高考物理二轮复习第2部分考前回扣篇倒计时第6天电场和磁场检测

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1、(江苏专版)2017高考物理二轮复习第2部分考前回扣篇倒计时第6天电场和磁场检测倒计时第6天电场和磁场A主干回顾B精要检索1库仑定律Fk2电场强度的表达式(1)定义式:E(2)计算式:E(3)匀强电场中:E3电势差和电势的关系UABAB或UBABA4电场力做功的计算(1)普适:WqU(2)匀强电场:WEdq5电容的定义式C6平行板电容器的决定式C7磁感应强度的定义式B8安培力大小FBIL(B、I、L相互垂直)9洛伦兹力的大小FqvB10带电粒子在匀强磁场中的运动(1)洛伦兹力充当向心力,qvBmr2mmr42mrf2ma.(2)圆周运动的半径r、周期T.11速度选择器如图1所示,当带电粒子进入

2、电场和磁场共存的空间时,同时受到电场力和洛伦兹力作用,F电Eq,F洛Bqv0,若EqBqv0,有v0,即能从S2孔飞出的粒子只有一种速度,而与粒子的质量、电性、电量无关图112电磁流量计如图2所示,一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体向左流动,导电流体中的自由电荷(正负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转,a、b间出现电势差当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定图2由qvBqEq可得v流量QSv.13磁流体发电机如图3是磁流体发电机,等离子气体喷入磁场,正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上,产生电势差,设A、B平行金属板的面积为S,

3、相距为L,等离子气体的电阻率为,喷入气体速度为v,板间磁场的磁感应强度为B,板外电阻为R,当等离子气体匀速通过A、B板间时,板间电势差最大,离子受力平衡:qE场qvB,E场vB,电动势EE场LBLv,电源内电阻r,故R中的电流I.图314霍尔效应如图4所示,厚度为h,宽度为d的导体板放在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流流过导体板时,在导体板上下侧面间会产生电势差,Uk(k为霍尔系数)图415回旋加速器如图5所示,是两个D形金属盒之间留有一个很小的缝隙,有很强的磁场垂直穿过D形金属盒D形金属盒缝隙中存在交变的电场带电粒子在缝隙的电场中被加速,然后进入磁场做半圆周运动图5(1)粒子在磁场中

4、运动一周,被加速两次;交变电场的频率与粒子在磁场中圆周运动的频率相同T电场T回旋T.(2)粒子在电场中每加速一次,都有qUEk.(3)粒子在边界射出时,都有相同的圆周半径R,有R.(4)粒子飞出加速器时的动能为Ek.在粒子质量、电量确定的情况下,粒子所能达到的最大动能只与加速器的半径R和磁感应强度B有关,与加速电压无关16带电粒子在电场中偏转的处理方法17带电粒子在有界磁场中运动的处理方法(1)画圆弧、定半径:从磁场的边界点、或轨迹与磁场边界的“相切点”等临界点入手;充分应用圆周运动相互垂直的“速度线”与“半径线”图6过粒子运动轨迹上任意两点M、N(一般是边界点,即“入射点”与“出射点”),作

5、与速度方向垂直的半径,两条半径的交点是圆心O,如图6甲所示过粒子运动轨迹上某一点M(一般是“入射点”或“出射点”),作与速度方向垂直的直线,再作M、N两点连线(弦)的中垂线,其交点是圆弧轨道的圆心O,如图乙所示(2)确定几何关系: 在确定圆弧、半径的几何图形中,作合适辅助线,依据圆、三角形的特点,应用勾股定理、三角函数、三角形相似等,写出运动轨迹半径r、圆心角(偏向角)、与磁场的宽度、角度、相关弦长等的几何表达式(3)确定物理关系: 相关物理关系式主要为半径r,粒子在磁场的运动时间tTT(圆弧的圆心角越大,所用时间越长,与半径大小无关),周期T.C考前热身1两个等量同种点电荷固定于光滑水平面上

6、,其连线中垂线上有A、B、C三点,如图7甲所示一个电荷量为2 C,质量为1 kg的小物块从C点由静止释放,其运动的vt图象如图7乙所示,其中B点处为整条图线切线斜率最大的位置(图中标出了该切线)则下列说法正确的是()图7AB点为中垂线上电场强度最大的点,电场强度E2 V/mB物块由C到A的过程中,电势能先减小后变大C由C点到A点的过程中,各点电势逐渐升高DA、B两点的电势差UAB5 VD读取vt图象信息B点的斜率为此时的加速度为2 m/s2,为最大值,则电场力为最大值Fma2 N,则电场强度最大值为E1 N/C,故A错误C到A的过程中,物块速度增大,则电场力做正功,电势能减小,故B错误理解等量

7、同种点电荷电场的几何形状,电荷连线中垂线上的电场强度方向由O点沿中垂线指向外侧, 则由C点到A点的过程中电势逐渐减小,故C错误A、B两点的速度分别为6 m/s、4 m/s, 由动能定理得电场力做功为WBAmvmv10 J,则电势差为UAB5 V,故D正确2(多选)如图8所示,平行金属板AB之间接恒定电压,一重力不计的带正电粒子自A板附近由静止释放,粒子匀加速向B板运动则下列说法正确的是()图8A若开关S保持闭合,减小AB间的距离,则粒子到达B板的速度将增大B若开关S保持闭合,减小AB间的距离,运动时间将减小C若断开S,减小AB间的距离,则粒子到达B板的速度将增大D若断开S,减小AB间的距离,运

8、动时间将减小BD开关S保持闭合时,AB两板间电压U保持不变由v得速度v不变由dvt知若d减小,则t减小,故A错误,B正确断开S时AB两板带电荷量不变,所以当减小AB间的距离d时,板间电场强度E不变,则粒子的加速度不变由v得v减小由dat2知若d减小,a不变,则t减小,故C错误,D正确3(多选)一个负离子,质量为m,带电荷量大小为q,以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中,如图9所示磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直,并垂直于图中纸面向里 ()【导学号:25702081】图9A离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离为B离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离为C离

9、子进入磁场后经过时间t到达位置P,则有tD离子进入磁场后经过时间t到达位置P,则有tBD由题图知,OQ是半径,由qvB得r,所以到达屏S的位置与O点的距离为2r,故A错误,B正确;由几何关系得圆心角为2,所以tT,可得,故C错误,D正确4(多选)如图10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已知粒子的比荷为,发射速度大小都为v0.设粒子发射方向与OC边的夹角为,不计粒子间相互作用及重力对于粒子进入磁场后的运动,下列说法正确的是()图10A当45时,粒子将从AC边射出B所有从OA边射出的粒子在磁场中

10、运动时间相等C随着角的增大,粒子在磁场中运动的时间先变大后变小D在AC边界上只有一半区域有粒子射出AD粒子在磁场中运动的半径为RL,若当45时, 由几何关系可知,粒子将从AC边射出,选项A正确;所有从OA边射出的粒子在磁场中运动时所对应的弧长不相等,故时间不相等,选项B错误;当0时,飞入的粒子在磁场中恰好从AC中点飞出,在磁场中运动时间也恰好是;当60,飞入的粒子在磁场中运动时间也恰好是,是在磁场中运动时间最长,故从0到60在磁场中运动时间先减小后增大,当从60到90过程中,粒子从OA边射出,此时在磁场中运动的时间逐渐减小,故C错误;当0飞入的粒子在磁场中,粒子恰好从AC中点飞出, 因此在AC

11、边界上只有一半区域有粒子射出,故D正确5“太空粒子探测器”是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:如图11甲所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面,圆心为O,外圆弧面AB的电势为2(0),内圆弧面CD的电势为,足够长的收集板MN平行边界ACDB,ACDB与MN板的距离为L.假设太空中飘浮着质量为m,电量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到AB圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速,不计粒子间的相互作用和其他星球对粒子的影响,不考虑过边界ACDB的粒子再次返回图11(1)求粒子到达O点时速度的大小;(2)如图乙所示,在PQ(与ACDB重合且足够长)和收集板MN之间区域加一个

12、匀强磁场,方向垂直纸面向里,则发现均匀吸附到AB圆弧面的粒子经O点进入磁场后最多有能打到MN板上,求所加磁感应强度的大小;(3)如图丙所示,在PQ(与ACDB重合且足够长)和收集板MN之间区域加一个垂直MN的匀强电场,电场强度的方向如图所示,大小E,若从AB圆弧面收集到的某粒子经O点进入电场后到达收集板MN离O点最远,求该粒子到达O点的速度的方向和它在PQ与MN间运动的时间【解析】(1)带电粒子在电场中加速时,电场力做功,由功能关系得:qUmv2而U2所以v.(2)从AB圆弧面收集到的粒子有能打到MN板上,则上端刚好能打到MN上的粒子与MN相切,则入射的方向与OA之间的夹角是60,在磁场中运动

13、的轨迹如图(a),轨迹圆心角60.根据几何关系,粒子做圆周运动的半径:R2L由洛伦兹力提供向心力得:qBvm联合解得:B.(3)如图(b)粒子在电场中运动的轨迹与MN相切时,切点到O点的距离最远,这是一个类平抛运动的逆过程建立如图坐标则Lt2可得t2L所以vxt若速度与x轴方向的夹角为角则cos 所以60.【答案】(1)(2)(3)方向斜向上与水平方向夹角为602L6.如图12所示,在直角坐标系xOy平面内,虚线MN平行于y轴,N点坐标(l,0),MN与y轴之间有沿y轴正方向的匀强电场,在第四象限的某区域有方向垂直于坐标平面的圆形有界匀强磁场(图中未画出)现有一质量为m、电荷量大小为e的电子,

14、从虚线MN上的P点, 以平行于x轴正方向的初速度v0射入电场,并从y轴上A点(0,0.5l)射出电场,射出时速度方向与y轴负方向成30角,以后,电子做匀速直线运动,进入磁场并从圆形有界磁场边界上Q点射出,速度沿x轴负方向不计电子重力求:【导学号:25702082】图12(1)匀强电场的电场强度E的大小?(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小?电子在磁场中运动的时间t是多少?(3)圆形有界匀强磁场区域的最小面积S是多大?【解析】(1)设电子在电场中运动的加速度为a,时间为t,离开电场时,沿y轴方向的速度大小为vy, 则avyatlv0tvyv0cot 30解得:E.(2)设轨迹与x轴的交点为D,OD距离为xD,则xD0.5ltan 30所以DQ平行于y轴,电子在磁场中做匀速圆周运动的轨道的圆心在DQ上,电子运动轨迹如图所示设电子离开电场时速度为v,在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r,则v0vsin 30rrltTT解得:B,t.(3)以切点F、Q为直径的圆形有界匀强磁场区域的半径最小,设为r1,则r1rcos 30Sr.【答案】(1)E(

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