考生经常做题是进行高考物理复习的重点方法,以下是物理2015-2016高考复习考点强化提升训练,请考生练习。
一、选择题(1~3题为单选题,4~5题为多选题)
1.(2015沈阳模拟)质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图,现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场。加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中。氢的三种同位素最后打在照相底片D上,形成a、b、c三条质谱线。则下列判断正确的是()
A.进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
B.进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
C.在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚
D.a、b、c三条质谱线依次排列的顺序是氕、氘、氚
答案:A
解析:氢元素的三种同位素离子均带正电,电荷量大小均为e,经过加速电场,由动能定理有:eU=Ek=mv2,故进入磁场中的动能相同,B项错;且质量越大的离子速度越小,故A项正确;三种离子进入磁场后,洛伦兹力充当向心力,evB=m,解得:R==,可见,质量越大的圆周运动半径越大,D项错;在磁场中运动时间均为半个周期,t==,可见离子质量越大运动时间越长C项错。
2.如图所示,某种带电粒子由静止开始经电压为U1的电场加速后,射入两水平放置、电势差为U2的两导体板间的匀强电场中,带电粒子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中,则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U1和U2的变化情况为(不计重力,不考虑边缘效应)()
A.d随U1变化,d与U2无关
B.d与U1无关,d随U2变化
C.d随U1变化,d随U2变化
D.d与U1无关,d与U2无关
答案:A
解析:设带电粒子刚进入磁场时的速度为v,与水平方向夹角为。粒子在磁场中运动过程,qvB=m,R=,M、N两点间距离d=2Rcos==。对粒子在加速电场中运动过程:qU=mv,联立可看出d随U1变化,与U2无关。
3.如图所示,在xOy直角坐标系中,第象限内分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场,第象限内分布着沿y轴负方向的匀强电场。初速度为零、带电荷量为q、质量为m的粒子经过电压为U的电场加速后,从x轴上的A点垂直x轴进入磁场区域,重力不计,经磁场偏转后过y轴上的P点且垂直于y轴进入电场区域,在电场中偏转并击中x轴上的C点。已知OA=OC=d。则磁感应强度B和电场强度E可表示为()
A.B=,E= B.B=,E=
C.B=,E= D.B=,E=
答案:B
解析:设带电粒子经电压为U的电场加速后速度为v,则qU=mv2;带电粒子进入磁场后,洛伦兹力提供向心力,qBv=,依题意可知r=d,联立可解得B=,带电粒子在电场中偏转,做类平抛运动,设经时间t从P点到达C点,由d=vt,d= t2,联立可解得E=。故B对。
4.电视机的显像管中,电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。如图所示,电子束经过加速电场后,进入一圆形匀强磁场区,磁场方向垂直于圆面。不加磁场时,电子束将通过磁场中心O点而打到屏幕上的中心M点,加磁场后电子束偏转到P点外侧。现要使电子束偏转回到P点,可行的办法是()
A.增大加速电压
B.增加偏转磁场的磁感应强度
C.将圆形磁场区域向屏幕靠近些
D.将圆形磁场的半径增大些
答案:AC
解析:若电子束的初速度不为零,则qU=-,v=,轨道半径R=,增大偏转磁场的磁感应强度,轨道半径减小,电子束偏转到P点外侧;增大加速电压,轨道半径增大,电子束偏转回到P点;将圆形磁场区域向屏幕靠近些,电子束偏转回到P点。选项AC正确。5.如图所示,在x轴的上方有沿y轴负方向的匀强电场,电场强度为E,在x轴的下方等腰三角形CDM区域内有垂直于xOy平面由内向外的匀强磁场,磁感应强度为B,其中C、D在x轴上,它们到原点O的距离均为a,=45。现将一质量为m、带电量为q的带正电粒子,从y轴上的P点由静止释放,设P点到O点的距离为h,不计重力作用与空气阻力的影响。下列说法正确的是()
A.若h=,则粒子垂直CM射出磁场
B.若h=,则粒子平行于x轴射出磁场
C.若h=,则粒子垂直CM射出磁场
D.若h=,则粒子平行于x轴射出磁场
答案:AD
解析:若h=,由动能定理粒子进入磁场时的速度为:qEh=mv2-0,v==。磁场中做圆周运动的半径R===a,则粒子垂直CM从射出磁场,A对,B、C均错;若h=,粒子进入磁场时的速度为:qEh=mv2-0,v==,磁场中半径R==a,则粒子平行于x轴射出磁场,D对。
二、非选择题
6.(2015河北衡水中学二模) 如图所示的xOy坐标系中,在第象限内存在沿y轴负方向的匀强电场,第象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子,从y轴上的P点垂直进入匀强电场,经过x轴上的Q点以速度v进入磁场,方向与x轴正方向成30角。若粒子在磁场中运动后恰好能再回到电场,已知OQ=3L,粒子的重力不计,电场强度E和磁感应强度B大小均未知。求
(1)O、P间的距离;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)若在O点右侧22L处放置一平行于y轴的挡板,粒子能击中挡板并被吸收,求粒子从P点进入电场到击中挡板的时间。
答案:(1) (2) (3)
解析:(1)粒子在Q点进入磁场时有
vx=vcos30
vy=vsin30
粒子从P点运动到Q点的时间
t=
解得O、P间的距离y=t=
(2)粒子恰好能回到电场,即粒子在磁场中轨迹的左侧恰好与y轴相切,设半径为R,则有
R+Rsin30=3L
qvB=
可得B=
(3)粒子在电场和磁场中做周期性运动,轨迹如图
一个周期运动中,在x轴方向上运动的距离为
L=3L+3L-2Rsin30=4L
P点到挡板的距离为22L,所以粒子能完成5个周期的运动,然后在电场中沿x轴方向运动2L时击中挡板。
5个周期的运动中,在电场中的时间为
t1=5=
磁场中运动的时间
t2=5=
剩余2L中的运动时间t3==
总时间t总=t1+t2+t3=
7.(2015福建福州质检)如图所示,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。在x轴下方存在匀强电场,方向竖直向上。一个质量为m,电荷量为q,重力不计的带正电粒子从y轴上的a(0,h)点沿y轴正方向以某初速度开始运动,一段时间后,粒子速度方向与x轴正方向成45角进入电场,经过y轴的b点时速度方向恰好与y轴垂直。求:
(1)粒子在磁场中运动的轨道半径r和速度大小v1;
(2)匀强电场的电场强度大小E;
(3)粒子从开始到第三次经过x轴的时间t0。
答案:(1)h(2) (3)(+2+2)
解析:(1)根据题意可大体画出粒子在组合场中的运动轨迹如图所示,由几何关系有
rcos45=h
可得r=h
又qv1B=
可得v1==
(2)设粒子第一次经过x轴的位置为x1,到达b点时速度大小为vb,结合类平抛运动规律,有
vb=v1cos45
得vb=
设粒子进入电场经过时间t运动到b点,b点的纵坐标为-yb
结合类平抛运动规律得r+rsin45=vbt
yb=(v1sin45+0)t=h
由动能定理有:-qEyb=mv-mv
解得E=
(3)粒子在磁场中的周期为T==
第一次经过x轴的时间t1=T=
在电场中运动的时间t2=2t=
在第二次经过x轴到第三次经过x轴的时间
t3=T=
所以总时间t0=t1+t2+t3=(+2+2)
8.(2015山东理综)如图所示,直径分别为D和2D的同心圆处于同一竖直面内,O为圆心,GH为大圆的水平直径。两圆之间的环形区域(区)和小圆内部(区)均存在垂直圆面向里的匀强磁场。间距为d的两平行金属极板间有一匀强电场,上极板开有一小孔。一质量为m、电量为+q的粒子由小孔下方处静止释放,加速后粒子以竖直向上的速度v射出电场,由H点紧靠大圆内侧射入磁场。不计粒子的重力。
(1)求极板间电场强度的大小;
(2)若粒子运动轨迹与小圆相切,求区磁感应强度的大小;
(3)若区、区磁感应强度的大小分别为、,粒子运动一段时间后再次经过H点,求这段时间粒子运动的路程。
答案:(1) (2)或 (3)5.5D
解析:(1)设极板间电场强度的大小为E,对粒子在电场中的加速运动,由动能定理得
qE=mv2
由式得E=
(2)设区磁感应强度的大小为B,粒子做圆周运动的半径为R,由牛顿第二定律得
qvB=m
如图甲所示,粒子运动轨迹与小圆相切有两种情况。若粒子轨迹与小圆外切,由几何关系得
R=
联立式得B=
若粒子轨迹与小圆内切,由几何关系得
R=
联立式得B=
(3)设粒子在区和区做圆周运动的半径分别为R1、R2,由题意可知,区和区磁感应强度的大小分别为B1=、B2=,由牛顿第二定律得
qvB1=m,qvB2=m
代入数据得R1=,R2=
设粒子在区和区做圆周运动的周期分别为T1、T2,由运动学公式得
T1=,T2=
据题意分析,粒子两次与大圆相切的时间间隔内,运动轨迹如图乙所示,根据对称可知,区两段圆弧所对圆心角相同,设为1,区内圆弧所对圆心角设为2,圆弧和大圆的两个切点与圆心连线间的夹角设为,由几何关系得
1=120
2=180
=60
粒子重复上述交替运动回到H点,轨迹如图丙所示,设粒子在区和区做圆周运动的时间分别为t1,t2,可得
t1=T1,t2=T2
设粒子运动的路程为s,由运动学公式得
s=v(t1+t2)
联立式得
s=5.5D
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