2010届高三物理每周精析精练
磁场
1.长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是:
A.使粒子的速度v
5BqL/4m;
C.使粒子的速度v>BqL/m;
D.使粒子速度BqL/4m0)和初速度v的带电微粒。发射时,这束带电微粒分布在0
答案
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及解析
1.【答案】AB
【解析】由左手定则判得粒子在磁场中间向上偏,而作匀速圆周运动,很明显,圆周运动的半径大于某值r1时粒子可以从极板右边穿出,而半径小于某值r2时粒子可从极板的左边穿出,现在问
题
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归结为求粒子能在右边穿出时r的最小值r1以及粒子在左边穿出时r的最大值r2,由几何知识得:
粒子擦着板从右边穿出时,圆心在O点,有:
r12=L2+(r1-L/2)2得r1=5L/4,
又由于r1=mv1/Bq得v1=5BqL/4m,∴v>5BqL/4m时粒子能从右边穿出。
粒子擦着上板从左边穿出时,圆心在O'点,有r2=L/4,又由r2=mv2/Bq=L/4得v2=BqL/4m
∴v2
规范
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画出条形磁铁的磁感线空间分布的剖面图,如图10-5所示。利用Φ=B·S定性判断出穿过闭合线圈的磁通量先增大后减小,选D。
6.【答案】B
【解析】根据洛伦兹力的特点, 洛伦兹力对带电粒子不做功,A错.B对.根据,可知大小与速度有关. 洛伦兹力的效果就是改变www.ks5u.com物体的运动方向,不改变速度的大小。
7.【答案】B
【解析】螺线管两端加上交流电压后,螺线管内部磁场大小和方向发生周期性变化,但始终与螺线管平行,沿着螺线管轴线方向射入的电子其运动方向与磁感线平行。沿轴线飞入的电子始终不受洛仑兹力而做匀速直线运动。
8.【答案】ABC
【解析】由加速电场可见粒子所受电场力向下,即粒子带正电,在速度选择器中,电场力水平向右,洛伦兹力水平向左,如图所示,因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外B正确;经过速度选择器时满足,可知能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/B,带电粒子进入磁场做匀速圆周运动则有,可见当v相同时,,所以可以用来区分同位素,且R越大,比荷就越大,D错误。
9.【答案】C
【解析】由可知,粒子的动能越小,圆周运动的半径越小,结合粒子运动轨迹可知,粒子选经过a点,再经过b点,选项A正确。根据左手定则可以判断粒子带负电,选项C正确。
10.【解析】
⑴由于粒子在P点垂直射入磁场,故圆弧轨道的圆心在AP上,AP是直径。
设入射粒子的速度为v1,由洛伦兹力的表达式和牛顿第二定律得:
①
由上式解得 ②
(2)如图所示设O/是粒子在磁场中圆弧轨道的圆心,连接O/Q,设O/Q=R/。
由几何关系得: ③
④
由余弦定理得: ⑤
解得 ⑥
设入射粒子的速度为v,由
解出 ⑦
11.【解析】
(1)若粒子速度为v0,则qv0B =,
所以有R =,
设圆心在O1处对应圆弧与ab边相切,相应速度为v01,则R1+R1sinθ =,
将R1 =代入上式可得,v01 =
类似地,设圆心在O2处对应圆弧与cd边相切,相应速度为v02,则R2-R2sinθ =,
将R2 =代入上式可得,v02 =
所以粒子能从ab边上射出磁场的v0应满足<v0≤
(2)由t =及T =可知,粒子在磁场中经过的弧所对的圆心角α越长,在磁场中运动的时间也越长。由图可知,在磁场中运动的半径r≤R1时,运动时间最长,弧所对圆心角为(2π-2θ),
所以最长时间为t ==
12.【解析】
本题考查带电粒子在有界磁场中的运动。
粒子在磁场中做匀速圆周运动,如图所示.由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直,圆心O应在分界线上,OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得
………①
设粒子的质量和所带正电荷分别为m和q,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得
……………②
设为虚线与分界线的交点,,则粒子在磁场中的运动时间为……③
式中有………④粒子进入电场后做类平抛运动,其初速度为v,方向垂直于电场.设粒子的加速度大小为a,由牛顿第二定律得…………⑤
由运动学公式有……⑥ ………⑦
由①②⑤⑥⑦式得…………⑧
由①③④⑦式得
13.【解析】
本题考查平抛运动和带电小球在复合场中的运动。
(1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动,说明电场力和重力平衡(恒力不能充当圆周运动的向心力),有
①
②
重力的方向竖直向下,电场力方向只能向上,由于小球带正电,所以电场强度方向竖直向上。
(2)小球做匀速圆周运动,O′为圆心,MN为弦长,,如图所示。设半径为r,由几何关系知
③
小球做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力白日提供,设小球做圆周运动的速率为v,有
④
由速度的合成与分解知
⑤
由③④⑤式得
⑥
(3)设小球到M点时的竖直分速度为vy,它与水平分速度的关系为
⑦
由匀变速直线运动规律
⑧
由⑥⑦⑧式得
⑨
14.【解析】
本题考查带电粒子在复合场中的运动。
带电粒子平行于x轴从C点进入磁场,说明带电微粒所受重力和电场力平衡。设电场强度大小为E,由
可得
方向沿y轴正方向。
带电微粒进入磁场后,将做圆周运动。 且
r=R
如图(a)所示,设磁感应强度大小为B。由
得
方向垂直于纸面向外
(2)这束带电微粒都通过坐标原点。
方法一:从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动,其圆心位于其正下方的Q点,如图b所示,这束带电微粒进入磁场后的圆心轨迹是如图b的虚线半圆,此圆的圆心是坐标原点为。
方法二:从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动。如图b示,高P点与O′点的连线与y轴的夹角为θ,其圆心Q的坐标为(-Rsinθ,Rcosθ),圆周运动轨迹方程为
得
x=0 x=-Rsinθ
y=0 或 y=R(1+cosθ)
(3)这束带电微粒与x轴相交的区域是x>0
带电微粒在磁场中经过一段半径为r′的圆弧运动后,将在y同的右方(x>0)的区域离开磁场并做匀速直线运动,如图c所示。靠近M点发射出来的带电微粒在突出磁场后会射向x同正方向的无穷远处国靠近N点发射出来的带电微粒会在靠近原点之处穿出磁场。所以,这束带电微粒与x同相交的区域范围是x>0.
15.【解析】
电子所受重力不计。它在磁场中做匀速圆周运动,圆心为O″,半径为R。圆弧段轨迹AB所对的圆心角为θ,电子越出磁场后做速率仍为v的匀速直线运动, 如图4所示,连结OB,∵△OAO″≌△OBO″,又OA⊥O″A,故OB⊥O″B,由于原有BP⊥O″B,可见O、B、P在同一直线上,且∠O'OP=∠AO″B=θ,在直角三角形OO'P中,O'P=(L+r)tanθ,而,,
所以求得R后就可以求出O'P了,电子经过磁场的时间可用t=来求得。
由得R=
,
,
O//
P
B
θ/2
θ
θ/2
R
O
A
L
O,
N
M
P
� EMBED Equation.3 ���
R/
O/
φ
Q
D
P
O
A
R
v0
O
θ
d
c
b
a
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
φ
Q
D
P
O
A
R
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