《2022年高三二輪復(fù)習(xí)物理專題通關(guān) 課時(shí)鞏固過關(guān)練（九） 電場(chǎng)和磁場(chǎng)4.9 Word版含答案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高三二輪復(fù)習(xí)物理專題通關(guān) 課時(shí)鞏固過關(guān)練（九） 電場(chǎng)和磁場(chǎng)4.9 Word版含答案（12頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
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2022年高三二輪復(fù)習(xí)物理專題通關(guān) 課時(shí)鞏固過關(guān)練（九） 電場(chǎng)和磁場(chǎng)4.9 Word版含答案
一、選擇題(本大題共8小題,每小題8分,共64分。第1～5題只有一項(xiàng)符合題目要求,第6～8題有多項(xiàng)符合題目要求)
1.(xx·海南高考)如圖,a是豎直平面P上的一點(diǎn),P前有一條形磁鐵垂直于P,且S極朝向a點(diǎn),P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場(chǎng)的共同作用下,在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點(diǎn)。在電子經(jīng)過a點(diǎn)的瞬間,條形磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)該電子的作用力的方向( )
A.向上
2、 B.向下 C.向左 D.向右
【解析】選A。a點(diǎn)處磁場(chǎng)垂直于紙面向外,根據(jù)左手定則可以判斷電子受力向上,A正確。
2.(xx·開封三模)如圖所示,兩根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒a、b,a被水平放置在傾角為45°的光滑斜面上,b被水平固定在與a同一水平面的另一位置,且a、b平行,它們之間的距離為s。當(dāng)兩棒中均通以電流為I的同向電流時(shí),a恰能在斜面上保持靜止,則下列說法正確的是( )
A.b的電流在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向右
B.b的電流在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為
C.若使b上移少許,a仍可能保持靜止
D.若使b下移少許,a仍可能保持靜止
【解析】選
3、C。通電導(dǎo)體a處于通電導(dǎo)體b的磁場(chǎng)中,由安培定則可知通電導(dǎo)體a處于豎直向上的磁場(chǎng)中,故A錯(cuò)誤;導(dǎo)體a受水平向右的安培力、支持力與重力處于平衡狀態(tài),則B==,故B錯(cuò)誤;導(dǎo)體a所受的重力和水平向右的安培力的合力與支持力平衡,當(dāng)減小b在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度,則安培力減小,要使a仍平衡,則可使b上移,即b對(duì)a的安培力斜向上,故C正確;當(dāng)b豎直向下移動(dòng),導(dǎo)體棒間的安培力減小,根據(jù)平衡條件,當(dāng)a受到的安培力方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),只有變大才能保持平衡,而安培力在減小,因此不能保持靜止,故D錯(cuò)誤。
3.如圖所示,MN板兩側(cè)都是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向如圖所示,帶電粒子(不計(jì)重力)從a位置以垂直B方向的速度v開
4、始運(yùn)動(dòng),依次通過小孔b、c、d,已知ab=bc=cd,粒子從a運(yùn)動(dòng)到d的時(shí)間為t,則粒子的比荷為( )
A. B. C. D.
【解析】選D。粒子運(yùn)動(dòng)周期T=,從a運(yùn)動(dòng)到d經(jīng)歷三個(gè)半圓周,故t=,解得=,選項(xiàng)D正確。
4.如圖所示,在屏MN的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。P為屏上的一個(gè)小孔。PC與MN垂直。一群質(zhì)量為m、帶電荷量為-q的粒子(不計(jì)重力),以相同的速率v,從P處沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)區(qū)域。粒子入射方向在與磁場(chǎng)B垂直的平面內(nèi),且散開在與PC夾角為θ的范圍內(nèi)。則在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的長(zhǎng)度為( )
A. B.
5、
C. D.
【解析】選D。如圖所示,沿PC方向射入磁場(chǎng)中的帶負(fù)電的粒子打在MN上的點(diǎn)離P點(diǎn)最遠(yuǎn),為PR=,沿兩邊界線射入磁場(chǎng)中的帶負(fù)電的粒子打在MN上的點(diǎn)離P點(diǎn)最近,為PQ=cosθ,故在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的長(zhǎng)度為QR=PR-PQ=,選項(xiàng)D正確。
5.如圖所示,垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在正方形abcd區(qū)域內(nèi),O點(diǎn)是cd邊的中點(diǎn),一個(gè)帶正電的粒子僅在洛倫茲力的作用下,從O點(diǎn)沿紙面以垂直于cd邊的速度射入正方形內(nèi),經(jīng)過時(shí)間t0后剛好從c點(diǎn)射出磁場(chǎng)?，F(xiàn)設(shè)法使該帶電粒子從O點(diǎn)沿紙面以與Od成30°角的方向,以大小不同的速率射入正方形內(nèi),那么下列說法中錯(cuò)誤的是( )
A.
6、若該帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間是t0,則它一定從cd邊射出磁場(chǎng)
B.若該帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間是t0,則它一定從cd邊射出磁場(chǎng)
C.若該帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間是t0,則它一定從bc邊射出磁場(chǎng)
D.若該帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間是t0,則它一定從ab邊射出磁場(chǎng)
【解析】選B。如圖所示,作出剛好從ab邊射出的軌跡①、剛好從bc邊射出的軌跡②、從cd邊射出的軌跡③和剛好從ad邊射出的軌跡④。由從O點(diǎn)沿紙面以垂直于cd邊的速度射入正方形內(nèi),經(jīng)過時(shí)間t0后剛好從c點(diǎn)射出磁場(chǎng)可知,帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期是2t0,可知,從ad邊射出磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間一定小于t0;從ab邊射出磁場(chǎng)經(jīng)歷的
7、時(shí)間一定大于等于t0,小于t0;從bc邊射出磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間一定大于等于t0,小于t0;從cd邊射出磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間一定是t0。故只有B選項(xiàng)錯(cuò)誤。
【加固訓(xùn)練】如圖所示,帶異種電荷的粒子a、b以相同的動(dòng)能同時(shí)從O點(diǎn)射入寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩粒子的入射方向與磁場(chǎng)邊界的夾角分別為30°和60°,且同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)。a、b兩粒子的質(zhì)量之比為( )
A.1∶2 B.2∶1 C.3∶4 D.4∶3
【解析】選C。兩初速度方向互相垂直,作弦OP的中垂線,兩個(gè)圓的圓心都在這條直線上,a、b兩粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過的圓心角之比為120°∶60°=2∶1,由于時(shí)間t=相等,所以二者的之比為1∶2,根據(jù)幾
8、何關(guān)系r=,可得半徑之比為1∶,由r=進(jìn)一步得速度之比為2∶,由于動(dòng)能相等,所以質(zhì)量之比為3∶4,選項(xiàng)C正確。
6.(xx·武漢二模)如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(磁場(chǎng)方向沒有畫出)固定一傾角為30°的光滑斜面,一根質(zhì)量為m的通電直導(dǎo)線垂直于紙面水平放置在斜面上,直導(dǎo)線恰好能保持靜止,電流方向垂直于紙面向里,已知直導(dǎo)線受到的安培力和重力大小相等,斜面對(duì)直導(dǎo)線的支持力大小可能是(重力加速度大小為g)( )
A.0 B.mg C.mg D.mg
【解析】選A、D。因?yàn)閷?dǎo)線受的重力、支持力和安培力處于平衡,當(dāng)安培力的方向豎直向上,與重力等大反向時(shí),支持力FN=0;因?yàn)橹亓?、?/p>
9、持力和安培力合力為零,可以構(gòu)成矢量三角形,如圖所示,可得FN=2mgcos30°=mg,故A、D正確,B、C錯(cuò)誤。
【加固訓(xùn)練】(多選)如圖所示,在傾角為α的光滑斜面上,垂直斜面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒,當(dāng)通以圖示方向電流I時(shí),欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上,可加一平行于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向由垂直斜面向上沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)至水平向左的過程中,下列說法中正確的是( )
A.此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B逐漸增大
B.此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B先減小后增大
C.此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為
D.此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最大值為
【解析】選A、C。導(dǎo)體棒受重力、支持力、安培
10、力作用而處于平衡狀態(tài),當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向由垂直斜面向上沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)至水平向左的過程中,安培力由沿斜面向上轉(zhuǎn)至豎直向上,導(dǎo)體棒受力的動(dòng)態(tài)變化如圖所示,則由圖知安培力逐漸增大,即此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B逐漸增大,A正確、B錯(cuò)誤;剛開始安培力F最小,有sinα=,所以此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為,C正確;最后安培力最大,有F=mg,即此過程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最大值為,D錯(cuò)誤。
7.(xx·和平區(qū)二模)如圖所示,在區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ內(nèi)分別存在與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一帶電粒子沿著弧線apb由區(qū)域Ⅰ運(yùn)動(dòng)到區(qū)域Ⅱ。已知圓弧ap與圓弧pb的弧長(zhǎng)之比為2∶1,下列說法正確的是( )
A.
11、粒子在區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ中的速率之比為2∶1
B.粒子通過圓弧ap、pb的時(shí)間之比為2∶1
C.圓弧ap與圓弧pb對(duì)應(yīng)的圓心角之比為2∶1
D.區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反
【解析】選B、D。由于洛倫茲力不做功,所以粒子在兩個(gè)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度大小不變,即粒子在區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ中的速率之比為1∶1,A錯(cuò)誤;根據(jù)t=,v相同,則時(shí)間之比等于經(jīng)過的弧長(zhǎng)之比,即粒子通過圓弧ap、pb的時(shí)間之比為2∶1,B正確;圓心角θ=,r=,由于磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度之比不知,故半徑之比無法確定,則轉(zhuǎn)過的圓心角之比無法確定,故C錯(cuò)誤;根據(jù)曲線運(yùn)動(dòng)的條件,可知洛倫茲力的方向與運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系,再由左手定則可知,兩個(gè)磁
12、場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反,故D正確。
8.(xx·武漢三模)如圖所示,在x軸上方有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩個(gè)帶正電且電量相同而質(zhì)量不同的粒子A和B,已知A、B的質(zhì)量分別為m1和m2,兩粒子以相同的速率從O點(diǎn)以與x軸正方向成α=60°角垂直射入磁場(chǎng),發(fā)現(xiàn)粒子A從a點(diǎn)射出磁場(chǎng),粒子B從b點(diǎn)射出磁場(chǎng)。若另一與A、B帶電量相同而質(zhì)量不同的粒子C以相同速率與x軸正方向成α=30°角射入x軸上方時(shí),發(fā)現(xiàn)它從ab的中點(diǎn)c射出磁場(chǎng),則下列說法中正確的是(不計(jì)所有粒子重力)( )
A.B粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比A粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)
B.粒子A、B在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同
C.可以求出C粒子的
13、質(zhì)量
D.C粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑一定比B粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑小
【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
(1)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),速度的偏向角等于軌跡的圓心角。
(2)粒子的入射速度方向、出射速度方向與邊界夾角相等。
【解析】選A、C。帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),粒子的入射速度方向、出射速度方向與邊界夾角相等,則知A、B兩個(gè)粒子速度的偏向角均為120°,軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角也為120°。設(shè)軌跡的圓心角為θ,則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=,由圖知,B粒子的軌跡半徑較大,而θ與v相等,所以B粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比A粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),故A正確,B錯(cuò)誤;設(shè)C粒子的質(zhì)
14、量為m3,Oa=L,ab=d,粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌跡如圖所示,故質(zhì)量為m1、m2、m3的粒子軌道半徑分別為R1==L,R2=,R3==L+,故：(R1+R2)=2R3,粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,故：qvB=m1,qvB=m2,qvB=m3,聯(lián)立以上幾式解得：m3=(m1+m2),故C正確;由上知,C粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑一定比B粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑大,故D錯(cuò)誤。
二、計(jì)算題(本大題共2小題,共36分。需寫出規(guī)范的解題步驟)
9.(16分)(xx·全國(guó)卷Ⅰ)如圖,一長(zhǎng)為10cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為
15、0.1T,方向垂直于紙面向里;彈簧上端固定,下端與金屬棒絕緣,金屬棒通過開關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12V的電池相連,電路總電阻為2Ω。已知開關(guān)斷開時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量均為0.5cm;閉合開關(guān),系統(tǒng)重新平衡后,兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開關(guān)斷開時(shí)相比均改變了0.3cm,重力加速度大小取10m/s2。判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向,并求出金屬棒的質(zhì)量。
【解析】依題意,開關(guān)閉合后,電流方向從b到a,由左手定則可知,金屬棒所受的安培力方向豎直向下?！? (3分)
開關(guān)斷開時(shí),兩彈簧各自相對(duì)于其原長(zhǎng)伸長(zhǎng)為Δl1=0.5cm。由胡克定律和力的平衡條件得2kΔl1=mg
16、 ①(3分)
式中,m為金屬棒的質(zhì)量,k是彈簧的勁度系數(shù),g是重力加速度的大小。
開關(guān)閉合后,金屬棒所受安培力的大小為F=IBL ②(3分)
式中,I是回路電流,L是金屬棒的長(zhǎng)度,兩彈簧各自再伸長(zhǎng)了Δl2=0.3cm,由胡克定律和力的平衡條件得
2k(Δl1+Δl2)=mg+F ③(3分)
由歐姆定律有E=IR ④(2分)
式中,E是電池的電動(dòng)勢(shì),R是電路總電阻。
聯(lián)立①②③④式,并代入題給數(shù)據(jù)得
m=0.01kg (2分)
答案：安培力的方向豎直向下 0.01kg
10.(
17、20分)如圖,在0≤x≤d的空間,存在垂直xOy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直xOy平面向里。y軸上P點(diǎn)有一小孔,可以向y軸右側(cè)垂直于磁場(chǎng)方向不斷發(fā)射速率均為v、與y軸所成夾角θ可在0～180°范圍內(nèi)變化的帶負(fù)電的粒子。已知θ=45°時(shí),粒子恰好從磁場(chǎng)右邊界與P點(diǎn)等高的Q點(diǎn)射出磁場(chǎng),不計(jì)重力及粒子間的相互作用。求：
(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
(2)若θ=30°,粒子射出磁場(chǎng)時(shí)與磁場(chǎng)邊界的夾角(可用三角函數(shù)、根式表示)。
(3)能夠從磁場(chǎng)右邊界射出的粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)過的區(qū)域的面積(可用根式表示)。
【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：
(1)畫出粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡,確定圓心的位置,由幾何關(guān)
18、系確定半徑;
(2)找出粒子恰好從磁場(chǎng)右邊界射出的臨界狀態(tài),畫出運(yùn)動(dòng)軌跡;
(3)由幾何關(guān)系確定粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)過的區(qū)域的面積。
【解析】(1)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)粒子的軌道半徑為R,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則：
qvB=m (3分)
如圖所示,由幾何關(guān)系得：d=2Rcos45° (3分)
解得：B= (2分)
(2)如圖所示,
由幾何關(guān)系d=Rcos30°+Rcosα (3分)
解得：α=arccos (2分)
(3)能夠從磁場(chǎng)
19、右邊界射出的粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)過的區(qū)域,如圖中兩圓弧間斜線部分所示：
由幾何關(guān)系得：
R2-(d-R)2= (3分)
由割補(bǔ)法得該區(qū)域面積為
S=d·M (2分)
解得：S=d2 (2分)
答案：(1) (2)arccos
(3)d2
【總結(jié)提升】帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的“四點(diǎn)、六線、三角”
(1)四個(gè)點(diǎn)：分別是入射點(diǎn)﹑出射點(diǎn)﹑軌跡圓心和入射速度直線與出射速度直線的交點(diǎn)。
(2)六條線：兩條軌跡半徑,入射速度直線和出射速度直線,入射點(diǎn)與出射點(diǎn)的連線,圓心與兩條速度直線交點(diǎn)的連線。前面四條邊構(gòu)成一個(gè)四邊形,后面兩條為四邊形的對(duì)角線。
(3)三個(gè)角：速度偏轉(zhuǎn)角﹑圓心角﹑弦切角,其中偏轉(zhuǎn)角等于圓心角,也等于弦切角的兩倍。
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