2022年高考物理二轮复习专题七限时训练 .pdf

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1、学习必备欢迎下载专题七限时训练( 限时 :45 分钟 ) 【测控导航】考点题号 ( 难易度 ) 1. 带电粒子在区域组合场中的运动2( 易),3( 易),7(中) 2. 带电粒子在交替组合场中的运动6( 中 ),8( 中) 3. 带电粒子在叠加场中的运动1( 易),5( 易),9( 难 ),10( 难 ) 4. 带电粒子在周期性变化的电、磁场中的运动4( 易),11( 难) 一、 选择题 ( 在每小题给出的四个选项中, 第 15 题只有一项符合题目要求, 第 6,7 题有多项符合题目要求 ) 1. 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

2、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( D ) A.B.C.BD.解析 : 液滴在重力、电场力和洛伦兹力作用下做匀速圆周运动, 可知 ,液滴受到的重力和电场力是一对平衡力,mg=qE,得 m=; 液滴在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动的半径为R=,得 v=, 故选项 D正确 . 2. 如图所示 ,两导体板水平放置, 两板间电势差为U,带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入, 穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场, 则粒子射入磁场和射出磁场的M,N两点间的距离d 随着 U和 v0的变化情况为 ( A ) A.d 随 v0增大而增大

3、 ,d 与 U无关B.d 随 v0增大而增大 ,d 随 U增大而增大C.d 随 U增大而增大 ,d 与 v0无关精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页学习必备欢迎下载D.d 随 v0增大而增大 ,d 随 U增大而减小解析 : 设粒子从M点进入磁场时的速度大小为v, 该速度与水平方向的夹角为, 故有 v=,粒子在磁场中做匀速圆周运动, 半径为 r=, 而 MN之间的距离为d=2rcos , 联立解得d=, 故选项 A正确 . 3.(2015云南省第二次毕业检测) 如图所示 ,在第二象限存在方向垂直xOy平面向外的匀强磁场

4、, 在第一象限存在沿y 轴负方向的匀强电场 . 一质量为 m 、带正电的粒子从点M(-d,0) 沿 y 轴正方向射出, 经磁场偏转后从y轴上的某点垂直y 轴射入电场 , 经电场偏转后通过x 轴上的点N(d,0),不计粒子重力. 则( C ) A.粒子在电场中的运动时间大于在磁场中的运动时间B.粒子在电场中的运动时间可能等于在磁场中的运动时间C.电场强度与磁感应强度的比值为2v0D.电场力对粒子做的功为m解析 : 由题意可知 , 粒子在磁场中完成个圆周 ,t= =, 半径为 R=d,由qv0B=, 得 v0=, 粒子进入电场后做类平抛运动, 水平方向做匀速直线运动:x=d=v0t ,所以在电场中

5、运动的时间t =t,A,B项错误 ; 电场中 y 方向 d=t2=, 所以有 qEd=2m, 所以=2v0,C 项正确 ;D 项错误 . 4. 在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用. 回旋加速器的工作原理如图所示, 置于真空中的 D形金属盒半径为R,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.S 处粒子源产生的粒子,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页学习必备欢迎下载质量为 m 、电荷量为 +q, 初速度不计 , 在加速器中被加速, 加速电压为U.两盒间的狭缝很小,每次加速的时间很短, 可以忽略不计, 加速过程中不考

6、虑相对论效应和重力作用. 下列说法正确的是 ( D ) A.为使正粒子每次经过窄缝都被加速, 交变电压的频率f=B.粒子第 n 次与第 1 次在下半盒中运动的轨道半径之比为C.若其他条件不变,将加速电压U增大为原来的2倍 , 则粒子能获得的最大动能增大为原来的2 倍D.若其他条件不变,将 D形盒的半径增大为原来的2倍, 则粒子获得的最大动能增大为原来的4 倍解析 : 带电粒子在磁场中运动的周期与电场变化的周期相等, 根据 qvB=m,则 v=, 周期T=,与粒子的速度无关, 粒子每转半圈, 交变电场变化一次, 故周期也为T电=,频率为 f=, 故选项 A错误 ; 根据动能定理知(2n-1)qU

7、=m, 粒子第 n 次与第 1 次在下半盒中运动的速度之比为1, 根据 r=知轨道半径之比等于速度之比为1,故选项 B错误 ; 粒子最后均从磁场中沿D形盒边缘飞出, 半径 r=R=, 可知最后速度由D形盒半径决定 , 与电压无关 , 根据 Ekm= m=知动能也是只与D形盒半径有关 , 故选项 C错误 ,D 正确 . 5. 如图所示 ,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 y0 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

8、, 被安置在原点的一个装置瞬间改变了带电性质( 液滴所带电荷量和质量均不变 ), 随后液滴进入y0 的空间运动 . 液滴在 y0 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y0 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 D项正确 . 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

9、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( BD ) A.E=B.E=C.B=D.B=解析 : 只有平行于y 轴向上的匀强电场时, 质子做类平抛运动, 设末速度与水平方向夹角为,则有 tan =2, 即 vy=2v0, 合速度 v=v0, 末动能 5Ek= mv2= m5,所以质子初动能为m=Ek,根据动能定理eEd=5Ek-Ek=4Ek, 解得 E=, 选项 A错误 ,B 正确 .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, 粒子

10、在匀强磁场中做匀速圆周运动 , 根据几何关系可得圆周运动半径为d, 根据洛伦兹力提供向心力有ev0B=, 整理得 B=, 选项 C错误 ,D 正确 . 7.(2015辽宁丹东质检 ) 如图所示为一种质谱仪示意图, 由加速电场、 静电分析器和磁分析器组成. 若静电分析器通道中心的半径为R, 通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E,若分析器有范围足够大的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B、 方向垂直纸面向外. 一质量为m,电荷量为 q 的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器, 由 P点垂直边界进入磁分析器, 最终打在胶片上的Q点. 不计粒子重力. 下列说法正确的是( BD )

11、 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页学习必备欢迎下载A.粒子带负电B.加速电场的电压U= ER C.直线 PQ长度为 2BD.若一群粒子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点, 则该群粒子具有相同的比荷解析 : 在静电分析器中, 粒子做圆周运动的向心力由电场力来提供, 即电场力的方向与电场强度 E的方向相同 , 粒子带正电 ,A 项错误 ; 由 qU= mv2和 qE=得 U= ER,B 项正确 ; 因为v=, 粒子在磁分析器中做匀速圆周运动, 则 qvB=得 r=, 故=2r=,C 项错误 ; 若粒子均打在同一

12、点, 即 r 相同 , 所以该群粒子应具有相同的比荷,D 项正确 . 二、非选择题8. 直角坐标系xOy在光滑绝缘水平面内, 以坐标原点O为圆心 , 半径为 R= m 的圆形区域内存在匀强电场 , 场强方向与x 轴正向平行 . 坐标原点处有一个电荷量为q=-2 10-6C,质量为m=2 10-6kg 的粒子以v0=1 m/s 的速度沿y 轴正向射入电场, 经 t=1 s后射出圆形电场区域. (1) 求粒子射出圆形电场区域时的动能; (2) 若圆形区域仅存在垂直坐标平面方向的匀强磁场, 磁感应强度为B=1 T, 求粒子在磁场中运动的时间和出射点的位置坐标. 解析 :(1) 粒子在水平面内仅受电场

13、力, 做类平抛运动 . 在 x 轴负方向做匀加速运动, 有 qE=ma,x= at2沿 y 轴方向做匀速运动, 有 y=v0t 出射点在圆周上, 满足轨迹方程x2+y2=R2, 联立解得x=-1 m,E=2 N/C. 从 O点到出射点 , 据动能定理有qEx=Ek-m, 粒子射出电场时的动能为Ek= m+qEx=510-6J. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页学习必备欢迎下载(2) 若圆形区域内仅存在垂直纸面方向的匀强磁场, 则粒子在水平面内仅受洛伦兹力, 做匀速圆周运动 , 有 qv0B=m, 运动轨道半径r=

14、1 m 若磁场方向垂直于坐标平面向外, 则粒子沿逆时针方向运动, 圆心坐标为 (-1,0),设粒子出射点坐标为 (x1,y1), 据几何关系有+=R2,(x1+1)2+=r2联立解得x1=-1,y1=1, 即出射点坐标为(-1,1) 由几何关系可知, 此时粒子出射方向沿x 轴负方向若磁场方向垂直于坐标平面向内, 则粒子沿顺时针方向运动, 圆心坐标为 (1,0),设出射点坐标为 (x2,y2), 据几何关系有+=R2, (x2-1)2+=r2, 联立解得x2=1,y2=1, 即出射点坐标为(1,1) 据几何关系 , 此时粒子出射方向沿x 轴正方向综上分析 :无论粒子在磁场中是顺时针运动还是逆时针

15、运动, 粒子出射速度方向均平行于x轴, 所以 , 粒子运动轨迹所对圆心角均为直角, 粒子在磁场中运动时间为四分之一周期, 即t=1.57 s. 答案 :(1)5 10-6J (2)1.57 s (1,1) 或(-1,1) 9.(2015重庆理综 ) 如图为某种离子加速器的设计方案. 两个半圆形金属盒内存在相同的垂直于纸面向外的匀强磁场. 其中 MN 和 M N是间距为h 的两平行极板, 其上分别有正对的两个小孔 O和 O,ON=ON=d,P为靶点 ,OP=kd(k 为大于 1 的整数 ). 极板间存在方向向上的匀强电场 , 两极板间电压为U.质量为 m 、 带电量为 q的正离子从O点由静止开始

16、加速, 经 O进入磁场区域 . 当离子打到极板上ON 区域 ( 含 N点 ) 或外壳上时将会被吸收. 两虚线之间的区域无电场和磁场存在, 离子可匀速穿过. 忽略相对论效应和离子所受的重力. 求: (1) 离子经过电场仅加速一次后能打到P点所需的磁感应强度大小; (2) 能使离子打到P点的磁感应强度的所有可能值; (3) 打到 P点的能量最大的离子在磁场中运动的时间和在电场中运动的时间. 解析 :(1) 离子经过电场仅加速一次后能打到P点时 , 轨道半径R1=根据牛顿第二定律有精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页学习必

17、备欢迎下载B1qv1=m对离子在电场中加速的过程应用动能定理有qU= m解得 B1=; (2) 假设离子在电场中加速了n 次后恰好打到P点, 有nqU= mBqv2=mR=解得 B=若离子在电场中加速一次后恰好打在N, 同理可得此时的磁感应强度B0=由题意可知 ,BB0时离子才可能打到P点由, 解得 nk2, 可见 n 的最大值应为k2-1, 即 n 的取值应为n=1,2,3, ,k2-1. 即磁感应强度的可能值为B=(n=1,2,3,k2-1). (3)n=k2-1 对应的离子就是打在P点的能量最大的离子. 离子在磁场中运动的圈数为k2-, 故在磁场中运动的时间t1= k2-T= k2-=.

18、 设离子在电场中运动的时间为t2, 则有精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页学习必备欢迎下载(k2-1)h=解得 t2=h. 答案 :(1)(2)(n=1,2,3,k2-1) (3)h10. 如图所示 , 坐标系 xOy 在竖直平面内,y 轴的正方向竖直向上,y 轴的右侧广大空间存在水平向左的匀强电场E1=2 N/C,y 轴的左侧广大空间存在匀强磁场和匀强电场, 磁场方向垂直纸面向外 ,B=1 T, 电场方向竖直向上,E2=2 N/C.t=0时刻 , 一个带正电的质点在O点以 v=2 m/s的初速度沿着与x 轴负方向

19、成45角射入y 轴的左侧空间 , 质点的电荷量为q=110-6 C, 质量为 m=2 10-7 kg, 重力加速度g=10 m/s2. 求: (1) 质点从 O点射入后第一次通过y 轴的位置 ; (2) 质点从 O点射入到第二次通过y 轴所需时间 ; (3) 质点从 O点射入后第四次通过y 轴的位置 . 解析 :(1) 质点从 O点进入左侧空间后, mg=E2q=210-6 N, 电场力与重力平衡,质点做匀速圆周运动, 洛伦兹力充当向心力qvB=m,R=0.4 m 质点第一次通过y 轴的位置 y1=R= m. (2) 质点的个匀速圆周运动的时间t1= = s 当质点到达右侧空间时,F合=mg,

20、 a=g 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页学习必备欢迎下载且 F合与 v 反向 , 质点做有往返的匀变速直线运动, 往返时间t2=2= s 质点从刚射入左侧空间到第二次通过y 轴所需的时间t=t1+t2= s. (3) 质点从右侧空间返回左侧空间时速率仍是v=2 m/s, 做匀速圆周运动, 轨迹在 y 轴上截距为d=2Rcos 45 = m 如图 , 质点再次进入右侧空间时, vx= m/s,ax=-10 m/s2, 水平方向做匀减速运动vy=- m/s,ay=-10 m/s2, 竖直方向做匀加速运动当质点返回y

21、 轴时 ,往返时间t3=2= s 竖直方向下落距离y=vyt3+ g=0.8 m 质点进入左侧空间后第四次通过y 轴的位置y2=y1+d-y= m. 答案 :(1) m (2) s (3) m 11.(2015 凉山州三诊 ) 如图 ( 甲 )所示 , 在坐标轴y 轴左侧存在一方向垂直于纸面向外的匀强磁场 , 磁感应强度为B,y 轴右侧存在如图( 乙) 所示宽度为L的有界交变电场( 规定竖直向下为正方向 ), 此区间右侧存在一大小仍为B方向垂直于纸面向内的匀强磁场, 有一质量为m,带电荷量为 q 的正粒子 ( 不计重力 ) 从 x 轴上的 A点以速度大小为v方向与 x 轴正方向夹角=60射出

22、, 粒子达到y 轴上的 C点时速度方向与y 轴垂直 , 此时区域内的电场从t=0 时刻变化 , 在t=2T 时粒子从x 轴上的 F 点离开电场 (sin 37=0.6,cos 37=0.8), 求: 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页学习必备欢迎下载(1)C 点距坐标原点距离y; (2) 交变电场的周期T 及电场强度E0的大小 ; (3) 带电粒子进入右侧磁场时, 区域内的电场消失, 要使粒子仍能回到A点, 左侧磁感应强度的大小、方向应如何改变? 解析 :(1) 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动, 由牛顿第二定律有q

23、vB=m, 得 r=, C点纵坐标为y=r-rcos 60=. (2) 粒子在水平方向做匀速直线运动,L=vt=2vT, 解得 T=. 竖直方向到达x 轴上的 F 点, 根据运动的对称性有y=42, 解得 E0=. (3) 从 F点进入右磁场时, 方向水平向右 , 速度仍为 v, 做圆周运动 , 半径仍为 r, 离开右磁场时恰运动半周 , 水平向左 , 电场消失 , 匀速运动到y 轴, 进入左侧磁场 , 运动半径为R.由图知要回到A点, 轨迹如图 , 根据几何关系知:R2=(2r-R)2+r2解得 R=, 则由洛伦兹力提供向心力有qvB1=, 解得 B1=B,方向垂直纸面向内. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页学习必备欢迎下载答案 :(1)(2)(3)B 方向垂直纸面向内精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页