0. 72m.在第IV象限垂直于x轴放置一块平行y轴且沿y轴负向足够长的竖直平板c3,平板c3 在x轴上垂足为Q,垂足Q与原点O相距d2=0.18m.现将一带负电的小球从桌面上的P点以初速度v0=4m/s垂直于电场方向射出,刚好垂直于x轴穿过c1板上的M孔,进人磁场区域.已知小球可视为质点,小球的比荷= 20C/kg,P点与小孔M在垂直于电场方向上的距离为s=m,不考虑空气阻力.求: (1)匀强电场的场强大小; (2)要使带电小球无碰撞地穿出磁场并打到平板c3上,求磁感应强度的取值范围; (3)若t=0时刻小球从M点进入磁场,磁场的磁感应强度如乙图随时间呈周期性变化(取竖直向上为磁场正方向),求小球从M点到打在平板c3上所用的时间.(计算结果保留两位小数) 【答案】(1)(2)(3)0.15s 【解析】 (2)设小球通过M点时的速度为v,由类平抛运动规律: =8m/s 小球进入两板间做匀速圆周运动,轨迹如图. 解得: 小球刚好能打到Q点时,磁感应强度最大设为B1.此时小球的轨迹半径为R1,由几何关系有: 解得:R1=0.4m, B1=1T 小球刚好不与c2板相碰时,磁感应强度最大设为B2.此时小球的轨迹半径为R2,由几何关系有: 解得: 故:磁感应强度的取值范围: 【名师点睛】此题是带电粒子在匀强磁场及电场中的运动问题;解题时要搞清粒子的运动情况,画出粒子运动的草图;根据平抛物体在水平和竖直两个方向的运动规律和匀速圆周运动的规律列出方程解答;此题有一定的难度,考查学生综合分析的能力。 查看更多