2016年三维设计物理一轮复习第八章高频考点真题验收全通关

第八章高频考点真题验收全通关[把握本章在高考中考什么、怎么考，练通此卷、平步高考！]高频考点一：磁场安培力1．(2013·上海高考)如图1，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。当MN中电流突然减小时，线圈所受安培力的合力方向()图1A．向左B．向右C．垂直纸面向外D．垂直纸面向里2．(多选)(2012·海南高考)图2中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动。下列说法正确的是()图2A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动3.(2012·大纲卷)如图3所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等。关于以下几点处的磁场，下列说法正确的是()图3A．O点处的磁感应强度为零B．a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C．c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D．a、c两点处磁感应强度的方向不同高频考点二：带电粒子在匀强磁场中的运动4．(2014·北京高考)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.qama＜qbmb5．(多选)(2011·浙江高考)利用如图4所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MN上方是磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端相距为L。一群质量为m、电荷量为q，具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场，对于能够从宽度为d的缝射出的粒子，下列说法正确的是()图4A．粒子带正电B．射出粒子的最大速度为qB3d＋L2mC．保持d和L不变，增大B，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D．保持d和B不变，增大L，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大6.(2013·全国卷Ⅰ)如图5，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R2。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)()图5A.qBR2mB.qBRmC.3qBR2mD.2qBRm高频考点三：带电粒子在组合场中的运动7．(2013·安徽高考)如图6所示的平面直角坐标系xOy，在第Ⅰ象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿y轴正方向；在第Ⅳ象限的正三角形abc区域内有匀强磁场，方向垂直于xOy平面向里，正三角形边长为L，且ab边与y轴平行。一质量为m、电荷量为q的粒子，从y轴上的P(0，h)点，以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场，通过电场后从x轴上的a(2h,0)点进入第Ⅳ象限，又经过磁场从y轴上的某点进入第Ⅲ象限，且速度与y轴负方向成45°角，不计粒子所受的重力。求：图6(1)电场强度E的大小；(2)粒子到达a点时速度的大小和方向；(3)abc区域内磁场的磁感应强度B的最小值。8．(2011·北京高考)利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。如图7所示的矩形区域ACDG(AC边足够长)中存在垂直于纸面的匀强磁场，A处有一狭缝。离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到GA边，被相应的收集器收集，整个装置内部为真空。已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和m2(m1m2)，电荷量均为q。加速电场的电势差为U，离子进入电场时的初速度可以忽略。不计重力，也不考虑离子间的相互作用。图7(1)求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1；(2)当磁感应强度的大小为B时，求两种离子在GA边落点的间距s；(3)在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在GA边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离。设磁感应强度大小可调，GA边长为定值L，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在A处。离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落在GA边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。9.(2012·天津高考)对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义。如图8所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做半径为R的匀速圆周运动，离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为I。不考虑离子重力及离子间的相互作用。图8(1)求加速电场的电压U。(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M。(3)实际上加速电压的大小会在U±ΔU范围内微小变化。若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠，ΔUU应小于多少？(结果用百分数表示，保留两位有效数字)10．(2013·天津高考)一圆筒的横截面如图9所示，其圆心为O。筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。圆筒下面有相距为d的平行金属板M、N，其中M板带正电荷，N板带等量负电荷。质量为m、电荷量为q的带正电粒子自M板边缘的P处由静止释放，经N板的小孔S以速度v沿半径SO方向射入磁场中。粒子与圆筒发生两次碰撞后仍从S孔射出，设粒子与圆筒碰撞过程中没有动能损失，且电荷量保持不变，在不计重力的情况下，求：图9(1)M、N间电场强度E的大小；(2)圆筒的半径R；(3)保持M、N间电场强度E不变，仅将M板向上平移23d，粒子仍从M板边缘的P处由静止释放，粒子自进入圆筒至从S孔射出期间，与圆筒的碰撞次数n。11．(2013·江苏高考)在科学研究中，可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图10甲所示的xOy平面处于匀强电场和匀强磁场中，电场强度E和磁感应强度B随时间t做周期性变化的图像如图乙所示。x轴正方向为E的正方向，垂直纸面向里为B的正方向。在坐标原点O有一粒子P，其质量和电荷量分别为m和＋q。不计重力。在t＝τ2时刻释放P，它恰能沿一定轨道做往复运动。图10(1)求P在磁场中运动时速度的大小v0；(2)求B0应满足的关系；(3)在t0(0t0τ2)时刻释放P，求P速度为零时的坐标。高频考点四：带电粒子在叠加场中的运动12.(2012·浙江高考)如图11所示，两块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上。两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连续不断喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴。调节电源电压至U，墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后，最终垂直打在下板的M点。图11(1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；(2)求磁感应强度B的值；(3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置。为了使墨滴仍能到达下板M点，应将磁感应强度调至B′，则B′的大小为多少？13．(2012·重庆高考)有人设计了一种带电颗粒的速率分选装置，其原理如图12所示。两带电金属板间有匀强电场，方向竖直向上。其中PQNM矩形区域内还有方向垂直纸面向外的匀强磁场。一束比荷(电荷量与质量之比)均为1k的带正电颗粒，以不同的速率沿着磁场区域的水平中心线O′O进入两金属板之间，其中速率为v0的颗粒刚好从Q点处离开磁场，然后做匀速直线运动到达收集板。重力加速度为g，PQ＝3d，NQ＝2d，收集板与NQ的距离为l，不计颗粒间相互作用。求图12(1)电场强度E的大小；(2)磁感应强度B的大小；(3)速率为λv0(λ＞1)的颗粒打在收集板上的位置到O点的距离。答案1.选B因为导线MN靠近ab，由图可知，线圈中等效合磁场为垂直纸面向里，当MN中电流减小时，由楞次定律可知感应电流的磁场阻碍磁通量的减小，故线圈向右运动，所受安培力的合力向右，故只有B项正确。2．选BD若a接正极，b接负极，电磁铁磁极间磁场方向向上，e接正极，f接负极，由左手定则判定金属杆受安培力向左，则L向左滑动，A项错误，同理判定B、D选项正确，C项错误。3．选C先根据安培定则可判断M、N两点处的直线电流在a、b、c、d、O各点产生的磁场方向，如图所示，再利用对称性和平行四边形定则可确定各点(合)磁场的方向。磁场叠加后可知，a、b、c、d、O的磁场方向均相同，a、b点的磁感应强度大小相等，c、d两点的磁感应强度大小相等。所以只有C正确。4．选A设带电粒子以速度v在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由洛伦兹力公式和牛顿运动定律得，qvB＝mv2R，解得mv＝qBR。两个粒子的动量mv相等，则有qaBRa＝qbBRb。根据题述，a运动的半径大于b运动的半径，即RaRb，所以qaqb，选项A正确。根据题述条件，不能判断出两粒子的质量关系，选项B错误。带电粒子在匀强磁场中运动的周期T＝2πRv＝2πmqB，不能判断出两粒子的周期、比荷之间的关系，选项C、D错误。5．选BC由左手定则和粒子的偏转情况可以判断粒子带负电，选项A错；根据洛伦兹力提供向心力qvB＝mv2r可得v＝qBrm，r越大v越大，由图可知r最大值为rmax＝3d＋L2，选项B正确；又r最小值为rmin＝L2，将r的最大值和最小值代入v的表达式后得出速度之差为Δv＝3qBd2m，可见选项C正确、D错误。6.选B作出粒子在圆柱形匀强磁场区域的运动轨迹如图，连接MN，根据粒子射出磁场时的速度方向与初速度方向间的夹角为60°，及MP＝R2，得出各角大小如图所示，粒子的出射点必与磁场圆的圆心等高，四边形OMO′N为菱形，粒子做圆周运动的半径r＝R，根据qvB＝mv2R，得v＝qBRm。7.解析：(1)设粒子在电场中运动的时间为t，则有x＝v0t＝2hy＝12at2＝hqE＝ma联立以上各式可得E＝mv202qh(2)粒子到达a点时沿y轴负方向的分速度为vy＝at＝v0所以v＝v20＋v2y＝2v0，方向指向第Ⅳ象限与x轴正方向成45°角(3)粒子在磁场中运动时，有qvB＝mv2r当粒子从b点射出时，磁场的磁感应强度为最小值，此时有r＝22L，所以B＝2mv0qL答案：(1)mv202qh(2)2v0方向指向第Ⅳ象限与x轴正方向成45°角(3)2mv0qL8．解析：(1)加速电场对离子m1做的功W＝qU由动能定理12m1v21＝qU得v1＝2qUm1①(2)由牛顿第二定律和洛伦兹力公式qvB＝mv2R，R＝mvqB，利用①式得离子在磁场中的轨道半径分别为R1＝2m1UqB2，R2＝2m2UqB2②两种离子在GA上落点的间距s＝2R1－2R2＝8UqB2(m1－m2)③(3)质量为m1的离子，在GA边上的落点都在其入射点左侧2R1处，由于狭缝的宽度为d，因此落点区域的宽度也是d。同理，质量为m2的离子在GA边上落点区域的宽度也是d。为保证两种离子能完全分离，两个区域应无交叠，条件为2(R1－R2)＞d④利用②式，代入④式得2R1(1－m2m1)＞dR1的最大值满足2R1m＝L－d得(L－d)(1－m2m1)＞d求得最大值dm＝m1－m22m1－m2·L。答案：(1)2qUm1(2)8UqB2(m1－m2)(3)m1－m22m