高三物理总复习巩固练习复合场的实际应用基础

【巩固练习】

一、选择题

1、如图所示，从离子源发射出的正离子，经加速电压U加速后进入相互垂直的电场(E方向竖直向上)和磁场(B方向垂直纸面向外)中，发现离子向上偏转．要使此离子沿直线通过电磁场，需要 (　　)

A．增加E，减小B  

B．增加E，减小U

C．适当增加U 

D．适当减小E

2、为监测某化工厂的含有离子的污水排放情况，技术人员在排污管中安装了监测装置，该装置的核心部分是一个用绝缘材料制成的空腔，其宽和高分别为b和c，左、右两端开口与排污管相连，如图所示。在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在空腔前、后两个侧面上各有长为a的相互平行且正对的电极M和N，M和N与内阻为R的电流表相连。污水从左向右流经该装置时，电流表将显示出污水排放情况。下列说法中错误的是（  ）

A．M板比N板电势低

B．污水中离子浓度越高，则电流表的示数越小

C．污水流量越大，则电流表的示数越大

D．若只增大所加磁场的磁感应强度，则电流表的示数也增大

3、如图所示，a、b是一对平行的金属板，分别接到直流电源的两极上，右边有一挡板，正中间开有一小孔d。在较大的空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，而在a、b两板间还存在着匀强电场。从两板左侧正中的中点c处射入一束正离子，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成3束．则这些正离子的 (    )

A．速度一定都不相同  

B．质量一定有3种不同的数值

   C．电荷量一定有3种不同的数值 

D．比荷(q／m)一定有3种不同的数值

4、如图所示，长方体容器的三条棱的长度分别为a、b、h，容器内装有NaCl溶液，单位体积内钠离子数为n，容器的左、右两壁为导体板，将它们分别接在电源的正、负极上，电路中形成的电流为I，整个装置处于垂直于前后表面的磁感应强度为

B的匀强磁场中，则液体的上、下两表面间的电势差为（　 ）
　　A．0　　　 B．    　 C．　　　 D．
 

5、（2016 宁夏石嘴山校级模拟）图甲是回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差，A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速。两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动。若带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相对论效应带来的影响，下列判断正确的是（  ）

    A. 在Ek-t图中应有tn+1-tn=tn-tn-1

      B. 在Ek-t图中应有tn+1-tn﹤tn-tn-1

    C. 在Ek-t图中应有En+1-En=En-En-1

    D. 在Ek-t图中应有En+1-En﹤En-En-1

6、如图所示，有a、b、c、d四个离子，它们带等量同种电荷，质量不等，其质量关系为ma＝mb＜mc＝md，以不等的速率va＜vb＝vc＜vd进入速度选择器后，有两种离子从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判定（ 　）

A．射向P1的是a离子

B．射向P2的是b离子

C．射向A1的是c离子

D．射向A2的是d离子

7、磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，下图是它的示意图。

平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大

量正、负带电粒子，电荷量为）喷入磁场，A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用

电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极。设A、B两板间距为d，两板的长度为，

面积均为，磁感应强度为B，等离子体以速度沿垂直于磁场的方向射入A、B两板之间，

则下列说法正确的是（   ）

A．A是直流电源的正极

B．电源的电动势为

C．电源的电动势为

D．电源的电动势为

8、目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如图所示表示了它的发电原理：将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表示数为I，那么板间等离子体的电阻率为（　　）

　A．          B．

　C．          D．

9、在图中虚线所围的区域内。存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场。已知从左方水平射入的电子，穿过这区域时未发生偏转。设重力可忽略不计，则在这区域中的E和B的方向可能是（  ）

A．E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相同；

B．E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相反；

C．E竖直向上，B垂直纸面向外；

D．E竖直向上，B垂直纸面向里；

10、（2016 浙江模拟）密立根油滴实验原理如图所示。两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相连，板间电压为U，形成竖直向下场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间小孔喷入大小、质量和电荷各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，则下列四个正确的是（  ）

    A. 悬浮油滴带正电

B. 悬浮油滴的电荷量为

C. 增大场强，悬浮油滴将向上运动

D. 油滴的电荷量不一定是电子电量的整数倍

二、填空题

1、如图是等离子体发电机示意图，平行金属板间的匀强磁场的磁感强度B=0.5T，两板间距离为20cm，要使输出电压为220V，则等离子体垂直射入磁场的速度v=_____m/s．a是电源的_____极．

2、质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．如图所示为质谱仪的原理示意图．现利用这种质谱仪对氢元素进行测量．氢元素的各种同位素从容器A下方的小孔S，无初速度飘入电势差为U的加速电场．加速后垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中．氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条

“质谱线”。关于三种同位素进入磁场时：

（1）速度的排列顺序___________；（填“氕、氘、氚”）

（2）“质谱线”的排列顺序___________。（填“氕、氘、氚”）

3、如图，在磁流体发电机中，把气体加热到很高的温度使它变成等离子体，已知离子的电量为q，让它以速度v通过磁感应强度为B的匀强磁场区，这里有间距为d的电极a和b。断开电键时，两个电极间的电压为       。若单位时间进入磁场区域的正负离子数各为N，电路中可能的最大电流为      。

三、计算题

1、如图所示回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，已知匀强磁场磁感应强度为B，被加速的粒子质量为m，带电量为q，D形金属盒最大半径为R，则要使粒子能够在加速器里面顺利的完成加速，所加电场的周期为        ，粒子的最大动能为          。

2、两块金属a、b平行放置，板间存在与匀强电场正交的匀强磁场，假设电场、磁场只存在

于两板间的空间区域。一束电子以一定的初速度从两极板中间，沿垂直于电场、磁场的

方向射入场中，无偏转地通过场区，如图所示。已知板长l=10cm，两板间距d=3.0cm，两

板间电势差U=150V，。求：

（1）求磁感应强度B的大小；

（2）若撤去磁场，求电子穿过电场时偏离入射方向的距离，以及电子通过场区后动能增加

多少？（电子所带电荷量的大小与其质量之比，电子电荷量的大小

e = 1.6×10－19C）
　　　
 

3、如图所示，水平放置的不带电的平行金属板p和b相距h，与图示电路相连，金属板厚度不计，忽略边缘效应．p板上表面光滑，涂有绝缘层，其上O点右侧相距h处有小孔K；b板上有小孔T，且O、T在同一条竖直线上，图示平面为竖直平面．质量为m、电荷量为－q(q>0)的静止粒子被发射装置(图中未画出)从O点发射，沿p板上表面运动时间t后到达K孔，不与板碰撞地进入两板之间．粒子视为质点，在图示平面内运动，电荷量保持不变，不计空气阻力，重力加速度大小为g.

(1)求发射装置对粒子做的功；

(2)电路中的直流电源内阻为r，开关S接“1”位置时，进入板间的粒子落在b板上的A点，A点与过K孔竖直线的距离为l.此后将开关S接“2”位置，求阻值为R的电阻中的电流强度；

(3)若选用恰当直流电源，电路中开关S接“1”位置，使进入板间的粒子受力平衡，此时在板间某区域加上方向垂直于图面的、磁感应强度大小合适的匀强磁场(磁感应强度B只能在范围内选取)，使粒子恰好从b板的T孔飞出，求粒子飞出时速度方向与b板板面的夹角的所有可能值(可用反三角函数表示)．

【答案与解析】

一、选择题

1、【答案】CD

【解析】离子所受的电场力F＝qE，洛伦兹力f＝qvB，，离子向上偏转，电场力大于洛伦兹力，故要使离子沿直线运动，可以适当增加U，增加速度，洛伦兹力增大，C正确；也可适当减小E，电场力减小，D正确．

2、【答案】B

【解析】A、根据左手定则，正离子往N板偏，负离子往M板偏，最终M板带负电，N板带正电，M板电势比N板电势低．故A正确．
B、最终正负离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有，污水的流量

．所以MN两端间的电势差。

污水流量越大，电势差越大，电流表示数越大．增加磁感应强度，电势差增大，电流表示数也增大．电势差与污水中的离子浓度无关．故B错误，C、D正确．
因为选错误的，故选B．

3、【答案】D

【解析】都沿直线运动到右侧，，，可知速度都相等，A错。根据

   可知轨道半径与比荷有关，BC错D对。

4、【答案】A
【解析】由左手定则可以判定容器中的正负离子均受到向上的洛伦兹力的作用而向上偏转，故正负电荷中和，两极板电势相等，故电势差为0。
5、【答案】AC

【解析】洛伦兹力提供向心力，，解得，周期，与速度无关，t4-t3=t3-t2 =T/2，即tn+1-tn=tn-tn-1，A正确，B错；根据电场力做功相等，则动能的增量相等，即En+1-En=En-En-1，C正确，D错。

    故选AC。

6、【答案】A

【解析】通过速度选择器的粒子速度相等可知，应是b、c，由知，所以射向A2的是c粒子，射向A1的是b粒子，CD错；又由于，故射向P1的是a粒子。

7、【答案】C 

【解析】应用左手定则知B是直流电源的正极，A错；电场力等于洛伦兹力，，

电场强度 ，发电机的电动势 （d是AB间的距离。故选C。

8、【答案】A

【解析】发电机的电动势，根据闭合电路的欧姆定律

电源内电阻 ，   

所以电阻率为。故选A。

9、【答案】ABC

【解析】从左方水平射入的电子，如果 E和B都沿水平方向，从左方水平射入的电子，速度方向与磁感应强度方向平行，电子不受洛伦兹力，在电场力作用下做直线运动，穿过这区域时不发生偏转，AB均可能；如果E竖直向上，B垂直纸面向外，电场力方向向下，洛伦兹力向上，当电场力等于洛伦兹力时，电子所受合力为零做匀速直线运动，C可能；如果E竖直向上，B垂直纸面向里，电场力、洛伦兹力都向下，不可能。故选ABC。

10、【答案】C

【解析】带电荷量为q的油滴静止不动，则油滴受到向上的电场力，题图中平行板电容器上极板带正电，下极板带负电，板间场强方向竖直向下，则油滴带负电，A错；根据平衡条件有：，即，B错；根据平衡条件有：mg=qE，当增大场强，电场力增大，则悬浮油滴将向上运动，C正确；不同油滴的带电荷量虽不相同，但都是某个最小电荷量（元电荷）的整数倍，D错。

故选C。

二、填空题

1、【答案】2200   正

【解析】电动势，。由左手定则，正离子打在上极板，故a是电源的正极。

2、【答案】（1）氕、氘、氚；（2）氚、氘、氕。

【解析】根据，速度，比荷最大的是氕，最小的是氚，所以进入磁场速度从大到小的顺序是氕、氘、氚。

进入偏转磁场有，偏转轨道半径

解得，氕比荷最大的，轨道半径最小，c对应的是氕，氚比荷最小，则轨道半径最大，a对应的是氚。“质谱线”的排列顺序是氚、氘、氕。

3、【答案】Bvd，Nq    

【解析】稳定时洛伦兹力等于电场力，  ，

解得。根据电流的定义可知，电路中可能的最大电流为。

三、计算题

1、【思路点拨】带电粒子在回旋加速器中，靠电场加速，磁场偏转，通过带电粒子在磁场中运动半径公式得出带电粒子射出时的速度，即可求解。解决本题的关键知道回旋加速器运用电场加速，磁场偏转来加速带电粒子，但要注意粒子射出的速度与加速电压无关，与磁感应强度的大小和D型盒半径有关．

【答案】，．

【解析】根据，解得：，根据，
再由动能表达式，则有：最大动能为：．

【考点】回旋加速器的工作原理．

2、【答案】（1）；（2）
【解析】根据力的平衡条件可求第（1）问；撤去磁场，电子将做类平抛运动，根据类平抛运动的规律和功能原理可求第（2）问。
（1）电子进入正交的电磁场不发生偏转，则满足
　　　　  

（2）设电子通过场区偏转的距离为  

电子通过场区后动能增加 。
3、【答案】(1) 　(2) 　(3)

【解析】 (1)设粒子在p板上做匀速直线运动的速度为v0，有

h＝v0t                                    ①

设发射装置对粒子做的功为W，由动能定理得

                               ②

联立①②可得                          ③

(2)S接“1”位置时，电源的电动势E0与板间电势差U有

E0＝U                                     ④

板间产生匀强电场的场强为E，粒子进入板间时有水平方向的速度v0，在板间受到竖直方向的重力和电场力作用而做类平抛运动，设加速度为a，运动时间为t1，有

U＝Eh                                     ⑤

mg－qE＝ma                                ⑥

                                  ⑦

l＝v0t1                                                        ⑧

S接“2”位置，则在电阻R上流过的电流I满足

                                  ⑨

联立①④～⑨得

                      ⑩

(3)由题意知此时在板间运动的粒子重力与电场力平衡，当粒子从K进入板间后立即进入磁场做匀速圆周运动，如图所示，粒子从D点出磁场区域后沿DT做匀速直线运动，DT与b板上表面的夹角为题目所求夹角θ，磁场的磁感应强度B取最大值时的夹角θ为最大值θm，设粒子做匀速圆周运动的半径为R，有

                               ⑪

过D点作b板的垂线与b板的上表面交于G，由几何关系有

DG＝h－R(1＋cosθ)                         ⑫

TG＝h＋Rsinθ                              ⑬

                        ⑭

联立①⑪～⑭，将B＝Bm代入，求得

                              ⑮

当B逐渐减小，粒子做匀速圆周运动的半径为R也随之变大，D点向b板靠近，DT与b板上表面的夹角θ也越变越小，当D点无限接近于b板上表面时，粒子离开磁场后在板间几乎沿着b板上表面运动而从T孔飞出板间区域，此时Bm>B>0满足题目要求，夹角θ趋近θ0，即

θ0＝0                                     ⑯

则题目所求为　　                 ⑰