2021届高三物理三轮复习-复合场综合(全国I卷)

2021届高三物理二轮复习全国I卷复合场综合1.如图所示为速度选择器装置示意图,水平放置的平行金属板,其电容为C,板间距离为d,平行板内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为板分别带上等量异种电荷后,平行板内产生竖直方向的匀强电场.一带电粒子以速度经小孔进入正交电磁场后可沿直线运动,由射出,粒子所受重力不计,以下说法正确的是()A.a板带负电,其电荷量为B.a板带正电,其电荷量为C.极板间的电场强度,方向竖直向下D.若粒子的初速度大于,粒子在极板间将向右上方做匀加速曲线运动2.如图所示,是一对水平放置的平行金属板,板间存在着竖直向下的匀强电场.一个不计重力的带电粒子从两板左侧中间位置以初速度沿平行于金属板的方向进入场区,带电粒子进入场区后将向上偏转,并恰好从a板的右边缘处飞出;若撤去电场,在两金属板间加垂直于纸面向里的匀强磁场,则相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区后将向下偏转,并恰好从b板的右边缘处飞出.现上述的电场和磁场同时存在于两金属板之间,仍让相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区,则下列判断中正确的是()A.带电粒子将做匀速直线运动 B.带电粒子将偏向a板一方做曲线运动C.带电粒子将偏向b板一方做曲线运动 D.无法确定带电粒子做哪种运动3.在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内,电子(重力不计)可能沿水平方向向右做直线运动的是()A. B. C. D.4.关于下列四幅图的说法正确的是（）A.图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压B.图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的正极，A极板是发电机的负极C.图丙是速度选择器的示意图，带电粒子（不计重力）能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是，即D.图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝说明粒子的比荷越小5.如图所示,质量为,带电荷量为的微粒以速度v与水平方向成45°角进入正交的匀强电场和匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,电场方向水平向左,重力加速度为。如果微粒做直线运动,则下列说法正确的是(

)A.微粒一定做匀速直线运动 B.微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用

C.匀强电场的电场强度 D.匀强磁场的磁感应强度6.如图甲所示，一带正电粒子以水平初速度（）先后进入方向垂直的宽度相同且紧相邻在一起的匀强电场和匀强磁场区域，已知电场方向竖直向下，在带电粒子穿过电场和磁场的过程中（重力忽略不计），电场力和磁场力对粒子所做的总功大小为；若把电场和磁场正交重叠，如图乙所示，粒子仍以水平初速度穿过重叠场区，在粒子穿过电场和磁场的过程中，电场力和磁场力对粒子所做的总功大小为.则（）A.一定是 B.一定是C.一定是 D.可能是，也可能是7.如图所示，为带电量为、电容为、水平放置的平行板电容器的两个极板，长度和板间距离均为，板间存在磁感强度为、方向垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ；紧靠极板右侧边长也为的正方形区域abcd内存在垂直纸面向外的匀强磁场Ⅱ。质量为m、电荷量为q的粒子由距下极板处以某一初速度平行于极板进入板间，恰能做匀速直线运动，并从点离开磁场Ⅱ。不计粒子重力及电场的边缘效应，下列说法正确的是（）A.粒子和电容器上极板均带正电B.粒子的初速度大小为C.匀强磁场Ⅱ的磁感强度大小为D.若只将上极板竖直向上移动少许，粒子可能从点下方离开磁场Ⅱ8.如图，带电粒子P所带的电荷量是带电粒子Q的5倍，它们以相等的速度从同一点出发，沿着跟电场强度垂直的方向射入匀强电场，分别打在点，若，则P和Q的质量之比为（不计重力）()A.2:5 B.5:2 C.4:5 D.5:49.如图，场强大小为E、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域，水平边长为s，竖直边长为h。质量均为m、带电荷量分别为和的两粒子，由两点先后沿和方向以速率进入矩形区（两粒子不同时出现在电场中）。不计重力。若两粒子轨迹恰好相切，则等于()A. B. C. D.10.如图所示,在第I象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一对正、负电子分别以相同速率沿与x轴正方向成角的方向从原点射入磁场,则正、负电子在磁场中运动的时间之比为()A. B. C. D.11.2020年爆发了新冠肺炎疫情，新冠肺炎病毒传播能力非常强，因此研究新冠肺炎病毒株的实验室必须是全程都在高度无接触物理防护性条件下操作.武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出.流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积.空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是()A.带电离子所受洛伦兹力方向水平向左B.正、负离子所受洛伦兹力方向是相同的C.污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速D.只需要测量两点间的电压就能够推算废液的流量12.如图所示,半径为R的圆所在平面与某一匀强电场平行,为圆周上的三个点,O为圆心,为圆的一条直径,D为中点.粒子源在C点沿不同方向发出速率均为的带正电粒子,已知粒子的质量为m、电荷量为q(不计粒子重力和粒子之间的相互作用力).若沿方向入射的粒子恰垂直方向过D点.则以下说法正确的是()A.三点电势关系为B.沿垂直方向入射的粒子可能经过A点C.若,则过D点时粒子速率可能为D.若,则匀强电场的场强为13.现代科技往往和电磁场联系，现代化的装备很多是在电磁场原理下制作的，如回旋加速器、质谱仪、速度选择器等.现有一种装置，原理如下：半径为R的圆内分布着磁感应强度为B的匀强磁场，是圆的直径，质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，由静止开始经加速电场加速后，沿着与直径平行且相距的直线从A点进入磁场，如图所示.若带电粒子在磁场中的运动时间是，那么加速电场的加速电压是()A. B. C. D.14.如图所示,真空中某直线形粒子发射装置足够长,水平放置在截面为等腰三角形的匀强电场区域上方,匀强电场方向水平向里(垂直于纸面,图中未标出).已知该装置发射的粒子都是质子,同时射出的粒子为同一批粒子,出射速度相同,不计粒子重力,粒子经过电场偏转后打在水平地面的光屏上.则从上往下看,关于打在光屏上的粒子,下列说法正确的是()A.同一批射出的粒子,在左右两边的最先到达地面的光屏上B.同一批射出的粒子打在地面光屏上呈“∧”形C.不同批次射出的粒子速度越大,打在地面光屏上距离x轴的平均距离越远D.同一批射出的粒子打在地面光屏上时电势能的改变量正比于射入电场时离x轴的高度的平方15.如图所示,空间存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场,一粒子发射源P位于足够大绝缘平板的上方距离为d处,在纸面内向各个方向发射速率均为v的同种带正电粒子,不考虑粒子间的相互作用和粒子重力,已知粒子做圆周运动的半径大小也为d,则粒子()A.能打在板上的区域长度为 B.能打在板上的位置离P点的最远距离为C.到达板上的最长时间为 D.到达板上的最短时间为16.如图所示,等腰直角三角形区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B.三个相同的带电粒子从b点沿方向分别以不同的速度射入磁场,在磁场中运动的时间分别为,且.直角边的长度为L,不计粒子的重力,下列说法正确的是()A.速度的大小关系可能是 B.速度的大小关系可能是C.粒子的比荷 D.粒子的比荷17.如图所示,一质量为m、带电荷量为q的小球,用绝缘细线悬挂在水平向右的匀强电场中,假设电场区域足够大,静止时细线与竖直方向成60°角.细线长为L,细线不可伸长.小球在运动过程中电荷量保持不变,重力加速度为g.现将电场方向变为反向,则下列说法正确的是()A.小球带负电,电场强度B.电场方向变为反向后,小球即做圆周运动,在最低点的速度最大,C.电场方向变为反向后,小球先做匀加速直线运动,然后做圆周运动,最大速度D.电场方向变为反向后,小球将做往复运动,能够回到初始位置18.如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器，静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐向电场，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行.由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器.下列说法正确的是()A.磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向里B.加速电场中的加速电压C.磁分析器中圆心到Q点的距离D.任何离子若能到达P点，则一定能进入收集器19.静电喷漆技术具有效率高、质量好等优点，其装置示意图如图所示，为两块水平放置的平行金属板，间距，两板间有方向竖直向上、电场强度大小为的匀强电场，在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P，油漆喷枪的半圆形喷嘴可向各个方向均匀地喷出初速度大小均为、质量均为、电荷量均为的带负电的油漆微粒，不计微粒所受空气阻力及微粒间的相互作用，油漆微粒最后都落在金属板B上，重力加速度.下列说法正确的是()A.沿水平方向喷出的微粒运动到B板所需时间为0.2sB.沿不同方向喷出的微粒，从喷出至到达B板，电场力做功为C.若其他条件均不变，d增大为原来的2倍，喷涂面积增大为原来的2倍D.若其他条件均不变，E增大为原来的2倍，喷涂面积减小为原来的20.如图所示,在平面直角坐标系的第一、第四象限区域内存在两个有界的匀强磁场:垂直纸面向外的匀强磁场Ⅰ、垂直纸面向里的匀强磁场Ⅱ,为磁场边界和x轴的交点,.在第三象限存在沿y轴正方向的匀强电场.一质量为m、带电荷量为的粒子从电场中坐标为的点以速度沿x轴正方向射出,恰好经过原点O处射入区域I,又从M点射出区域Ⅰ(粒子的重力忽略不计).(1)求第三象限匀强电场场强E的大小;(2)求区域I内匀强磁场磁感应强度B的大小;(3)若带电粒子能再次回到原点O,则区域Ⅱ内磁场的宽度至少为多少?21.如图所示,平面直角坐标系的第二象限内存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,一质量为m、带电荷量为+q的小球从A点以速度v0沿直线AO运动,AO与x轴负方向成37°角.在y轴与MN之间的区域Ⅰ内加一电场强度最小的匀强电场后,可使小球继续做直线运动到MN上的C点,MN与PQ之间区域Ⅱ内存在宽度为d的竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,小球在区域Ⅱ内做匀速圆周运动并恰好不能从右边界飞出,已知小球在C点的速度大小为2v0,重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:（1）.第二象限内电场强度的大小和磁感应强度V的大小;（2）.区域Ⅰ内最小电场强度的大小和方向;（3）.区域Ⅱ内电场强度的大小和磁感应强度的大小.22.如图所示的坐标系中,第一象限内存在与x轴成30°角斜向下的匀强电场,电场强度;第四象限内存在垂直于纸面向里的有界匀强磁场,其沿x轴方向的宽度,沿y轴负方向宽度无限大,磁感应强度.现有一比荷为的正离子(不计重力),以某一速度从O点射入磁场,与x轴正方向夹角,离子通过磁场后刚好从A点射出,之后进入电场.(1)求离子进入磁场的速度的大小;(2)离子进入电场后,经多长时间再次到达x轴上;(3)若离子进入磁场后,某时刻再加一个同方向的匀强磁场使离子做完整的圆周运动,求所加磁场磁感应强度的最小值.23.如图所示,竖直放置的两块足够大的平行金属板间的距离为间匀强电场的电场强度大小为E,现有一电荷量为q的带正电小球从a板下边缘以一定的初速度竖直向上射入电场,当它飞到b板时,速度大小与射入电场时的速度大小相同,而方向变为水平方向,且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板进入宽度也为d的矩形区域(矩形区域的上、下边界分别与金属板的上、下边缘平齐,边界c竖直),一段时间后,小球恰好从边界c的最下端P飞离矩形区域.已知矩形区域所加匀强电场的电场强度大小也为E、方向竖直向上,矩形区域所加匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向外,不计空气阻力,重力加速度大小为g.求:(1)小球的质量m及其射入电场时的速度大小;(2)矩形区域所加磁场的磁感应强度大小B及小球在区域中运动的总时间t.24.如图所示,匀强电场的场强,方向水平向左,匀强磁场的磁感应强度,方向垂直于纸面向里.一个质量的带正电小物块A,从M点沿绝缘粗糙的竖直墙壁无初速度地下滑,当它滑行0.8m到N点时离开墙壁做曲线运动,当A运动到P点时,恰好处于平衡状态,此时速度方向与水平成45°角,求:(1)A沿墙壁下滑时克服摩擦力做的功;(2)A所带的电荷量以及运动到P点时的速度大小.

参考答案1.答案：C解析：粒子所受洛伦兹力与电场力大小相等、方向相反时,才能沿直线通过平行金属板,则板间电场方向竖直向下,a板带正电,则有,得,则,故A、B错误,C正确.若该粒子带正电,且初速度大于,则粒子所受洛伦兹力大于电场力,可知粒子向上偏转,随着速度的变化,洛伦兹力大小和方向都变化,可知粒子做曲线运动,但不是匀加速曲线运动,故D错误.2.答案：B解析：只有电场时,粒子做类平抛运动,设板间的距离为d,板长为L,有①,②,③,由①②③联立解得④,只有磁场时,粒子做匀速圆周运动,设运动半径为R,有⑤,由几何关系知⑥,由⑤⑥联立解得⑦,对比④⑦知,电场力大于洛伦兹力,故带电粒子将偏向a板一方做曲线运动,故选B.3.答案：B解析：选项A中,若电子向右运动,则受到水平向左的电场力和竖直向下的洛伦兹力,电子做曲线运动;选项B中,若电子向右运动,则只受水平向左的电场力,可以做直线运动;选项C中,若电子向右运动,则受到竖直向下的洛伦兹力和竖直向下的电场力,电子做曲线运动;选项D中,若电子水平向右运动,则受到竖直向上的电场力和竖直向上的洛伦兹力,电子做曲线运动.故选项B正确.4.答案：B解析：A.甲图中，根据可知粒子获得的最大动能为所以要想粒子获得的最大动能增大，可增加形盒的半径和增大磁感应强度，增加电压不能增大最大初动能，故A错误；B.乙图中根据左手定则，正电荷向下偏转，所以B极板带正电，为发电机的正极，A极板是发电机的负极，故B正确；C.丙图中，电子从右向左运动通过复合场时，电场力竖直向上，根据左手定则，洛伦兹力方向也向上，所以不是速度选择器，故C错误；D.由可得知越小，说明比荷越大，故D错误。故选B。5.答案：A解析：A、B．由于粒子做直线运动，故粒子所受合力可能为零，或者与共线粒子带负电，所受电场力水平向右，又由左手定则可知洛伦兹力垂直于线斜向左上方若只受电场力、洛伦兹力两个力作用，由几何关系易知电场力和洛伦兹力合力不为零，也不与共线，故粒子还要受到重力作用，且电场力、洛伦兹力和重力三力平衡，如图所示，故错误；若粒子做加速运动，则洛伦兹力发生变化，合力方向与速度不共线，粒子将做曲线运动，故粒子在此复合场中一定做匀速直线运动，故A正确；由图及几何关系，解得，故C错误同理有，解得：，故D错误故选：A6.答案：A解析：本题考查带电粒子在组合场、复合场中的运动.由题意知，带电粒子第二次刚进入复合场时洛伦兹力小于电场力，二者方向相反，粒子将发生偏转，但受洛伦兹力的影响，粒子沿电场方向偏移的距离比第一次仅受电场力时偏移的距离小，且洛伦兹力不做功，故一定是，A正确.7.答案：C解析：由粒子从点离开磁场Ⅱ可知，粒子刚进入磁场Ⅱ时所受洛伦兹力竖直向上，由左手定则可知，粒子带负电，因粒子在磁场I中做匀速直线运动，故上极板带正电，故A错；由平衡条件可知，粒子在磁场I中做匀速直线运动时满足，又、，故，故B错；粒子在磁场Ⅱ中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律知，由几何关系可知，解得，故C对；若只将上极板M竖直向上移动少许，由场强可知，板间场强不变，故粒子仍将从点离开磁场Ⅱ，故D错。8.答案：D解析：粒子在垂直电场方向做匀速直线运动，在平行电极方向做初速度为零的匀加速直线运动，两粒子的初速度相等，在垂直电场方向上的位移之比为1:2，由可知运动时间之比为1:2，由得加速度之比为4:1，根据牛顿第二定律得，因为电荷量之比为5:1，则质量之比为5:4，故D正确，ABC错误。9.答案：B解析：两个粒子都做类平抛运动。两个粒子在竖直方向上都做加速度大小相等的匀加速直线运动，因为竖直位移大小相等，所以它们的运动时间相等。两个粒子在水平方向上都做速度大小相等的匀速直线运动，因为运动时间相等，所以水平位移都为，竖直位移都为，由，得，选项B正确。10.答案：B解析：画出正、负电子在磁场中运动的轨迹如图所示,由图可知,正电子做匀速圆周运动在磁场中的圆弧轨迹对应的圆心角为120°,负电子做匀速圆周运动在磁场中的圆弧轨迹对应的圆心角为60°,又正、负电子在磁场中做匀速圆周运动的周期相同,故正、负电子在磁场中运动的时间之比为2:1.11.答案：D解析：带电粒子进入磁场后受到洛伦兹力作用，根据左手定则可知，带正电离子受到竖直向下的洛伦兹力，带负电离子受到竖直向上的洛伦兹力，故A、B错误；不带电的液体在磁场中不受力，两点间没有电势差，无法计算液体的流速，故C错误；带电离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态，则有，解得废液的流速，流量，故只需要测量两点间的电压就能够推算废液的流量，故D正确.12.答案：D解析：因为沿方向入射的粒子恰垂直方向过D点,研究该粒子运动的逆过程,从D到C,由于此过程中速度偏向角的正切等于位移偏向角正切的2倍,可知此过程为类平抛运动,则粒子受垂直向下的电场力作用,由于粒子带正电,可知场强方向垂直于向下,则两点电势相等,则,选项A错误;电场方向垂直向下,则沿垂直方向入射的粒子不可能经过A点,选项B错误;若,则过D点时粒子速率等于在C点的速度沿方向的分量,即,选项C错误;若,则由类平抛运动的规律可知粒子在水平方向上有,竖直方向上有,联立解得,选项D正确.13.答案：B解析：电荷量为q的带正电的粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为，由于带电粒子在磁场中的运动时间，可得，所以该带电粒子在磁场中运动所对应的圆心角为，如图所示，O为匀强磁场区域的圆心，由几何关系可得为带电粒子轨迹圆的圆心，即在圆周上，由圆的对称性知为匀强磁场区域的直径，带电粒子的轨迹圆半径，由牛顿第二定律得，解得，由动能定理得，联立可得加速电场的加速电压，故B正确.14.答案：D解析：由题意可知,粒子进入电场后,竖直方向做匀速直线运动,水平方向做匀加速直线运动,所以同一批射出的粒子同时到达水平地面的光屏上,故A错误;由类平抛运动规律知竖直方向有,水平方向有,整理得为进入电场时离x轴的高度,可知粒子打在地面光屏上不是“∧”形,而是抛物线,故B错误;粒子速度越大,则在电场中运动时间越短,距离x轴的平均距离越近,故C错误;根据功能关系有，即同一批射出的粒子打在地面光屏上时电势能的改变量正比于射入电场时离x轴的高度的平方,故D正确.15.答案：BC解析：打在板上的粒子轨迹的临界状态如图甲所示,根据几何关系知,带电粒子能打在板上的区域长度,故A错误;由图甲可以看到打在板上的最远点在右边,由几何关系可知,它与P点的距离为,故B正确;在磁场中运动时间最长和最短时,粒子运动轨迹示意图如图乙所示,由几何关系可知,最长时间,最短时间,又有粒子在磁场中运动的周期，所以，故C正确,D错误.16.答案：BCD解析：三个相同的粒子在磁场中运动的时间之比为,即它们在磁场中的偏转角度之比为3:3:1.可知粒子1、2打在上,而粒子3打在上,轨迹大致如图所示.速度为的粒子从边穿出,则偏转角为90°,但两者的速度大小关系不定,其轨迹半径一定比速度为的粒子轨迹半径小,由半径公式可知一定大于和,故A错误，B正确;对粒子3,其偏转角为,由几何关系得到半径,则运动时间为,由运动学公式可得,联立可得，故C正确;由于速度为的粒子偏转90°,则,则有，故D正确.17.答案：AC解析：由平衡条件知,小球受到的电场力方向水平向左,而场强方向水平向右,故小球带负电,根据平衡条件可得,得,故A正确;电场方向变为反向后,小球受到水平向右的电场力,大小仍为,细线松弛不再有拉力,则小球沿电场力与重力合力的方向做匀加速直线运动,当小球运动到最低点时细线恰被拉直,拉直时小球竖直方向的分速度变为零,保留水平方向分速度做圆周运动,当细线上的弹力方向与重力和电场力两个力的合力方向在一条直线上时,小球有最大速度,由分析可知当细线在与初始位置关于竖直方向对称的位置时,即细线再次与竖直方向夹角为60°时小球速度最大,由动能定理可得,得,故C正确,B错误;由于细线被拉直时,小球有能量损失,所以小球不能回到初始位置,故D错误.18.答案：BC解析：离子在磁分析器中沿顺时针方向转动，所受洛伦磁力指向圆心，根据左手定则可知，磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外，故A错误；离子在静电分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有，离子在加速电场中加速的过程中，由动能定理有，解得，B正确；离子在磁分析器中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有，解得，则，故C正确；由B项分析可知与离子的质量、电荷量无关，离子在磁场中的轨道半径，离子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径与离子的质量和电荷量有关，能够到达P点的不同离子，半径不一定都等于d，不一定能进入收集器，故D错误.19.答案：ABC解析：本题中的油漆微粒需要考虑重力，在竖直方向上微粒所受电场力和重力的合力为恒力，并与微粒初速度方向成各种夹角，故微粒做类抛体运动，其中沿水平方向喷出的微粒做类平抛运动，加速度，根据得，A项正确；沿不同方向喷出的微粒，从喷嘴喷出至到达B板，电场力做功为，B项正确；若其他条件均不变，d增大为原来的2倍，根据得，t变为原来的倍，则喷涂面积的半径变为原来的倍，面积变为原来的2倍，C项正确；若其他条件均不变，E增大为原来的2倍，则此时加速度，故加速度变为原来的倍，时间t变为原来的，喷涂面积的半径变为原来的，面积减小为原来的，D项错误