高考物理复习课时作业42Word格式.docx
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D.从左向右以特定速度射入的粒子才能沿直线穿出速度选择器
D 解析:
当带电粒子能从左向右匀速直线穿过时,电场力和洛伦兹力反向,且Eq=qvB,解得v=,该速度与粒子的质量和带电荷量无关,A、B错误;
当粒子从右向左运动时,电场力和洛伦兹力的方向相同,粒子不可能沿直线穿过,C错误,D正确.
3.(2017·
山西四校联考)如图所示,有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中,当有稳恒电流沿平行平面C的方向通过时,下列说法正确的是( )
A.金属块上表面M的电势高于下表面N的电势
B.电流增大时,M、N两表面间的电压U增大
C.磁感应强度增大时,M、N两表面间的电压U减小
D.金属块中单位体积内的自由电子数越少,M、N两表面间的电压U越小
由左手定则可知,金属块通有图示电流时,自由电子受到向上的洛伦兹力,向M面偏转,故上表面M电势低于下表面N的电势,A项错误;
最终电子在洛伦兹力和电场力作用下处于平衡,即evB=e,则有U=Bvd,由此可知,磁感应强度增大时,M、N两表面间的电压增大,C项错误;
由电流的微观表达式I=neSv可知,电流增大说明自由电子定向移动速率v增大,所以M、N两表面间的电压增大,B项正确;
电流一定时,金属块中单位体积内的自由电子数n越少,自由电子定向移动的速率一定越大,所以M、N两表面间的电压增大,D项错误.
4.(2017·
浙江名校联考)质量为m、电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成θ角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区,该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下,恰好沿直线运动到A,下列说法中正确的是( )
A.该微粒一定带负电荷
B.微粒从O到A的运动可能是匀变速运动
C.该磁场的磁感应强度大小为
D.该电场的场强为Bvcosθ
A 解析:
若微粒带正电q,它受竖直向下的重力mg、向左的电场力qE和斜向右下的洛伦兹力qvB,可知微粒不能做直线运动.据此可知微粒应带负电q,它受竖直向下的重力mg、向右的电场力qE和斜向左上的洛伦兹力qvB.又知微粒恰好沿着直线运动到A,可知微粒应该做匀速直线运动,则选项A正确,B错误;
由平衡条件得cosθ=,sinθ=,得磁场的磁感应强度B=,电场的场强E=,故选项C、D错误.
5.(多选)回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用,其原理如图所示.D1和D2是两个中空的半圆形金属盒,置于与盒面垂直的匀强磁场中,它们接在电压为U、周期为T的交流电源上.位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略),它们在两盒之间被电场加速.当质子被加速到最大动能Ek后,再将它们引出.忽略质子在电场中的运动时间,则下列说法中正确的是( )
A.若只增大交变电压U,则质子的最大动能Ek会变大
B.若只增大交变电压U,则质子在回旋加速器中运行的时间会变短
C.若只将交变电压的周期变为2T,仍可用此装置加速质子
D.质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为∶
BD 解析:
由r=可知,质子经加速后的最大速度与回旋加速器的最大半径有关,而与交变电压U无关,故A错误;
增大交变电压,质子加速的次数减少,所以质子在回旋加速器中的运行时间变短,B正确;
为了使质子能在回旋加速器中加速,质子的运动周期应与交变电压的周期相同,C错误;
由nqU=mv以及rn=可得质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为∶,D正确.
6.(2017·
四川凉山州一诊)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,其构造原理如图所示,离子源S产生质量为m、电荷量为q、初速度为0的某种正离子,离子经过电压U加速后形成离子流,然后从S1处垂直于磁场进入矩形ABCD区域内的匀强磁场中,运动半周到达记录它的照相底片上的P点,已知P与S1的距离为x,离子形成的等效电流为I.求:
(1)磁场的磁感应强度;
(2)在时间t内到达照相底片P上的离子个数.
(1),方向垂直于纸面向外
(2)
解析:
(1)加速过程中有qU=mv2,
在磁场中偏转过程中有x=2R,
qvB=m.
联立解得:
B=,由左手定则可判断出磁场方向垂直于纸面向外.
(2)时间t内,n=,又Q=It,可得n=.
[能力提升]
7.(2017·
辽宁五校联考)(多选)有一个带电荷量为+q、重力为G的小球,从两竖直的带电平行板上方h处自由落下,两极板间另有匀强磁场,磁感应强度为B,方向如图所示,则带电小球通过有电场和磁场的空间时,下列说法正确的是
( )
A.一定做曲线运动
B.不可能做曲线运动
C.有可能做匀加速直线运动
D.有可能做匀速直线运动
带电小球在没有进入复合场前做自由落体运动,进入磁场后,受竖直向下的重力G=mg、水平向左的电场力F电=qE与水平向右的洛伦兹力F洛=qBv,重力与电场力大小和方向保持恒定,但因为速度大小会发生变化,所以洛伦兹力大小和方向会发生变化,所以一定会做曲线运动,A正确,B、C、D错误.
8.(2017·
山东德州期末)(多选)如图所示是一个回旋加速器示意图,其核心部分是两个D形金属盒,两金属盒置于匀强磁场中,并分别与高频电源相连.现分别加速氘核(H)和氦核(He),下列说法中正确的是( )
A.它们的最大速度相同
B.它们的最大动能相同
C.两次所接高频电源的频率相同
D.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能
AC 解析:
由R=得最大速度v=,两粒子的相同,所以最大速度相同,A正确;
最大动能Ek=mv2,因为两粒子的质量不同,最大速度相同,所以最大动能不同,B错误;
高频电源的频率f=,因为相同,所以两次所接高频电源的频率相同,C正确;
粒子的最大动能与高频电源的频率无关,D错误.
9.(2017·
辽宁五校协作体联考)如图所示,在xOy平面第一象限内有平行于y轴的匀强电场和垂直于xOy平面的匀强磁场,匀强电场的电场强度为E.一带电荷量为+q的小球从y轴上离坐标原点距离为L的A点处,以沿x轴正方向的初速度进入第一象限,如果电场和磁场同时存在,小球将做匀速圆周运动,并从x轴上距坐标原点的C点离开磁场.如果只撤去磁场,并且将电场反向,带电小球以相同的初速度从A点进入第一象限,仍然从x轴上距坐标原点的C点离开电场.求:
(1)小球从A点出发时的初速度大小;
(2)磁感应强度B的大小.
(1)
(2)
(1)由带电小球做匀速圆周运动知
mg=qE ①
所以电场反向后,由牛顿第二定律有
mg+qE=ma ②
小球做类平抛运动有
L=at2 ③
=v0t ④
由①②③④联立得
v0=. ⑤
(2)带电小球做匀速圆周运动时,洛伦兹力提供向心力,则
qv0B= ⑥
由几何知识得
(L-R)2+2=R2 ⑦
由⑤⑥⑦得B=.
10.(2017·
山西大同联考)如图所示,在平面直角坐标系内,第一象限的等腰三角形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、带电荷量为q的带电粒子从电场中Q(-2h,-h)点以速度v0水平向右射出,经坐标原点O射入第一象限,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)电场强度的大小;
(2)磁感应强度的大小;
(3)粒子在磁场中的运动时间.
(1)
(2) (3)
(1)由几何关系可知粒子的水平位移为2h,竖直位移为h,由平抛运动规律得2h=v0t,h=at2,
由牛顿第二定律可知Eq=ma,
联立解得E=.
(2)粒子到达O点,沿+y方向的分速度
vy=at=·
=v0,
则速度与x正方向的夹角α满足tanα==45°
,
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v=v0,
轨道半径R=h,
又Bqv=m,
解得B=.
(3)由题意得,带电粒子在磁场中转过的角度为45°
,故运动时间t=T=·
=.
11.(2015·
重庆卷)如图所示为某种离子加速器的设计方案.两个半圆形金属盒内存在相同的垂直于纸面向外的匀强磁场.其中MN和M′N′是间距为h的两平行极板,其上分别有正对的两个小孔O和O′,O′N′=ON=d,P为靶点,O′P=kd(k为大于1的整数).极板间存在方向向上的匀强电场,两极板间电压为U.质量为m、带电量为q的正离子从O点由静止开始加速,经O′进入磁场区域.当离子打到极板上O′N′区域(含N′点)或外壳上时将会被吸收.两虚线之间的区域无电场和磁场存在,离子可匀速穿过,忽略相对论效应和离子所受的重力.求:
(1)离子经过电场仅加速一次后能打到P点所需的磁感应强度大小;
(2)能使离子打到P点的磁感应强度的所有可能值;
(3)打到P点的能量最大的离子在磁场中运动的时间和在电场中运动的时间.
(1)
(2)(n=1,2,3,…,k2-1)
(3) h
(1)离子经一次加速的速度为v0,由动能定理得
qU=mv①
离子的轨道半径为R0,则R0=kd②
由洛伦兹力提供向心力,qv0B=m③
联立①②③式得B=.
(2)设离子在电场中经过n次加速后到达P点,根据动能定理和牛顿第二定律得
nqU=mv④
qvnB=m⑤
rn=⑥
联立④⑤⑥式解得vn=,B=
当离子经过第一次加速,在磁场中偏转时
qU=mv⑦
qv1B=m⑧
联立④⑤⑥⑦⑧式解得r1=
由于<
r1≤,解得1≤n<k2,且n为整数,所以n=1,2,3,…,k2-1.
磁感应强度的可能值为B=(n=1,2,3,…,k2-1).
(3)当离子在电场中加速(k2-1)次时,离子打在P点的能量最大
此时磁感应强度B=
最终速度vn=
离子在磁场中做匀速圆周运动的周期
T==
离子在磁场中运动的时间
t1=T=
根据牛顿第二定律,离子在电场中运动的加速度
a==
离子在电场中运动的全过程等效为初速度为0的匀加速直线运动,根据速度公式vn=at2,得离子在电场中的运动时间t2==h.
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- 高考 物理 复习 课时 作业 42