2022年高考物理二轮总复习-磁场对运动电荷的作用课时练习.doc

2022年高考物理二轮总复习回归根底提分课时练习第十一章 第二课时一、选择题(共10小题，每题6分，共60分，在每题给出的四个选项中至少有一项符合题意，全部选对的得6分，漏选的得3分，错选的得0分)1一个长直螺线管中，通有大小和方向都随时间变化的交变电流，把一个带电粒子沿如下图的管轴线方向射入管中，那么粒子将在管中()A做匀速圆周运动B沿轴线来回振动C做匀加速直线运动D做匀速直线运动【解析】错选A的同学在潜意识里将带电粒子垂直射入匀强磁场中做匀速圆周运动迁移过来，导致了错误错选B的同学认为，螺线管中接的是交变电流，所以管中的磁感线方向交替发生变化，带电粒子受力也交替发生变化，而选B错选C的同学是因误认为带电粒子在匀强电场当中受力而运动此题答案D.【答案】D2极光是来自太阳的高能带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时，被地球磁场俘获，从而改变原有运动方向，向两极做螺旋运动形成的，如下图这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子剧烈碰撞或摩擦从而激发大气分子或原子，使其发出有一定特征各种颜色的光地磁场的存在，使多数宇宙粒子不能到达地面而向人烟稀少的两极地区偏移，为地球生命的诞生和维持提供了天然的屏障科学家发现并证实，向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这主要与以下哪些因素有关()A洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小B空气阻力对粒子做负功，使其动能减小C南北两极的磁感应强度增强D太阳对粒子的引力做负功【解析】洛伦兹力对粒子不做功，A错；高能粒子在运动过程中克服空气阻力做功，速度减小，由r可知，半径会减小，B对；越靠近两极，磁感应强度越大，C对；地球对粒子的引力远大于太阳的引力，而实际上v还是减小的，D错【答案】BC3(2022·四川理综)如下图，长方形abcd长ad0.6m，宽ab0.3m，O、e分别是ad、bc的中点，以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场)，磁感应强度B0.25T.一群不计重力、质量m3×107kg、电荷量q2×103C的带电粒子以速度v5×102m/s沿垂直ad方向且垂直于磁场射入磁场区域()A从Od边射入的粒子，出射点全局部布在Oa边B从aO边射入的粒子，出射点全局部布在ab边C从Od边射入的粒子，出射点分布在Oa边和ab边D从aO边射入的粒子，出射点分布在ab边和be边【解析】带电粒子在磁场中运动的半径r0.3m，假设abcd内充满磁场，那么从O点射入时，将从b点射出现在没充满，那么从be边射出，所以从Od边入射的粒子只能从be边射出；从aO边入射的粒子，出射点分布在ab边和be边，故D项正确【答案】D4(·福建泉州质检)如图是某离子速度选择器的示意图，在一半径为R10cm的圆柱形桶内有B104T的匀强磁场，方向平行于轴线，在圆柱桶某一直径的两端开有小孔，作为入射孔和出射孔离子束以不同角度入射，最后有不同速度的离子束射出现有一离子源发射比荷为2×1011C/kg的阳离子，离子束中速度分布连续当角45°时，出射离子速度v的大小是()A.×106m/sB2×106m/sC2×108m/s D4×106m/s【解析】由题意，离子从入射孔以45°角射入匀强磁场，离子在匀强磁场中做匀速圆周运动能够从出射孔射出的离子刚好在磁场中运动周期，如下图，由几何关系可知离子运动的轨道半径rR，又r，vBr2×106m/s.出射离子的速度大小为2×106m/s，选项B正确【答案】B5如下图，两个横截面分别为圆和正方形但磁感应强度均相同的匀强磁场，圆的直径D等于正方形的边长，两个电子分别以相同的速度飞入两个磁场区域，速度方向均与磁场方向垂直，进入圆形磁场区域的速度方向对准了圆心，进入正方形磁场区域的方向是沿一边的中点且垂直于边界线，那么下面判断正确的选项是()A两电子在两磁场中运动时，其半径一定相同B两电子在磁场中运动时间一定不相同C进入圆形磁场区域的电子一定先飞离磁场D进入圆形磁场区域的电子一定不会后飞出磁场【解析】因为两电子在磁场中运动时，其轨道半径均为r，所以A选项正确；为了方便比拟两电子在磁场中的运动时间，可以将圆形磁场和正方形磁场重叠起来，电子的运动轨迹可能是图中的三条轨迹中的一条，所以两电子在磁场中的运动时间可能相同，在圆形磁场中运动的电子的运动时间可能小于在正方形磁场中运动的时间，所以D选项正确【答案】AD6(·临沂模拟)如下图，在一矩形区域内，不加磁场时，不计重力的带电粒子以某一初速度垂直左边界射入，穿过此区域的时间为t.假设加上磁感应强度度B、水平向外的匀强磁场，带电粒子仍以原来的初速度入射，粒子飞出时偏离原方向60°，利用以上数据可求出以下物理量中的()A带电粒子的比荷B带电粒子在磁场中运动的周期C带电粒子的初速度D带电粒子在磁场中运动的半径【解析】由带电粒子在磁场中运动的偏向角，可知带电粒子运动轨迹所对的圆心角为60°，因此由几何关系得磁场宽度lrsin60°sin60°，又未加磁场时有lv0t，所以可求得比荷，A项对；周期T可求出，B项对；但初速度未知，所以C、D项错【答案】AB7如下图，一带电小球质量为m，用丝线悬挂于O点，在竖直面内摆动，最大摆角为60°，水平磁场垂直于小球摆动的平面，当小球自左方摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，那么小球自右方摆到最低点时悬线上的张力为()A0B2mgC4mgD6mg【解析】假设没有磁场，那么到达最低点绳子的张力为F，那么Fmg由能量守恒得：mgl(1cos60°)mv2联立得F2mg.当有磁场存在时，由于洛伦兹力不做功，在最低点悬线张力为零那么F洛2mg当小球自右方摆到最低点时洛伦兹力大小不变，方向必向下，由公式得FF洛mg此时绳中的张力F4mg.【答案】C8(·江西重点中学联考)如下图，在平面直角坐标系中有一个垂直纸面向里的圆形匀强磁场，其边界过原点O和y轴上的点a(0，L)一质量为m、电荷量为e的电子从a点以初速度v0平行于x轴正方向射入磁场，并从x轴上的b点射出磁场，此时速度方向与x轴正方向的夹角为60°.以下说法中正确的选项是()A电子在磁场中运动的时间为B电子在磁场中运动的时间为C磁场区域的圆心坐标为(，)D电子在磁场中做圆周运动的圆心坐标为(0，2L)【解析】由图可以计算出电子做圆周运动的半径为2L，故在磁场中运动的时间为tT，A错误，B正确；ab是磁场区域圆的直径，故圆心坐标为(L，)，电子在磁场中做圆周运动的圆心为O，计算出其坐标为(0，L)，所以BC正确【答案】BC9(·南昌调研)如下图，在x>0、y>0的空间有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里，大小为B，现有四个质量及电荷量均相同的带电粒子，由x轴上的P点以不同的初速度平行于y轴射入此磁场，其出射方向如下图，不计重力的影响，那么()A初速度最大的粒子是沿方向射出的粒子B初速度最大的粒子是沿方向射出的粒子C在磁场中运动时间最长的是沿方向射出的粒子D在磁场中运动时间最长的是沿方向射出的粒子【解析】考查带电粒子在匀强磁场中的运动显然图中四条圆弧中对应的半径最大，由半径公式R可知，质量和电荷量相同的带电粒子在同一个磁场中做匀速圆周运动的速度越大，半径越大，A正确B错误；根据周期公式T知，当圆弧对应的圆心角为时，带电粒子在磁场中运动的时间为t，圆心角越大那么运动时间越长，圆心均在x轴上，由半径大小关系可知的圆心角为，且最大，故在磁场中运动时间最长的是沿方向出射的粒子，D正确C错误【答案】AD10(2022·武汉调研)如下图，边长为L的等边三角形ABC为两有界匀强磁场的理想边界，三角形内的磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B，三角形外的磁场(足够大)方向垂直纸面向里，磁感应强度大小也为B.把粒子源放在顶点A处，它将沿A的角平分线发射质量为m、电荷量为q、初速度为v0的带电粒子(粒子重力不计)假设从A射出的粒子带负电，v0，第一次到达C点所用时间为t1带负电，v0，第一次到达C点所用时间为t2带正电，v0，第一次到达C点所用时间为t3带正电，v0，第一次到达C点所用时间为t4那么以下判断正确的选项是()At1t3<t2t4 Bt1<t2<t3<t4Ct1<t2<t4<t3 Dt1<t3<t2<t4【解析】对于带负电，v0的粒子，由左手定那么可知，粒子受到的洛伦兹力方向向右，可知粒子做逆时针方向的匀速圆周运动，且半径等于L，那么粒子直接由A运动到C，易知t1；其余情况按照相同方法分析，可知t2T，t3T，t4T.【答案】C二、论述、计算题(此题共3小题，共40分，解答时应写出必要的文字说明、计算公式和重要的演算步骤，只写出最后答案不得分，有数值计算的题，答案中必须明确数值和单位)11(·郑州质量预测)如下图，一质量为m、带电荷量为q的粒子，速度大小为v0、方向沿y轴正方向，从O点射入圆形匀强磁场区域磁场的磁感应强度为B，磁场方向垂直纸面向外粒子飞出磁场区域后，从b处穿过x轴，在b点粒子速度方向与x轴正方向夹角为30°.试求圆形匀强磁场区域的最小面积(不考虑粒子重力)【解析】带电粒子的运动轨迹如下图，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力qv0Bm解得R由几何关系可知，当粒子在磁场中运动的圆弧轨迹所对应的弦长正好是磁场区域的直径时，磁场区域面积最小，磁场区域的最小半径为rRcos30°最小面积为Sr212(·高考福建理综)如图为可测定比荷的某装置的简化示意图，在第一象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B2.0×103T，在x轴上距坐标原点L0.50m的P处为粒子的入射口，在y轴上安放接收器现将一带正电荷的粒子以v3.5×104m/s的速度从P处射入磁场，假设粒子在y轴上距坐标原点L0.50m的M处被观测到，且运动轨迹半径恰好最小，设带正电粒子的质量为m，电量为q，不计其重力(1)求上述粒子的比荷；(2)如果在上述粒子运动过程中的某个时刻，在第一象限内再加一个匀强电场就可使其沿y轴正方向做匀速直线运动，求该匀强电场的场强大小和方向，并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加这个匀强电场；(3)为了在M处观测到按题设条件运动的上述粒子，第一象限内的磁场可以局限在一个矩形区域内，求此矩形磁场区域的最小面积，并在图中画出该矩形【解析】(1)设粒子在磁场中的运动半径为r.如图甲所示，依题意M、P连线即为该粒子在磁场中做匀速圆周运动的直径，由几何关系得r由洛伦兹力提供粒子在磁场中做匀速圆周运动的向心力，可得qvBm联立并代入数据解得4.9×107C/kg(或5.0×107C/kg)(2)设所加电场的场强大小为E.如图乙所示，当粒子经过Q点时，速度方向沿y轴正方向，依题意，在此时参加沿x轴正方向的匀强电场，电场力与此时的洛伦兹力平衡，那么有qEqvB代入数据得E70N/C所加电场的场强方向沿x轴正方向由几何关系可知，圆弧PQ所对应的圆心角为45°，设带电粒子做匀速圆周运动的周期为T，所求时间为t，那么有tTT联立并代入数据得t7.9×106s(3)如图丙所示，所求的最小矩形是MM1P1P，该区域面积S2r2联立并代入数据得S0.25m2矩形如图丙中MM1P1P(虚线)所示13(2022·成都树德中学高三测试)如下图，矩形区域和内分别存在方向为垂直于纸面向外和向里的匀强磁场(AA、BB、CC、DD为磁场边界，四者相互平行)磁感应强度的大小均为B.矩形区域的长度足够长，磁场宽度与BB、CC之间的距离相同某种带正电的粒子从AA上的O1处以大小不同的速度沿与O1A成30°角进入磁场(如下图，不计粒子所受重力)当粒子的速度小于某一值时，粒子在区域内的运动时间均为t0；当速度为v0时，粒子在区域内的运动时间均为t0/5.求：(1)粒子的比荷q/m； (2)磁场区域和区域的宽度d；(3)速度为v0时的粒子从O1到DD所用的时间【解析】(1)假设粒子的速度小于某一值时，粒子不能从BB离开区域，那么在区域中运动时间相同，轨迹如下图(图中只画出了一个粒子的轨迹)那么粒子在区域内做圆周运动的圆心角为：1300°粒子做圆周运动的周期为：T由1300°可知：t0解得：(2)速度为v0时，粒子在区域内的运动时间均为t0/5.设轨迹所对应的圆心角为2，由t0·1，·2，解得：2·160°所以其圆心在BB上，穿出BB时速度方向与BB垂直，其轨迹如下图，设轨道半径为R由qv0B，解得：R将B代入得：R磁场区域的宽度和区域的宽度为：dRsin60°(3)磁场区域的宽度和区域的宽度d相同，那么粒子在区域、区域中运动时间相等，均为，穿过无磁场区域的时间为t那么粒子从O1到DD所用的时间t2×t