高考物理选考复习备考分题汇编真题+全真模拟带答案Word文档格式.docx
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当时,设,解得
当时,所有粒子都不能打到收集板上,
2、【2017年4月浙江省普通高校招生选考科目考试物理试题】如图所示,在平面内,有一电子源持续不断地沿正方向每秒发射出N个速率均为的电子,形成宽为2b,在轴方向均匀分布且关于轴对称的电子流。
电子流沿方向射入一个半径为R,中心位于原点O的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直xOy平面向里,电子经过磁场偏转后均从P点射出,在磁场区域的正下方有一对平行于轴的金属平行板K和A,其中K板与P点的距离为d,中间开有宽度为且关于轴对称的小孔。
K板接地,A与K两板间加有正负、大小均可调的电压,穿过K板小孔到达A板的所有电子被收集且导出,从而形成电流。
已知,电子质量为m,电荷量为e,忽略电子间相互作用。
(1)求磁感应强度B的大小;
(2)求电子从P点射出时与负轴方向的夹角θ的范围;
(3)当时,每秒经过极板K上的小孔到达极板A的电子数;
(4)画出电流随变化的关系曲线(在答题纸上的方格纸上)。
(1),
(2)60o,(3)(4)
【考点】本题主要考察知识点:
磁聚焦、类平抛
【解析】由题意可以知道是磁聚焦问题,即
(1)轨到半径R=r
(2)右图以及几何关系可知,上端电子从P点射出时与负y轴最大夹角,由几何关系
同理下端电子从p点射出与负y轴最大夹角也是60度
范围是
(3)
每秒进入两极板间的电子数为n
n=0.82N
3、【2016年10月浙江省普通高校招生选考科目考试物理试题】【加试题】如图所示,在x轴上的上方存在垂直纸面向里,磁感应强度大小为的匀强磁场,位于x轴下方粒子源C发射质量为m、电荷量为q的一束负离子,其初速度大小范围为。
这束粒子经电势差为U=的电场加速后,从小孔O(坐标原点)垂直x轴并垂直磁场射入磁场区域,最后打到x轴上,在x轴上2a~3a区间水平固定放置一探测板(),假设每秒射入磁场的离子总数为,打到x轴上的离子数均匀分布(粒子重力不计)
(1)求粒子束从小孔O射入磁场后打到x轴的区间;
(2)调整磁感应强度的大小,可使速度最大的离子恰好打在探测板右端,求此时的磁感应强度大小;
(3)保持磁感应强度不变,求每秒打在探测板上的离子数N,若打在板上的离子80%被板吸收,20%被反向弹回,弹回速度大小为打板前速度大小的0.6倍,求探测板受到的作用力大小。
(1)
(2)(3)
(2)当速度最大的离子打在探测板右端,,解得
(3)离子束能打到探测板的实际位置范围为
对应的速度范围为
每秒打在探测板上的离子数为
根据动量定理
吸收的离子受到板的作用力大小
反弹的离子受到板的作用力大小
根据牛顿第三定律,探测板受到的作用力大小
考点:
考查了带电粒子在组合场中的运动
【名师点睛】带电粒子在组合场中的运动问题,首先要运用动力学方法分析清楚粒子的运动情况,再选择合适方法处理.对于匀变速曲线运动,常常运用运动的分解法,将其分解为两个直线的合成,由牛顿第二定律和运动学公式结合求解;
对于磁场中圆周运动,要正确画出轨迹,由几何知识求解半径
4、【2016年4月浙江省普通高校招生选考科目考试物理试题】某同学设计了一个电磁推动加喷气推动的火箭发射装置,如图所示.竖直固定在绝缘底座上的两根长直光滑导轨,间距为L.导轨间加有垂直导轨平面向里的匀强磁场B.绝缘火箭支撑在导轨间,总质量为m,其中燃料质量为m´
,燃料室中的金属棒EF电阻为R,并通过电刷与电阻可忽略的导轨良好接触.
引燃火箭下方的推进剂,迅速推动刚性金属棒CD(电阻可忽略且和导轨接触良好)向上运动,当回路CEFDC面积减少量达到最大值△S,用时△t,此过程激励出强电流,产生电磁推力加速火箭.在△t时间内,电阻R产生的焦耳热使燃料燃烧形成高温高压气体.当燃烧室下方的可控喷气孔打开后.喷出燃气进一步加速火箭.
(1)求回路在△t时间内感应电动势的平均值及通过金属棒EF的电荷量,并判断金属棒EF中的感应电流方向;
(2)经△t时间火箭恰好脱离导轨.求火箭脱离时的速度v0;
(不计空气阻力)
(3)火箭脱离导轨时,喷气孔打开,在极短的时间内喷射出质量为m´
的燃气,喷出的燃气相对喷气前火箭的速度为u,求喷气后火箭增加的速度△v.(提示:
可选喷气前的火箭为参考系)
(1)回路在△t时间内感应电动势的平均值为,通过金属棒EF的电荷量为,金属棒EF中的感应电流方向向右;
(2)经△t时间火箭恰好脱离导轨,火箭脱离时的速度v0为;
(3)喷气后火箭增加的速度△v为.
【考点】动量守恒定律;
功能关系;
法拉第电磁感应定律.
【分析】
(1)根据电磁感应定律求出平均电动势,根据q=求解电荷量,根据楞次定律判断电流方向;
(2)先求出平均感应电流,进而求出平均安培力,再根据动量定理求解速度;
(3)以火箭为参考系,设竖直向上为正,根据动量守恒定律列式求解即可.
(3)以火箭为参考系,设竖直向上为正,根据动量守恒定律得:
﹣m′u+(m﹣m′)△v=0
解得:
△v=
答:
(3)喷气后火箭增加的速度△v为.
1、如图所示,足够长的光滑水平导轨的间距为l,电阻不计,垂直轨道平面有磁感应强度为B的匀强磁场,导轨上相隔一定距离放置两根长度均为l的金属棒,a棒质量为m,电阻为R,b棒质量为2m,电阻为2R.现给a棒一个水平向右的初速度v0,求:
(a棒在以后的运动过程中没有与b棒发生碰撞)
(1)b棒开始运动的方向:
(2)当a棒的速度减为时,b棒刚好碰到了障碍物,经过很短时间t0速度减为零(不反弹).求碰撞过程中障碍物对b棒的冲击力大小:
(3)b棒碰到障碍物后,a棒继续滑行的距离.
(1)b棒开始运动的方向向右;
(2)碰撞过程中障碍物对b棒的冲击力大小为;
(3)b棒碰到障碍物后,a棒继续滑行的距离为.
闭合电路的欧姆定律;
导体切割磁感线时的感应电动势.
(1)根据右手定则得出回路中的电流方向,再根据左手定则得出b棒所受安培力的方向,确定b棒的运动方向.
(2)对a、b棒运用动量守恒定律,求出a棒的速度减为时b棒的速度,根据动量定理求出碰撞过程中障碍物对b棒的冲击力大小.
(3)根据a棒的速度得出a棒所受的安培力,结合动量定理,运用积分思想求出b棒碰到障碍物后,a棒继续滑行的距离.
(3)a棒单独向右滑行的过程中,当其速度为v时,所受的安培力大小为
,
极短时间△ti→0,a棒的速度由v变为v′,根据动量定理,有:
﹣F安△ti=mv′﹣mv,
代入后得,,
把各式累加,得,
a棒继续前进的距离x=∑△xi=∑vi△ti=.
2、如图所示,一对足够大的金属板M、N正对且竖直放置,两极板分别接在大小可调的电源两端,N极板右侧分布有匀强磁场,磁场大小为B,方向垂直纸面向里,磁场区域放有一半径为R的圆柱体,圆柱体的轴线与磁场方向平行,圆柱体的横截面圆的圆心O到右极板N的距离为,在贴近左极板M处有足够大的平行且带负电等离子束,在电场力的作用下无初速沿垂直于N极板(经过特殊处理,离子能透过)射入磁场区域,已知所有离子的质量均为m,电量为q,忽略离子的重力和离子间的相互作用力.求:
(1)若某个离子经过N极板后恰好垂直打在圆柱体的最高点,则此时加在极板上的电源电压;
(2)为了使所有的离子均不能打在圆柱体上,则电源电压需满足什么条件;
(3)若电源电压调为,则从极板N上哪个范围内射出的离子能打在圆柱体上。
(1)
(2)(3)在离O1上方不大于和在离O1下方不大于的范围内的离子均能打在圆柱体上
(2)设所有离子刚好不能打在圆柱体上时速度为v2,轨迹如图1,此时离子的轨迹半径
由牛顿第二定律知
联立得
则电源电压需满足
(3)若电源电压调为,由、
得,离子的轨迹半径r=3R
因此在离O1上方不大于和在离O1下方不大于的范围内的离子均能打在圆柱体上。
点睛:
本题主要考查了带电粒子在混合场中运动的问题,要求同学们能正确分析粒子的受力情况,再通过受力情况分析粒子的运动情况,熟练掌握圆周运动及牛顿第二定律公式.
3、在第一象限(含坐标轴)内有垂直xoy平面周期性变化的均匀磁场,规定垂直xoy平面向外的磁场方向为正.磁场变化规律如图,磁感应强度的大小为B0,变化周期为T0.某一正粒子质量为m、电量为q在t=0时从0点以初速度v0沿y轴正向射入磁场中。
若要求粒子在t=T0时距y轴最远,则B0的值为
(1)求磁场的磁感应强度Bo
(2)距y轴最远是多少?
(1);
(2)
【解析】
(1)粒子要想在t=T0时距x轴最远,后半个周期的运动轨迹与y轴相切,如图所示。
(2)根据运动轨迹图可知,距y轴最远
4、现代科学仪器常利用电场、磁场控制带电粒子的运动,某装置可用于气体中某些有害离子的收集,如图甲所示,Ⅰ区为加速区,Ⅱ区为离子收集区,其原理是通过板间的电场或磁场使离子偏转并吸附到极板上,达到收集的目的.已知金属极板CE、DF长均为d,间距也为d,AB、CD间的电势差为U,假设质量为m、电荷量为q的大量正离子在AB极均匀分布.离子由静止开始加速进入收集Ⅱ区域,Ⅱ区域板间有匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场,离子恰好沿直线通过Ⅱ区域;
且只撤去电场时,恰好无离子从Ⅱ区域间射出,收集效率(打在极板上的离子占离子总数的百分比)为100%,(不考虑离子间的相互作用力、重力和极板边缘效应).
(1)求离子到达Ⅱ区域时的速度大小;
(2)求Ⅱ区域磁感应强度B的大小;
(3)若撤去Ⅱ区域磁场,只保留原来的电场,则装置的收集效率是多少?
(4)现撤去Ⅱ区域的电场,保留磁场但磁感应强度大小可调.假设AB极上有两种正离子,质量分别为m1、m2,且m1≤4m2,电荷量均为q1.现将两种离子完全分离,同时收集更多的离子,需在CD边上放置一探测板CP(离子必须打在探测板上),如图乙所示.在探测板下端留有狭缝PD,离子只能通过狭缝进入磁场进行分离,试求狭缝PD宽度的最大值。
(1)
(2)(3)50%(4)
(2)Ⅱ区域只撤去电场时,沿DF极板进入的离子恰好不从极板射出,确定圆心,离子在磁场中的半径r=d,如图所示.
磁场中洛伦兹力提供向心力:
qvB=m
B=
.
(3)电场、磁场同时存在时,离子直线通过Ⅱ区域,满足:
qE=qvB
撤去磁场以后离子在电场力作用下做类平抛运动,假设进入Ⅱ区域时距离DF极板为y的离子恰好离开电场:
由平抛运动规律:
y=at2
d=vt
qE=ma
y=0.5d
当y>
0.5d时,离子运动到Ⅱ区域的右边界时仍位于DF极板的上方,因此离子会射出Ⅱ区域,即进入Ⅱ区域时到DF极板的距离为0.5d到d的离子会射出电场,则打在极板上的离子数占总数的百分比为
×
100%=50%.
因为m1≤4m2,则有R1≤2R2,此时狭缝最大值x同时满足(如图所示)
x=2R1-2R2
d=2R1+x
x=d
5、如图所示,足够长的光滑水平直导线的间距为,电阻不计,垂直轨道平面有磁感应强度为B的匀强磁场,导轨上相隔一定距离放置两根长度均为的金属棒,a棒质量为m,电阻为R,b棒质量为,电阻为,现给a棒一个水平向右的初速度,求:
(1)b棒开始运动的方向;
(2)当a棒的速度减为时,b棒刚好碰到了障碍物,经过很短时间速度减为零(不反弹),求碰撞过程中障碍物对b棒的冲击力大小;
(3)b棒碰到障碍物后,a棒继续滑行的距离。
(1)b棒向右运动;
(2);
试题分析:
(1)根据右手定则知,回路中产生逆时针的电流,根据左手定则知,b棒所受的安培力方向向右,可知b棒向右运动。
动量守恒定律、闭合电路的欧姆定律、导体切割磁感线时的感应电动势
【名师点睛】本题考查了动量守恒定律、动量定理与电磁感应、闭合电路欧姆定律的综合运用,对于第三问,对学生数学能力要求较高,要加强学生在积分思想的运用。
6、在无限大的匀强磁场中,有一竖直放置的固定绝缘光滑轨道由半径分别为R的圆弧MN,在竖直线ON右边有上的匀强电场。
现有小球带正电,质量为m,电荷量为q。
已知将小球由M点静止释放后,它通过N点时,弹力刚好等于重力。
小球离开N点后刚好做匀速圆周运动,重力加速度为g。
不计空气阻力。
求
(1)匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的电场强度
(2)小球离开N点后再次到竖直线ON的位置到N点的距离和时间
;
(2)2R;
小球离开N点后刚好做匀速圆周运动,电场力与重力二力平衡qE=mg。
(2)小球离开N点后,做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供
解得小球做圆周运动的半径
小球离开N点后再次到竖直线ON时离N的距离d=2r=2R
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