高考物理 第八章 第三讲 创新演练大冲关

创新演练大冲关(时间45分钟，满分100分)一、选择题(本题包括9小题，每小题6分，共54分．每小题只有一个选项正确)1．如图1所示，水平放置的平行金属板a、b带有等量异种电荷，a板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动的方向是()A．沿竖直方向向下图1B．沿竖直方向向上C．沿水平方向向左D．沿水平方向向右解析：由a板带正电，可知板间场强方向向下．带正电的液滴在板间所受电场力方向向下，重力方向也向下，要使其做直线运动，应使其所受洛伦兹力与重力、电场力的合力等值反向，即洛伦兹力方向应竖直向上，由左手定则可判定液滴的运动方向只能是水平向右，D正确．答案：D2．如图2所示，一束正离子从S点沿水平方向射出，在没有偏转电场、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点O；若同时加上电场和磁场后，正离子束最后打在荧光屏上坐标系的第Ⅲ象限中，则所加电场E和磁场B的方向可能是(不计离子重力及其之间相互作用力)()图2A．E向下，B向上 B．E向下，B向下C．E向上，B向下 D．E向上，B向上解析：正离子束打到第Ⅲ象限，相对原入射方向向下，所以电场E方向向下；根据左手定则可知磁场B方向向上，故A正确．答案：A3．如图3所示，有一混合正离子束先后通过正交电场、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后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的()图3A．动能 B．质量C．电荷量 D．比荷解析：设电场的场强为E，由于正离子在区域Ⅰ里不发生偏转，则Eq＝B1qv，得v＝eq\f(E,B1)；当正离子进入区域Ⅱ时，偏转半径又相同，所以R＝eq\f(mv,B2q)＝eq\f(m\f(E,B1),B2q)＝eq\f(Em,B1B2q)，故选项D正确．答案：D4．如图4所示，铜质导电板置于匀强磁场中，通电时铜板中电流方向向下，由于磁场的作用，则()A．板左侧聚集较多电子，使b点电势高于a点B．板左侧聚集较多电子，使a点电势高于b点图4C．板右侧聚集较多电子，使a点电势高于b点D．板右侧聚集较多电子，使b点电势高于a点解析：铜板导电靠的是自由电子的定向移动，电流方向向下，则电子相对磁场定向移动方向向上，根据左手定则，电子受洛伦兹力方向向右，致使铜板右侧聚集较多电子，左侧剩余较多正离子，板中逐渐形成方向向右的水平电场，直到定向移动的自由电子受到的洛伦兹力与水平电场力平衡为止，所以由于磁场的作用，整个铜板左侧电势高于右侧，即φa>φb.答案：C5．(·唐山模拟)如图5所示，在沿水平方向向里的匀强磁场中，带电小球A与B在同一直线上，其中小球B带正电荷并被固定，小球A与一水平放置的光滑绝缘板C接触而处于静止状态．若将绝缘板C沿水平方向抽去后，以下说法正确的是()A．小球A不可能处于静止状态B．小球A将可能沿轨迹1运动图5C．小球A将可能沿轨迹2运动D．小球A将可能沿轨迹3运动解析：由题意可知小球A带正电，小球A受重力和A、B之间的库仑力的作用(且库仑力为斥力)，若重力的大小和库仑力的大小相等，则撤去绝缘板后，重力和库仑力仍大小相等而方向相反，故小球A仍处于静止状态，A错误；若库仑力大于重力，则可由左手定则判断B正确．答案：B6．如图6所示，一电子束垂直于电场线与磁感应线方向入射后偏向A极板，为了使电子束沿射入方向做直线运动，可采用的方法是()A．将变阻器滑动头P向右滑动B．将变阻器滑动头P向左滑动图6C．将极板间距离适当减小D．将极板间距离适当增大解析：电子入射极板后，偏向A板，说明Eq>Bvq，由E＝eq\f(U,d)可知，减小场强E的方法有增大板间距离，和减小板间电压，故C错误，D正确；而移动滑动头P并不能改变板间电压，故A、B均错误．答案：D7．如图7所示，粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带电的小球，整个装置处在由水平匀强电场和垂直于纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中小球的v－t图象如图8所示，其中正确的是()图7图8解析：小球下滑过程中，qE与qvB反向，开始下落时qE>qvB，所以a＝eq\f(mg－μqE－qvB,m)，随下落速度v的增大a逐渐增大；当qE<qvB之后，其a＝eq\f(mg－μqvB－qE,m)，随下落速度v的增大a逐渐减小；最后a＝0小球匀速下落，故图C正确，A、B、D错误．答案：C8．(·相城模拟)美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步．图9为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在A、C板间，如图所示．带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D型盒中的匀强磁场做匀速圆周运动．对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是()图9A．带电粒子每运动一周被加速两次B．带电粒子每运动一周P1P2＝P2P3C．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D．加速电场方向需要做周期性的变化解析：有图可以看出，带电粒子每运动一周被加速一次A错误，由R＝eq\f(mv,qB)和Uq＝eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv12可知，带电粒子每运动一周，电场力做功都相同，动能增量都相同，但速度的增量不相同，故粒子圆周运动的半径增加量不相同，B错误．由v＝eq\f(qBR,m)可知，加速粒子的最大速度与D形盒的半径R有关，C正确；带电粒子一周被加速一次，电场方向不需做周期性变化，故D错误．答案：C9．如图10所示，某一真空室内充满竖直向下的匀强电场E，在竖直平面内建立坐标系xOy，在y<0的空间里有与场强E垂直的匀强磁场B，在y>0的空间内，将一质量为m的带电液滴(可视为质点)自由释放，此液滴则沿y轴的负方向，以加速度a＝2g(g为重力加速度)做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，被安置在原点的一个装置瞬间改变了带电图10性质(液滴所带电荷量和质量均不变)，随后液滴进入y<0的空间运动．液滴在y<0的空间内的运动过程中()A．重力势能一定不断减小 B．电势能一定先减小后增大C．动能不断增大 D．动能保持不变解析：带电液滴在y>0的空间内以加速度a＝2g做匀加速直线运动，可知液滴带正电，且电场力等于重力，当液滴运动到坐标原点时变为负电荷，液滴进入y<0的空间内运动，电场力等于重力，液滴做匀速圆周运动，重力势能先减小后增大，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，动能保持不变，故选D.答案：D二、非选择题(本题包括3小题，共46分)10．(15分)(·福建高考)如图11所示的装置，左半部为速度选择器，右半部为匀强的偏转电场．一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E的偏转电场，最后打在照相底片D上．已知同位素离子的电荷量为q(q>0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场，照相底片D与狭缝S1、S2的连线平行且距离为L，忽略重力的影响．图11(1)求从狭缝S2射出的离子速度v0的大小；(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x，求出x与离子质量m之间的关系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)．解析：(1)能从速度选择器射出的离子满足qE0＝qv0B0 ①∴v0＝eq\f(E0,B0) ②(2)离子进入匀强偏转电场E后做类平抛运动，则x＝v0t ③L＝eq\f(1,2)at2 ④由牛顿第二定律得qE＝ma ⑤由②③④⑤解得x＝eq\f(E0,B0)eq\r(\f(2mL,qE)).答案：(1)eq\f(E0,B0)(2)eq\f(E0,B0)eq\r(\f(2mL,qE))11．(15分)如图12所示，宽度为l＝0.8m的某一区域存在相互垂直的匀强电场E与匀强磁场B，其大小E＝2×108N/C，B＝10T．一带正电荷的粒子以某一初速度由M点垂直电场和磁场方向射入，沿直线运动，从N点离开；若只撤去磁场，则粒子从P点射出且速度方向发生了45°的偏转，求粒子的比荷(不计粒子的重力)．图12解析：设粒子的初速度为v0，粒子在复合场中做直线运动时受力平衡qE＝qv0B当只撤去磁场后，粒子在电场中做类平抛运动l＝v0tvx＝v0vy＝eq\f(qE,m)teq\f(vy,vx)＝tan45°＝1联立以上各式得eq\f(q,m)＝eq\f(E,lB2)＝2.5×106C/kg.答案：2.5×10612．(16分)(·安徽高考)如图13甲所示，宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图乙所示)，电场强度的大小为E0，E>0表示电场方向竖直向上．t＝0时，一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域，沿直线运动到Q点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的N2点．Q为线段N1N2的中点，重力加速度为g.上述d、E0、m、v、g为已知量．图13(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小；(2)求电场变化的周期T；(3)改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最小值．解析：(1)微粒做直线运动，则mg＋qE0＝qvB①微粒做圆周运动，则mg＝qE0②联立①、②得q＝eq\f(mg,E0)③B＝eq\f(2E0,v)④(2)设微粒从N1运动到Q的时间为t1，做圆周运动的周期为t2，则eq\f(d,2)＝vt1⑤qvB＝meq\f(v2,R)⑥2πR＝vt2⑦联立③④⑤⑥⑦得t1＝eq\f(d,2v)；t2＝eq\f(πv,g)⑧电场变化的周期T＝t1＋t2＝eq\f(d,2v