2020年高三物理加强训练专题04电磁学中的曲线运动(解析版)44817.pdf
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1、1专题四 电磁学中的曲线运动一.单选题1.(2019江苏卷)一匀强电场的方向竖直向上。t 0 时刻,一带电粒子以一定初速度水平射入该电场,电场力对粒子做功的功率为 P,不计粒子重力,则 P t 关系图象是()【解析】设粒子带正电,运动轨迹如图所示,水平方向,粒子不受力,vxv0。沿电场方向:受力 F电qE,则加速度 a F电mqEm,经时间 t,粒子沿电场方向的速度 vyatqEtm电场力做功的功率P F电vyqEqEtm(qE)2tmktt,选项 A 正确。【答案】A2(2019北京市 101 中学三模)一带负电荷的质点,在电场力作用下沿曲线 abc从 a 运动到 c,已知质点的速率是递减的
2、。关于 b 点电场强度 E的方向,下列图示中可能正确的是(虚线是曲线在 b 点的切线)ABCD【答案】D【解析】A电荷做曲线运动,电场力与速度方向不在同一直线上,应指向轨迹弯曲的内侧,不可能沿轨迹的切线方向,则场强也不可能沿轨迹的切线方向。故 A 错误;B 负电荷所受的电场力方向与场强方向相反,图中电场力方向与速度方向的夹角为锐角,电场力做正功,电荷的速率增大,与题不符。故 B 错误;C图2中场强方向指向轨迹的内侧,则电场力指向轨迹的外侧,电荷的轨迹应向上弯曲,不可能沿如图的轨迹运动。故 C 错误;D图中场强方向指向轨迹的外侧,则电场力指向轨迹的内侧,而且电场力方向与电荷的速度方向成钝角,电场
3、力做负功,电荷的速率减小,符合题意。故 D 正确。3.带电粒子 a、b 在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,它们的动量大小相等,a 运动的半径大于 b 运动的半径若 a、b 的电荷量分别为 qa、qb,质量分别为 ma、mb,周期分别为 Ta、Tb.则一定有()A.qaqbB.mambC.TaTbD.qamarb,则 qa0)的粒子垂直于 x 轴射入第二象限,随后垂直于 y轴进入第一象限,最后经过 x 轴离开第一象限。粒子在磁场中运动的时间为()A.5m6qBB.7m6qBC.11m6qBD.13m6qB【解析】带电粒子在不同磁场中做圆周运动,其速度大小不变,由 r mvqB知,第一象限内的圆半径
4、是第二象限内圆半径的 2 倍,如图所示。6粒子在第二象限内运动的时间t1T142m4qBm2qB粒子在第一象限内运动的时间t2T262m 26qB2m3qB则粒子在磁场中运动的时间 t t1t27m6qB,选项 B 正确。【答案】B10.(2019北京卷,16)如图 9 所示,正方形区域内存在垂直纸面的匀强磁场。一带电粒子垂直磁场边界从 a点射入,从 b 点射出。下列说法正确的是()A.粒子带正电B.粒子在 b 点速率大于在 a 点速率C.若仅减小磁感应强度,则粒子可能从 b 点右侧射出D.若仅减小入射速率,则粒子在磁场中运动时间变短【解析】由左手定则知,粒子带负电,A 错误;由于洛伦兹力不做
5、功,粒子速率不变,B 错误;由 R mvqB,若仅减小磁感应强度 B,R变大,则粒子可能从 b 点右侧射出,C 正确;由 R mvqB,若仅减小入射速率 v,则 R变小,粒子在磁场中的偏转角 变大,由 t 2T,T 2mqB知,运动时间变长,D 错误。【答案】C11.如图所示,正六边形 abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场。一带正电的粒子从 f 点沿 fd方向射入磁场区域,当速度大小为 vb时,从 b 点离开磁场,在磁场中运动的时间为 tb,当速度大小为 vc时,从 c 点离开磁场,在磁场中运动的时间为 tc,不计粒子重力。则()7A.vbvc12,tbtc21B.vbvc21,tbtc1
6、2C.vbvc21,tbtc21D.vbvc12,tbtc12【解析】带正电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,运动轨迹如图所示,由几何关系得,rc2rb,b120,c60,由 qvBmv2r得,v qBrm,则 vbvcrbrc12,又由 T 2mqB,t2T和b2c得 tbtc21,故选项 A 正确,B、C、D 错误。【答案】A12.(2019全国卷)如图,边长为 l 的正方形 abcd内存在匀强磁场,磁感应强度大小为 B,方向垂直于纸面(abcd所在平面)向外。ab 边中点有一电子发射源 O,可向磁场内沿垂直于 ab 边的方向发射电子。已知电子的比荷为 k。则从 a、d
7、两点射出的电子的速度大小分别为()A.14kBl,54kBlB.14kBl,54kBlC.12kBl,54kBlD.12kBl,54kBl【解析】若电子从 a 点射出,运动轨迹如图线,8ral4由 qvaBmv2ara得vaqBramqBl4mkBl4若电子从 d 点射出,运动轨迹如图线,由几何关系得r2drdl22l2,整理得 rd54l由 qvdBmv2drd得vdqBrdm5qBl4m5kBl4,选项 B 正确。【答案】B13.如图所示,平行板电容器两极板的间距为 d,极板与水平面成 45角,上极板带正电。一电荷量为 q(q 0)的粒子在电容器中靠近下极板处,以初动能 Ek0竖直向上射出
8、。不计重力,极板尺寸足够大。若粒子能打到上极板,则两极板间电场强度的最大值为()A.Ek04qdB.Ek02qdC.2Ek02qdD.2Ek0qd【解析】当电场强度足够大时,粒子打到上极板的极限情况为粒子到达上极板处时速度恰好与上极板平行,粒子的运动为类斜抛运动。将粒子初速度 v0分解为垂直极板的 vy和平行极板的 vx,根据运动的合成与分解,当 vy0 时,根据运动学公式有 v2y2Eqdm,vyv0cos 45,Ek012mv20,联立得 E Ek02qd,故选项 B 正确。【答案】B14.(2019北京石景山区高三测试)如图所示,处于真空中的匀强电场水平向右,有一质量为 m、带电荷量为q
9、 的小球从 P点以大小为 v0的初速度水平向右抛出,经过 t 时间到达 Q点(图中未画出)时的速度大小仍为9v0,重力加速度大小为 g,则小球由 P点运动到 Q点的过程中,下列判断正确的是()A.Q点在 P点正下方B.小球电势能减少C.小球重力势能减少量等于12mg2t2D.Q点应位于 P点所在竖直线的左侧【解析】从 P到 Q点,根据动能定理可知 mghW电12mv2012mv200,因重力做正功,则电场力做负功,电势能增加,则 Q点应该在 P点的右下方,选项 A、B、D 错误;小球在竖直方向下落的高度 h 12gt2,则小球重力势能减少量Epmgh12mg2t2,选项 C 正确。【答案】C1
10、5.(2016全国卷)一圆筒处于磁感应强度大小为 B的匀强磁场中,磁场方向与筒的轴平行,筒的横截面如图所示。图中直径 MN 的两端分别开有小孔,筒绕其中心轴以角速度 顺时针转动。在该截面内,一带电粒子从小孔 M射入筒内,射入时的运动方向与 MN 成 30角。当筒转过 90时,该粒子恰好从小孔 N飞出圆筒。不计重力。若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞,则带电粒子的比荷为()A.3BB.2BC.BD.2B【解析】由题可知,粒子在磁场中做圆周运动的轨迹如图所示,由几何关系可知,粒子在磁场中做圆周运动的圆弧所对的圆心角为 30,因此粒子在磁场中运动的时间为 t 1122mqB,粒子在磁场中运动的时间与筒转过
11、 90所用的时间相等,即m6qB142,求得qm3B,选项 A 正确。10【答案】A16.(2019山东德州质检)如图所示,以直角三角形 AOC为边界的有界匀强磁场区域,磁感应强度为 B,A60,AOL,在 O 点放置一个粒子源,可以向各个方向发射某种带负电粒子(不计重力作用),粒子的比荷为qm,发射速度大小都为 v0,且满足 v0qBLm。粒子发射方向与 OC 边的夹角为,对于粒子进入磁场后的运动,下列说法不正确的是()A.粒子有可能打到 A点B.以 60飞入的粒子在磁场中运动时间最长C.以 abac,vavcvbBaaabac,vbvcvaCabacaa,vbvcvaDabacaa,vav
12、cvb【答案】D【解析】在点电荷的电场中,场强大小2QEkr,由图可知acbr r r,可得acbEEE,而带电粒子运动的加速度qEam,则acbaaa;而由动能定理:kqUE 可知电场力做负功,动能减小,由图abcbUU,则 vavcvb,故选 D.22.如图所示,半径为 R 的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面),磁感应强度大小为 B,方向垂直于纸面向外。一带电荷量为 q(q0)、质量为 m 的粒子沿平行于直径 ab 的方向射入磁场区域,射入点与 ab 的距离为,已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为 60,则粒子的速率为(不计重力)()。A.B.C.D.【解析】如图所示,粒子
13、做圆周运动的圆心O2必在过入射点垂直于入射速度方向的直线EF上,由于粒子射入、射出磁场时运动方向间的夹角为 60,故圆弧 ENM 对应的圆心角为 60,所以 EMO2 为等边三角形。由于O1D=,所以EO1D=60,O1ME为等边三角形,所以可得到粒子做圆周运动的半径EO2=O1E=R,由qvB=,得 v=,B 项正确。14【答案】B23.(20194 月浙江选考)用长为 1.4 m 的轻质柔软绝缘细线,拴一质量为 1.0102kg、电荷量为 2.0108C的小球,细线的上端固定于 O点。现加一水平向右的匀强电场,平衡时细线与铅垂线成 37角,如图 2 所示。现向左拉小球使细线水平且拉直,静止
14、释放,则(sin 370.6,g 取 10 m/s2)()A.该匀强电场的场强为 3.75107N/CB.平衡时细线的拉力为 0.17 NC.经过 0.5 s,小球的速度大小为 6.25 m/sD.小球第一次通过 O点正下方时,速度大小为 7 m/s【解析】小球处于平衡状态时,受力分析如图所示,则可知 qEmgtan 37,则该匀强电场的电场强度 Emgtan 37q3.75106N/C,A 错误;细线的拉力 F mgcos 370.125 N,故 B 错误;在外力作用下,小球拉至细线水平时,由静止释放,如图所示,小球在电场力和重力的作用下,从 A点由静止开始做匀加速直线运动至 B 点,OAB
15、 OBA 53,OA OB l 1.4 m,在此过程中,细线处于松弛状态,无拉力作用,小球运动至 B 点时,细线绷紧,匀加速直线运动结束。根据牛顿第二定律可知小球匀加速直线运动时的加速度 aF合mFm0.1250.01m/s212.5 m/s2,假设经过 0.5 s 后,小球仍在沿 AB方向做匀加速直线运动,则小球的速度 v at6.25 m/s,经过的距离 x 12at21212.50.52m1.562 5 m,A、B间的距离|AB|2l cos 531.68 m,x|AB|,假设成立,故 0.5 s 时,小球的速度大小为 6.25 m/s,故 C 正确;小球运动至 B 点时,细线绷紧,小球
16、沿细线方向的分速度减为零,动能减小,假设细线绷紧过程小球机械能损失E,此后在电场力、重力和细线拉力作用下沿圆弧运动至 O点正下方,根据能量守恒定律,可知(qEmg)l E 12mv2,可得 v 7 m/s,故 D 错误。【答案】C15二.多选题24.如图甲,两水平金属板间距为 d,板间电场强度的变化规律如图乙所示。t 0 时刻,质量为 m的带电微粒以初速度 v0沿中线射入两板间,0T3时间内微粒匀速运动,T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出。微粒运动过程中未与金属板接触。重力加速度的大小为 g。关于微粒在 0T时间内运动的描述,正确的是()A.末速度大小为2v0B.末速度沿水平方向C.重力势能减少了
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- 2020 年高 物理 加强 训练 专题 04 电磁学 中的 曲线运动 解析 44817
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