2019-2020年高三二輪復(fù)習(xí)物理專題通關(guān) 課時(shí)鞏固過關(guān)練（十） 電場(chǎng)和磁場(chǎng)4.10 Word版含答案.doc

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2.質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖?，F(xiàn)利用這種質(zhì)譜儀對(duì)氫元素進(jìn)行測(cè)量。氫元素的各種同位素從容器A下方的小孔S無初速度飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)。加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。氫的三種同位素最后打在照相底片D上,形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”。關(guān)于三種同位素進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的排列順序和a、b、c三條“質(zhì)譜線”的排列順序,下列判斷正確的是(　　) A.進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度從大到小排列的順序是氚、氘、氕 B.進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度從大到小排列的順序是氘、氚、氕 C.a、b、c三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氘、氚、氕 D.a、b、c三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氚、氘、氕 【解析】選D。根據(jù)qU=mv2得v=。比荷最大的是氕,最小的是氚,所以進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚,故A、B錯(cuò)誤。進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有qvB=m,R==,氕比荷最大,軌道半徑最小,c對(duì)應(yīng)的是氕,氚比荷最小,則軌道半徑最大,a對(duì)應(yīng)的是氚,故C錯(cuò)誤,D正確。 【加固訓(xùn)練】速度相同的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后分成甲、乙兩束,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,其中S0A=S0C,則下列相關(guān)說法中正確的是(　　) A.甲束粒子帶正電,乙束粒子帶負(fù)電 B.甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷 C.能通過狹縫S0的帶電粒子的速率等于 D.若甲、乙兩束粒子的電荷量相等,則甲、乙兩束粒子的質(zhì)量比為3∶2 【解析】選B。由左手定則可判定甲束粒子帶負(fù)電,乙束粒子帶正電,A錯(cuò)誤;粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)滿足B2qv=m,即=,由題意知r甲v2 B.v1vb B.兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力Fa>Fb C.小球第一次到達(dá)a點(diǎn)的時(shí)間大于小球第一次到達(dá)b點(diǎn)的時(shí)間 D.在磁場(chǎng)中小球能到達(dá)軌道的另一端,在電場(chǎng)中小球不能到達(dá)軌道的另一端 【解析】選A、B、D。小球在磁場(chǎng)中時(shí),由最高點(diǎn)到最低點(diǎn)只有重力做功,而洛倫茲力不做功;在電場(chǎng)中,由最高點(diǎn)到最低點(diǎn)除重力做功外,電場(chǎng)力做負(fù)功,根據(jù)動(dòng)能定理可知,兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)的速度va>vb,選項(xiàng)A正確;兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律可得Fa-Bqva-mg=m,Fb-mg=m,故Fa>Fb,選項(xiàng)B正確;由于小球在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),磁場(chǎng)力對(duì)小球不做功,整個(gè)過程中小球的機(jī)械能守恒,而小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受到的電場(chǎng)力對(duì)小球做負(fù)功,到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度的大小較小,所以在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也長(zhǎng),故小球第一次到達(dá)a點(diǎn)的時(shí)間小于小球第一次到達(dá)b點(diǎn)的時(shí)間,故C錯(cuò)誤;由于小球在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)力對(duì)小球不做功,整個(gè)過程中小球的機(jī)械能守恒,所以小球可以到達(dá)軌道的另一端,而電場(chǎng)力對(duì)小球做負(fù)功,所以小球在達(dá)到軌道另一端與初位置等高的點(diǎn)之前速度就減為零了,故不能到達(dá)軌道的另一端,故D正確。 二、計(jì)算題(本大題共3小題,共44分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 8.(12分)(xx巴中一模)如圖所示,在直角坐標(biāo)系的第Ⅰ象限和第Ⅲ象限存在著電場(chǎng)強(qiáng)度均為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),其中第Ⅰ象限電場(chǎng)沿x軸正方向,第Ⅲ象限電場(chǎng)沿y軸負(fù)方向。在第Ⅱ象限和第Ⅳ象限存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向均垂直紙面向里。有一個(gè)電子從y軸的P點(diǎn)以垂直于y軸的初速度v0進(jìn)入第Ⅲ象限,第一次到達(dá)x軸上時(shí)速度方向與x軸負(fù)方向夾角為45,第一次進(jìn)入第Ⅰ象限時(shí),與y軸夾角也是45,經(jīng)過一段時(shí)間電子又回到了P點(diǎn),進(jìn)行周期性運(yùn)動(dòng)。已知電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,不考慮重力和空氣阻力。求： (1)P點(diǎn)距原點(diǎn)O的距離。 (2)電子從P點(diǎn)出發(fā)到第一次回到P點(diǎn)所用的時(shí)間。 【解析】(1)電子從y軸的P點(diǎn)以垂直于y軸的初速度v0進(jìn)入第Ⅲ象限后,設(shè)在第Ⅲ象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t3,水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),豎直方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng),有：vy=v0tan45=v0　 (2分) 又：vy=at3=t3　 (2分) 解得：t3=　 (1分) PO=h=a=　 (1分) (2)電子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。 在一個(gè)周期內(nèi),設(shè)在第Ⅱ象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2,在第Ⅰ象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1,在第Ⅳ象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t4,在第Ⅱ象限電子做圓周運(yùn)動(dòng),則： T=　 (2分) 在第Ⅱ象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：t2==　 (1分) 由幾何關(guān)系知,電子在第Ⅰ象限的運(yùn)動(dòng)與第Ⅲ象限的運(yùn)動(dòng)對(duì)稱,沿x軸正方向做勻減速運(yùn)動(dòng),沿y軸負(fù)方向做勻速運(yùn)動(dòng),到達(dá)x軸時(shí)垂直進(jìn)入第Ⅳ象限的磁場(chǎng)中,速度變?yōu)関0。 在第Ⅰ象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t1=t3=　 (1分) 電子在第Ⅳ象限做四分之一圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)周期與第Ⅲ象限周期相同,即：T= 在第Ⅳ象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：t4==　 (1分) 電子從P點(diǎn)出發(fā)到第一次回到P點(diǎn)所用時(shí)間為： t=t1+t2+t3+t4=+　 (1分) 答案：(1)　(2)+ 【總結(jié)提升】解決帶電粒子運(yùn)動(dòng)問題的方法——數(shù)形思維法 數(shù)形思維方法是解決帶電粒子運(yùn)動(dòng)問題的基本方法。帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵是根據(jù)題中的“幾何約束”,挖掘隱含的幾何關(guān)系,求出軌跡半徑,要善于將物理問題劃歸為幾何問題,建立數(shù)形結(jié)合的思想。 1.建立數(shù)形結(jié)合思想可以從“數(shù)、形、鏈”三個(gè)方面進(jìn)行。 (1)所謂“數(shù)”也就是物理量,可以是具體數(shù)據(jù),也可以是符號(hào)。 (2)所謂“形”,就是將題設(shè)物理情景以圖形的形式呈現(xiàn)出來。 (3)所謂“鏈”,也就是情景鏈接和條件關(guān)聯(lián)。情景鏈接就是將物理情景分解成若干個(gè)子過程,并將這些子過程由“數(shù)、形”有機(jī)地鏈接起來;條件關(guān)聯(lián)就是“數(shù)”間關(guān)聯(lián)或臨界條件關(guān)聯(lián)。 2.“數(shù)、形、鏈”三位一體,三維建模,一般分為三步建立物理模型。 (1)分析和分解物理過程,確定不同過程的初、末狀態(tài),將狀態(tài)量與過程量對(duì)應(yīng)起來。 (2)畫出關(guān)聯(lián)整個(gè)物理過程的思維導(dǎo)圖,對(duì)于運(yùn)動(dòng)過程直接畫出運(yùn)動(dòng)草圖。 (3)在草圖上標(biāo)出物理過程和對(duì)應(yīng)的物理量,建立情景鏈接和條件關(guān)聯(lián),完成情景模型。 9.(14分)(xx重慶高考)如圖為某種離子加速器的設(shè)計(jì)方案。兩個(gè)半圓形金屬盒內(nèi)存在相同的垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。其中MN和M′N′是間距為h的兩平行極板,其上分別有正對(duì)的兩個(gè)小孔O和O′,O′N′=ON=d,P為靶點(diǎn),O′P=kd(k為大于1的整數(shù))。極板間存在方向向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),兩極板間電壓為U。質(zhì)量為m、帶電量為q的正離子從O點(diǎn)由靜止開始加速,經(jīng)O′進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域。當(dāng)離子打到極板上O′N′區(qū)域(含N′點(diǎn))或外殼上時(shí)將會(huì)被吸收。兩虛線之間的區(qū)域無電場(chǎng)和磁場(chǎng)存在,離子可勻速穿過。忽略相對(duì)論效應(yīng)和離子所受的重力。求： (1)離子經(jīng)過電場(chǎng)僅加速一次后能打到P點(diǎn)所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。 (2)能使離子打到P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的所有可能值。 (3)打到P點(diǎn)的能量最大的離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。 【解析】(1)離子在電場(chǎng)中加速時(shí),由動(dòng)能定理可得Uq=m-0,故離子第一次射出電場(chǎng)時(shí)的速度： v1=　 (1分) 若離子經(jīng)過一次加速后就能打到P點(diǎn),則離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道半徑： r1=(k為大于1的整數(shù))。　 (1分) 離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律可得： qv1B=m　 (1分) 將r1=,v1=,代入解得：B=　 (1分) (2)設(shè)經(jīng)n(n為大于零的整數(shù))次加速后離子獲得的速度為vn。 由動(dòng)能定理可得： nUq=m-0, 解得：vn=　 (1分) 若離子經(jīng)過n次加速后能打到P點(diǎn),則n次加速后離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道半徑： rn=(k為大于1的整數(shù))　 (1分) 離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律可得：qvnBn=m; 將rn=代入解得：Bn=　 (1分) 為使離子從電場(chǎng)中射出后不被極板吸收,則離子第一次加速后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的軌道半徑必須大于,所以qv1BnT0　 (1分) T>　 (1分) 答案：(1)m (2)　A點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(0,L) (3)(n=1、2、3…)　T> 關(guān)閉Word文檔返回原板塊