课时提升作业25 A卷 选修31 第八章 第3讲.docx
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课时提升作业25A卷选修31第八章第3讲
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课时提升作业(二十五)A卷
(40分钟100分)
一、选择题(本大题共7小题,每小题8分,共56分。
每小题至少一个答案正确,选不全得4分)
1.带正电的甲、乙、丙三个粒子(不计重力)分别以速度v甲、v乙、v丙垂直射入电场和磁场相互垂直的复合场中,其轨迹如图所示,则下列说法正确的是()
A.v甲>v乙>v丙
B.v甲 C.甲的速度可能变大 D.丙的速度不一定变大 2.如图所示,一个带正电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上,整个装置处于方向如图所示的匀强磁场中,现给滑环一个水平向右的瞬时作用力,使其开始运动,则滑环在杆上的运动情况不可能的是() A.始终做匀速运动 B.始终做减速运动,最后静止于杆上 C.先做加速运动,最后做匀速运动 D.先做减速运动,最后做匀速运动 3.(2013·南开区模拟)如图所示,有一混合正离子束先后通过正交电磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ,如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转,进入区域Ⅱ后偏转半径R相同,则它们具有相同的() A.电荷量 B.质量 C.速度 D.比荷 4.(2013·济南模拟)如图所示,在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中,电荷量为q的液滴在竖直面内做半径为R的匀速圆周运动。 已知电场强度为E,磁感应强度为B,则液滴的质量和环绕速度分别为() 5.(2013·南京模拟)利用霍尔效应制作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域。 如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD,下列说法中正确的是() A.电势差UCD仅与材料有关 B.若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势差UCD<0 C.仅增大磁感应强度时,电势差UCD变大 D.在测量地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平 6.如图所示,质量为m,电荷量为e的质子以某一初速度从坐标原点O沿x轴正方向进入场区,若场区仅存在平行于y轴向上的匀强电场时,质子通过P(d,d)点时的动能为5Ek;若场区仅存在垂直于xOy平面的匀强磁场时,质子也能通过P点。 不计质子的重力。 设上述匀强电场的电场强度大小为E,匀强磁场的磁感应强度大小为B,则下列说法中正确的是() 7.(2013·广州模拟)欧洲强子对撞机在2010年初重新启动,并取得了将质子加速到1.18万亿电子伏特的阶段成果,为实现质子对撞打下了坚实的基础。 质子经过直线加速器加速后进入半径一定的环形加速器,在环形加速器中,质子每次经过位置A时都会被加速(如图甲所示),当质子的速度达到要求后,再将它们分成两束引导到对撞轨道中,在对撞轨道中两束质子沿相反方向做匀速圆周运动,并最终实现对撞(如图乙所示)。 质子是在磁场的作用下才得以做圆周运动的。 下列说法中正确的是() A.质子在环形加速器中运动时,轨道所处位置的磁场会逐渐减小 B.质子在环形加速器中运动时,轨道所处位置的磁场始终保持不变 C.质子在对撞轨道中运动时,轨道所处位置的磁场会逐渐减小 D.质子在对撞轨道中运动时,轨道所处的磁场始终保持不变 二、计算题(本大题共3小题,共44分。 要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位) 8.(2013·湛江模拟)(12分)质量为m、电荷量为q的带负电粒子由静止开始释放,经M、N板间的电场加速后,从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中,该粒子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L,如图所示。 已知M、N两板间的电压为U,粒子的重力不计。 求: 匀强磁场的磁感应强度B。 9.(14分)如图所示,一质量为m,电荷量为q的带正电的小球以水平初速度v0从离地高为h的地方做平抛运动,落地点为N,设不计空气阻力,求: (1)若在空间加一个竖直方向的匀强电场,使小球沿水平方向做匀速直线运动,则场强E为多大? (2)若在空间再加上一个垂直纸面向外的匀强磁场,小球的落地点仍为N,则磁感应强度B为多大? 10.(能力挑战题)(18分)如图,竖直平面坐标系xOy的第一象限有垂直xOy面向外的水平匀强磁场和竖直向上的匀强电场,大小分别为B和E;第四象限有垂直xOy面向里的水平匀强电场,大小也为E;第三象限内有一绝缘光滑竖直放置的半径为R的半圆轨道,轨道最高点与坐标原点O相切,最低点与绝缘光滑水平面相切于N,一质量为m的带电小球从y轴上(y>0)的P点沿x轴正方向进入第一象限后做圆周运动,恰好通过坐标原点O,且水平进入半圆轨道并沿轨道内侧运动,过N点水平进入第四象限,并在电场中运动(已知重力加速度为g)。 (1)判断小球的带电性质并求出其所带电荷量; (2)P点距坐标原点O至少多高; (3)若该小球以满足 (2)中OP最小值的位置和对应速度进入第一象限,通过N点开始计时,经时间t= 小球距坐标原点O的距离s为多远? 答案解析 1.【解析】选A。 由左手定则可判断正电荷所受洛伦兹力向上,而所受的电场力向下,由运动轨迹可判断qv甲B>qE即v甲> ,同理可得v乙= v丙< ,所以v甲>v乙>v丙,故A正确、B错;电场力对甲做负功,甲的速度一定减小,对丙做正功,丙的速度一定变大,故C、D错误。 2.【解析】选C。 给滑环一个瞬时作用力,滑环获得一定的速度v,当qvB=mg时,滑环将以v做匀速直线运动,故A正确。 当qvB 当qvB>mg时,滑环先做减速运动,当减速到qvB=mg后,以速度v= 做匀速直线运动,故D对。 由于摩擦阻力作用,滑环不可能做加速运动,故C错,应选C。 3.【解析】选C、D。 正交电磁场区域Ⅰ实际上是一个速度选择器,这束正离子在区域Ⅰ中均不偏转,说明它们具有相同的速度,故C正确。 在区域Ⅱ中半径相同,R= ,所以它们应具有相同的比荷。 C、D正确。 4.【解析】选D。 液滴做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,重力和电场力等大、反向,根据 故选项D正确。 【变式备选】如图所示,某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场,电场方向水平向右,磁场方向垂直纸面向里,一带电粒子由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上运动。 下列说法正确的是() A.粒子一定带负电 B.粒子动能一定减少 C.粒子的电势能一定增加 D.粒子的机械能一定增加 【解析】选A、D。 对该种粒子进行受力分析得: 受到竖直向下的重力、水平方向的电场力、垂直于速度方向的洛伦兹力,其中重力和电场力是恒力。 粒子沿直线运动,则可以判断出其受到的洛伦兹力也是恒定的,即该粒子是做匀速直线运动,B错误;如果该粒子带正电,则受到向右的电场力和向左下方的洛伦兹力,所以不会沿直线运动,故该种粒子一定带负电,A正确;该种粒子带负电,向左上方运动,电场力做正功,电势能一定是减少的,C错误;因为重力势能增加,动能不变,所以该粒子的机械能增加,D正确。 5.【解析】选B、C。 电势差UCD恒定时,qvB=q· ,故UCD=vBd,即UCD与载流子的运动速度v、磁感应强度B和C、D间距离d有关,A错,C对。 根据左手定则,自由电子向C侧面偏转,使C侧面带负电,即C侧面电势低,UCD<0,B对。 霍尔元件工作时应使磁感应强度垂直其工作面,故用霍尔元件测赤道上方的磁感应强度时,应将元件的工作面保持竖直,且垂直南北方向,D错。 6.【解析】选D。 质子在电场中,d=v0t,d= t, =5Ek,vy=at,a= ,解得E= A、B错误。 再根据ev0B= 故C错误、D正确。 7.【解析】选D。 质子在环形加速器中运动时,质子的速度越来越大,但半径保持不变。 根据R= 可知,当速度逐渐增大时,B也逐渐增大才能保持R不变,故A、B都不对;质子在对撞轨道中运动时,半径和速率均不变,故轨道所处位置的磁场始终保持不变,C不对,D正确。 8.【解析】作粒子经电场和磁场中的轨迹图,如图所示。 设粒子在M、N两板间经电场加速后获得的速度为v,由动能定理得: qU= mv2①(3分) 粒子进入磁场后做匀速圆周运动,设其半径为r,则: qvB=m ②(3分) 由几何关系得: r2=(r-L)2+d2③(3分) 联立①②③式得: 磁感应强度B= (3分) 答案: 9.【解析】 (1)由于小球受电场力和重力且做匀速直线运动,故qE=mg 所以: E= (4分) (2)再加上匀强磁场后,由于重力与电场力平衡,故小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动, R= (2分) 由几何关系得: R2-x2=(R-h)2(3分) 其中x=v0t= (2分) 由以上几式解得: B= (3分) 答案: (1) (2) 10.【解析】 (1)小球进入第一象限的正交的电场和磁场后,在垂直磁场的平面内做圆周运动,说明重力与电场力平衡。 设小球所带电荷量为q,则有: qE=mg(2分) 解得: q= (1分) 由于电场方向竖直向上,故小球带正电(1分) (2)设匀速圆周运动的速度为v、轨道半径为r,由洛伦兹力提供向心力得: qBv= (2分) 小球恰能通过半圆轨道的最高点并沿轨道运动,则应满足: mg= (2分) 解得: r= (1分) 即PO的最小距离为: y=2r= (1分) (3)小球由O运动到N的过程中,设到达N点的速度为vN,由机械能守恒得: mg2R= mvN2- mv2(2分) 解得: vN= (1分) 小球从N点进入电场区域后,在绝缘光滑水平面上做类平抛运动。 设加速度为a,则有: 沿x轴方向有: x=vNt(1分) 沿电场方向有: z= at2(1分) 由牛顿第二定律得: a= (1分) t时刻小球距O点为: s= (2分) 答案: (1)带正电 (2) (3) R 【总结提升】带电粒子在组合场中运动问题的解题技巧 带电粒子在组合场中的运动,实际上仍是一个力学问题,分析的基本思路是: (1)弄清复合场的组成。 (2)正确分析带电粒子的受力情况及运动特征。 (3)画出粒子运动轨迹,灵活选择对应的运动规律列式求解。 例如,带电粒子在电场中加速,一般选择动能定理;类平抛运动一般要进行运动的分解;圆周运动一般分析向心力等。 (4)对于临界问题,注意挖掘隐含条件,关注特殊词语如“恰好”“刚好”“至少”,寻找解题的突破口。 关闭Word文档返回原板块
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