高三物理总复习巩固练习复合场的实际应用提高

这是一份高三物理总复习巩固练习复合场的实际应用提高，共14页。试卷主要包含了选择题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。
【巩固练习】一、选择题1、（2016 福建模拟）如图所示是选择密度相同、大小不同纳米粒子的一种装置。待选粒子带正电且电量与其表面积成正比。待选粒子从O1进入小孔时可认为速度为零，加速电场区域Ⅰ的板间电压为U，粒子通过小孔O2射入正交的匀强电场磁场区域Ⅱ，其中磁场的磁感应强度的大小为B，左右两极板间距为d。区域Ⅱ出口小孔O3与O1、O2在同一竖直线上。若半径r0，质量为m0、电量为q0的纳米粒子刚好能沿直线通过，不计纳米粒子重力，则（  ）    A. 区域Ⅱ的电场与磁场的强度比值为B. 区域Ⅱ左右两极板的电势差C. 若纳米粒子的半径r﹥r0，则刚进入区域Ⅱ的粒子仍将沿直线通过D. 若纳米粒子的半径r﹥r0，仍沿直线通过，则区域Ⅱ的电场与原电场强度之比为 2、如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场。一带电粒子a（不计重力）以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′点（图中未标出）穿出。若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b（不计重力）仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b（ ）   A．穿出位置一定在O′点下方B．穿出位置一定在O′点上方C．运动时，在电场中的电势能一定减小   D．在电场中运动时，动能一定减小  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、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5、为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是（　　）A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B．前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多无关C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D．污水流量Q与U成正比，与a、b有关  6、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．
7、一个用于加速质子的回旋加速器，其D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，接在D形盒上的高频电源频率为f。下列说法正确的是（　 ）
　　A．质子被加速后的最大速度不可能超过　
　　B．质子被加速后的最大速度与加速电压的大小无关
　　C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值
　　D．不需要改变任何量，这个装置也能用于加速粒子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、回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，接高频交流电源，两盒间的窄缝中形成匀强电场，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面．带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．如果用同一回旋加速器分别加速氚核（31H）和α粒子（42He），比较它们所需加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，则（ ）A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大B．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小C．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大 10、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   二、填空题1、一种测量血管中血流速度的仪器原理图，如图所示，在动脉血管两侧分别安装电极并加磁场，设血管直径为2 mm，磁场的磁感应强度为0.080 T，电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为________ m/s.2、如图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。将某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的离子。离子从狭缝S1　以很小的速度进入电压为U的加速电场区(初速不计)，加速后，再通过狭缝S2、Ｓ3 射入磁感强度为B的匀强磁场，其速度方向垂直于磁场区的界面PQ。最后，离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝S3的细线。若测得细线到狭缝S3的距离为d，求离子的质量m的表达式为_________.     3、如图所示，磁流体发电机的极板相距d=0.2 m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场B=1.0 T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v=1100 m / s，沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r=0.1Ω，试求此发电机的电动势为_________；最大输出功率为_________。      三、计算题1、（2016 江苏卷）回旋加速器的工作原理如图1所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为+q，加在狭缝间的交变电压如图2所示，电压值的大小为U0．周期T=．一束该种粒子在t=0~时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零．现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用．求：（1）出射粒子的动能；（2）粒子从飘入狭缝至动能达到所需的总时间；（3）要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出，d应满足的条件．  2、离子推进器是太空飞行器常用的动力系统．某种推进器设计的简化原理如图1所示，截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区．Ⅰ为电离区，将氙气电离获得1价正离子；Ⅱ为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场．Ⅰ区产生的正离子以接近0的初速度进入Ⅱ区，被加速后以速度vM从右侧喷出．Ⅰ区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在离轴线处的C点持续射出一定速率范围的电子．假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图2所示(从左向右看)．电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角(0＜α≤90°)．推进器工作时，向Ⅰ区注入稀薄的氙气．电子使氙气电离的最小速率为v0，电子在Ⅰ区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好．已知离子质量为M；电子质量为m，电量为e.(电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞)(1)求Ⅱ区的加速电压及离子的加速度大小；(2)为取得好的电离效果，请判断Ⅰ区中的磁场方向(按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”)；(3)α为90°时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v的范围；(4)要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率vmax与α角的关系．   3、回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示。它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近（缝隙的宽度远小于盒半径），分别和高频交流电源相连接，使带电粒子每通过缝隙时恰好在最大电压下被加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面，带电粒子在磁场中做圆周运动，粒子通过两盒的缝隙时反复被加速，直到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。若D形盒半径为R，所加磁场的磁感应强度为B。设两D形盒之间所加的交流电压的最大值为U，被加速的粒子为α粒子，其质量为m、电量为q。α粒子从D形盒中央开始被加速（初动能可以忽略），经若干次加速后，α粒子从D形盒边缘被引出。求：（1）α粒子被加速后获得的最大动能Ek；（2）α粒子在第n次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与紧接着第n+1次加速后进入另一个D形盒后的回旋半径之比；（3）α粒子在回旋加速器中运动的时间；（4）若使用此回旋加速器加速氘核，要想使氘核获得与α粒子相同的动能，请你通过分析，提出一个简单可行的办法。 4、“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1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的半径为L，电势为φ1，内圆弧面CD的半径为L/2，电势为φ2。足够长的收集板MN平行边界ACDB，O到MN板的距离OP为L。假设太空中漂浮着质量为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它星球对粒子引力的影响。（1）求粒子到达O点时速度的大小：（2）如图2所示，在边界ACDB和收集板MN之间加一个半圆形匀强磁场，圆心为O，半径为L磁场方向垂直纸面向内，则发现从AB圆弧面收集到的粒子有2/3能打到MN板上（不考虑过边界ACDB的粒子再次返回），求所加磁感应强度的大小；（3）随着所加磁场大小的变化，试定量分析收集板MN上的收集效率η与磁感应强度B的关系。    【答案与解析】一、选择题1、【答案】AD【解析】设半径为r0的粒子加速后的速度为v，则有：                              ①设区域Ⅱ的电场强度为E，洛伦兹力等于电场力，即：      q0vB=q0E                             ②联立①②解得：      则区域Ⅱ的电场与磁场的强度比值为，A正确，B错；若纳米粒子的半径r﹥r0，设半径为r的粒子的质量为m、带电量为q、被加速后的速度为v，则：而由解得：故洛伦兹力变小，粒子带正电，故粒子向左偏转，C错；由于，故洛伦兹力与原来的洛伦兹力之比为，电场力与洛伦兹力平衡，故电场力与原来的电场力之比为，根据F=qE，则区域Ⅱ的电场与原电场强度之比为，D正确。故选AD。2、【答案】C【解析】带电粒子的电性未知，保留电场不变，穿出时在O′点上方、下方都有可能，则AB都不对。如果粒子带正电，向下偏转做类平抛运动，电场力的方向与位移方向相同，电场力做正功，动能增大，电势能减小；若粒子带负电，向上偏转做类平抛运动，电场力的方向与位移方向相同，电场力做正功，动能增大，电势能减小，故C对D错。故选C。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】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。5、【答案】B【解析】A、正负离子流动时，根据左手定则，正离子洛伦兹力，向后表面偏转，所以后表面上带正电荷，前表面上带负电荷，前表面电势比后表面低．故A错误，B正确．
C、最终正负离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有，流量，所以.与离子浓度无关．故C错误．
D、，知污水流量Q与电压成正比，与a、b无关．D错误．故选B．6、【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。
7、【答案】AB
【解析】质子在D形盒内的最大偏转半径即为D形盒半径R，则由圆周运动知识知其线速度的最大值为，且与加速电压无关，可知选项A、B正确；当速度v加速到一定值接近光速时，相对论效应较为显著，故质子速度不能被加速到任意值，C错误；质子和粒子在同一磁场中的偏转周期不同，要用这个装置加速粒子，则要相应地改变加速电压的频率f，或者改变磁场的磁感应强度B才可实现，D错误。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】B【解析】根据知：比荷小的周期大，氚核的交流电源的周期较大，CD错； 粒子最大回旋半径为Rm，则由牛顿第二定律得，故　　 最大动能 氚核和α粒子最大动能之比。故选B。10、【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。 二、填空题1、【答案】0.63 m/s
【解析】血液中有+、-离子，当血液流动时，血液中的正负离子受到洛伦兹力，使血管上、下壁出现等量异号电荷，使血管内又形成一个电场，当离子所受电场力和洛伦兹力相等时，血管上、下两壁间形成稳定电场，存在稳定电压，血液在血管中匀速流动，即  2、【答案】 【解析】对加速电场应用动能定理 粒子进入匀强磁场后，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力  又由几何关系：      解得 .3、【答案】 
【解析】当两板间的电场力等于洛伦兹力，，电场强度 ，发电机的电动势 当内阻等于外阻时输出功率最大，即最大输出功率为 . 三、计算题1、【答案】(1)（2）（3）【解析】（1）由，解得（2）粒子被加速n次达到动能Em，则,粒子在狭缝间做匀加速运动，设n次经过狭缝的总时间，加速度，匀加速直线运动：，由解得：(3)只有在时间内飘入的粒子才能每次均被加速，所占的比例为由，解得．2、【答案】(1) 　(2)垂直纸面向外　(3)    (4) 【解析】 本题考查带电粒子在电场和磁场中的运动等知识和分析综合及应用数学解决物理问题的能力．(1)由动能定理得                                 ①                                   ②                          ③(2)垂直纸面向外                                     ④(3)设电子运动的最大半径为r                                     ⑤                                   ⑥所以有                                 ⑦要使⑦式有解，磁感应强度                   ⑧(4)如图所示，OA＝R－r，，AC＝r根据几何关系得                        ⑨由⑥⑨式得 . 3、【答案】（1）（2）（3）（4）交流电源的周期应为原来的倍。【解析】（1）α粒子在D形盒内做圆周运动，轨道半径达到最大时被引出，具有最大动能。设此时的速度为v，有  （1）可得α粒子的最大动能Ek= （2）α粒子被加速一次所获得的能量为qU，α粒子被第n次和n+1次加速后的动能分别为（2）  （3）可得  （3）设α粒子被电场加速的总次数为a，则Ek=（4）  可得  a  （5）α粒子在加速器中运动的时间是α粒子在D形盒中旋转a个半圆周的总时间t。（6）     （7）解得  （4）加速器加速带电粒子的能量为Ek=，由α粒子换成氘核，有，则，即磁感应强度需增大为原来的倍；高频交流电源的周期，由α粒子换为氘核时，交流电源的周期应为原来的倍。4、【思路点拨】（1）根据动能定理即可求出粒子到达O点的速度；（2）做出粒子运动的轨迹，结合轨迹求出粒子的半径，然后由洛伦兹力提供向心力即可求解；（3）抓住粒子在竖直方向上的总位移为零，确定正确的方案．本题考查了带电粒子在电场中的加速和磁场中的偏转，综合性较强，对学生的能力要求较高，关键作出粒子的运动轨迹，选择合适的规律进行求解．【答案】  （1） （2） （3）见解析。【解析】（1）带电粒子在电场中加速时，电场力做功，得：   U=φ1-φ2     所以： （2）从AB圆弧面收集到的粒子有2/3能打到MN板上，则刚好不能打到MN上的粒子从磁场中出来后速度的方向与MN平行，则入射的方向与AB之间的夹角是60°，在磁场中运动的轨迹如图1，轨迹圆心角θ=600。                根据几何关系，粒子圆周运动的半径：r=L由洛伦兹力提供向心力得： 联合解得：   （3）磁感应强度增大，则粒子在磁场中运动的轨道半径减小，由几何关系知，收集效率变小．                                                                                                                设粒子在磁声中运动圆弧对应的圆心角为α，如图2由几何关系可知，  收集板MN上的收集效率   当时，收集效率 【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动；带电粒子在匀强电场中的运动．