2022年高三物理第一轮复习 限时规范专题练 6 电磁场综合应用

2022年高三物理第一轮复习 限时规范专题练 6 电磁场综合应用一、选择题(本题共7小题，每小题8分，共56分)1. (多选)如图所示，一块长度为a、宽度为b、厚度为d的金属导体，当加有与侧面垂直的匀强磁场B，且通以图示方向的电流I时，用电压表测得导体上、下表面M、N间电压为U，已知自由电子的电量为e。下列说法中正确的是()A. 导体的M面比N面电势高B. 导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大C. 导体中自由电子定向移动的速度为vD. 导体单位体积内的自由电子数为解析：由于自由电子带负电，根据左手定则可知，M板电势比N板电势低，选项A错误；当上、下表面电压稳定时，有qqvB，得UBdv，与单位体积内自由电子数无关，选项B错误，C正确；再根据IneSv，可知选项D正确。答案：CD2. 如图所示，一个质量为m，电荷量为q的带正电的粒子，从静止开始经电压U加速后，沿水平方向进入垂直于纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，带电粒子经过半圆到A点，设OAy，不计粒子的重力，则能正确反映y与U之间关系的图象是()解析：带电粒子经过加速电场加速的过程，由动能定理得，qUmv2，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，qBvm，解得，r，又y2r，则y，B项正确。答案：B3. (多选)如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一带电粒子由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上运动。下列说法正确的是()A. 粒子一定带负电B. 粒子动能一定减少C. 粒子的电势能一定增加D. 粒子的机械能一定增加解析：对该种粒子进行受力分析得：受到竖直向下的重力、水平方向的电场力、垂直于速度方向的洛伦兹力，其中重力和电场力是恒力。粒子沿直线运动，则可以判断出其受到的洛伦兹力也是恒定的，即该粒子是做匀速直线运动，B错误；如果该粒子带正电，则受到向右的电场力和向左下方的洛伦兹力，所以不会沿直线运动，故该种粒子一定带负电，A正确；该种粒子带负电，向左上方运动，电场力做正功，电势能一定是减少的，C错误；因为重力势能增加，动能不变，所以该粒子的机械能增加，D正确。答案：AD4. 如图所示，空间有一垂直纸面的磁感应强度为0.5 T的匀强磁场，一质量为0.2 kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速放置一质量为0.1 kg、电荷量q0.2 C的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。t0时对木板施加方向水平向左、大小为0.6 N的恒力，g取10 m/s2。则()A. 木板和滑块一直做加速度为2 m/s2的匀加速运动B. 滑块开始做加速度减小的变加速运动，最后做速度为10 m/s的匀速运动C. 木板先做加速度为2 m/s2的匀加速运动，再做加速度增大的运动，最后做加速度为3 m/s2的匀加速运动D. t5 s后滑块和木板有相对运动解析：t0时对木板施加方向水平向左、大小为0.6 N的恒力，带电滑块速度增大，所受向上的洛伦兹力增大，先做加速度为2 m/s2的匀加速运动后做加速度减小的加速运动，木板先做加速度为2 m/s2的匀加速运动，再做加速度增大的加速运动，最后带电滑块离开木板做加速度为3 m/s2的匀加速运动，选项C正确，A、B错误；t5 s时带电滑块的速度vat10 m/s，所受洛伦兹力fqvB1 N，带电滑块已经离开木板，选项D错误。答案：C5. 如图所示，电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。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，加磁场后电子束偏转到P点外侧。现要使电子束偏转到P点，可行的办法是()A. 减小加速电压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解析：现要使电子束偏转到P点，可行的办法可分为两大类：一类是不改变电子在磁场中的偏转角，而将圆形磁场区域向屏幕靠近些；另一类是不改变屏幕的位置，而是减小电子在磁场中的偏转角度，具体做法包含三个方面：(1)增大加速电压，以提高射入磁场时电子的速度；(2)减小偏转磁场的磁感应强度；(3)将圆形磁场的半径减小些。综上可知，C项正确。答案：C6. (多选)如图所示是质谱仪的工作原理示意图。加速电场的电压为U，速度选择器中的电场强度为E，磁感应强度为B1，偏转磁场的磁感应强度为B2，一电荷量为q的带正电的粒子在加速电场中加速后进入速度选择器，刚好能从速度选择器进入偏转磁场做圆周运动，测得直径为d，照相板上有记录粒子位置的胶片。下列表述正确的是()A. 质谱仪是分析同位素的重要工具B. 粒子在速度选择器中做匀加速直线运动C. 所有粒子进入偏转磁场时的速度相同D. 粒子质量为解析：质谱仪是分析同位素的重要工具，选项A正确；经过速度选择器时可知能通过狭缝的带电粒子做匀速直线运动且速率等于E/B1，故选项B错误，C正确；粒子通过速度选择器有qEqvB1，进入偏转磁场后，洛伦兹力提供向心力有qvB2m，而r，解得m，选项D正确。答案：ACD7. (多选)磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景，其发电原理示意图如图所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场区域有两块面积为S、相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路。设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g，则()A. 两板间的电势差为UBdvB. 下板是电源的负极，上板是电源的正极C. 流经R的电流为ID. 流经R的电流为I解析：等离子体喷射入磁场后，在洛伦兹力F1qBv的作用下，正离子向上偏，负离子向下偏，则上板是电源的正极，下板是电源的负极，B对；两板间形成向下的电场，正负离子将受到电场力F2q阻碍其偏转，在外电路断路的情况下，当qBvq时，两板间电势差达到稳定，UBdv为电源电动势，A错；电源内阻为r，由闭合电路欧姆定律得I，C错，D对。答案：BD二、非选择题(本题共3小题，共44分)8. (16分) 如图所示的坐标系xOy中，x0的区域内有沿x轴正方向的匀强电场，x0的区域内有垂直于xOy坐标平面向外的匀强磁场，x轴上A点的坐标为(L,0)，y轴上B点的坐标为(0，L)。有一个带正电的粒子从A点以初速度vA沿y轴正方向射入匀强电场区域，经过B点进入匀强磁场区域，然后经x轴上的C点(图中未画出)运动到坐标原点O。不计重力。求：(1)粒子在B点的速度vB是多大？(2)C点与O点的距离xC是多大？(3)匀强电场的电场强度与匀强磁场的磁感应强度的比值是多大？解析：(1)设粒子从A点运动到B点所用时间为t，在B点时，沿x轴正方向的速度大小为vx，则LvAt，vxtL，而vB，解得vB2vA。(2)设粒子在B点的速度vB与y轴正方向的夹角为，则tan，解得60粒子在x0的区域内做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示。由几何关系有O1BOO1OB30，有OO1C为等边三角形，BC为直径，所以xCL。(或设轨道半径为R，由RL，得xC2Rcos60L)(3)设匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子质量为m，带电荷量为q，则qELmvmv，而qvBBm，解得。答案：(1)2vA(2)L(3)9. (14分)如图甲所示，在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场，电场的方向水平向右(图甲中由B到C)，场强大小随时间变化情况如图乙所示；磁场磁感应强度方向垂直于纸面、大小随时间变化情况如图丙所示。在t1 s时，从A点沿AB方向(垂直于BC)以初速度v0射出第一个粒子，在此之后，每隔2 s有一个相同的粒子沿AB方向以初速度v0射出，并恰好均能击中C点，若ABBCl，且粒子由A点运动到C点的时间小于1 s。不计空气阻力及粒子重力，试求：(1)电场强度E0和磁感应强度B0的大小之比；(2)第一个粒子和第二个粒子通过C点的动能之比。解析：(1)依题意，粒子由A点运动到C点的时间小于1 s，所以在12 s内第一个粒子做匀速圆周运动，且运动1/4周期，则qv0B0m而在34 s内第二个粒子做类平抛运动，则xlv0t2ylt联立解得2v0(2)第一个粒子运动过程中动能不变Ek0mv对第二个粒子在C点应用动能定理可得qE0lEkmv解得Ekmv故第一个粒子和第二个粒子通过C点的动能之比为。答案：(1)2v0(2)10. (14分)xx漳州模拟如图所示，在真空室中平面直角坐标系的y轴竖直向上，x轴上的P点与Q点关于坐标原点O对称，PQ间的距离d30 cm。坐标系所在空间存在一匀强电场，场强的大小E1.0 N/C。一带电油滴在xOy平面内，从P点与x轴成30的夹角射出，该油滴将做匀速直线运动，已知油滴的速度v2.0 m/s，所带电荷量q1.0107 C，重力加速度g取10 m/s2。(1)求油滴的质量m。(2)若在空间叠加一个垂直于xOy平面的圆形有界匀强磁场，使油滴通过Q点，且其运动轨迹关于y轴对称。已知磁场的磁感应强度大小为B2.0 T，求：油滴在磁场中运动的时间t；圆形磁场区域的最小面积S。解析：(1)对带电油滴进行受力分析，根据牛顿运动定律有qEmg0所以m1.0108 kg(2)带电油滴进入匀强磁场，其轨迹如图所示，设其做匀速圆周运动的半径为R、运动周期为T，根据牛顿第二定律qvB得R0.10 m所以T s设带电油滴从M点进入磁场，从N点射出磁场，由于油滴的运动轨迹关于y轴对称，根据几何关系可知MON60，所以，带电油滴在磁场中运动的时间t s。连接MN，当MN为圆形磁场的直径时，圆形磁场面积最小，如图所示。根据几何关系得圆形磁场的半径rRsin300.05 m其面积为Sr20.0025 m27.9103 m2答案：(1)1.0108 kg(2) s7.9103 m2