2021届高考物理一轮复习：第九章《磁场》综合测试题.pdf

第 1 页 共 10 页2021 届高考物理一轮复习：第九章磁场综合试题(1)动态放缩法适用条件a.速度方向一定，大小不同粒子源发射速度方向一定，大小不同的带电粒子进入匀强磁场时，这些带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径随速度的变化而变化.b.轨迹圆圆心共线如图 1 所示(图中只画出粒子带正电的情景)，速度 v 越大，运动半径也越大.可以发现这些带电粒子射入磁场后，它们运动轨迹的圆心在垂直初速度方向的直线CO 上.图 1 第 2 页 共 10 页界定方法以入射点O 为定点，圆心位于CO 直线上，将半径放缩作轨迹，从而探索出临界条件，这种方法称为“放缩圆法”.例1如图 2 所示，宽度为d 的有界匀强磁场，磁感应强度为B，MM 和 NN是磁场左右两条边界线.现有一质量为m、电荷量为q 的带电粒子沿图示方向垂直射入磁场中，45，要使粒子不能从右边界NN射出，求粒子入射速率的最大值为多少？第 3 页 共 10 页图 2 解析用“放缩圆法”作出带电粒子运动的轨迹如图所示，当其运动轨迹与NN边界线相切于 P 点时，这就是具有最大入射速率vmax的粒子的轨迹.由图可知：Rmax(1cos 45)d，又 Bqvmaxmv2maxRmax，联立可得vmax22 Bqdm.答案22 Bqdm(2)定圆旋转法当粒子的入射速度大小确定而方向不确定时，所有不同方向入射的粒子的轨迹圆是一样大的，只是位置绕入射点发生了旋转，从定圆的动态旋转(作图)中，也容易发现“临界点”.另外，要重视分析时的尺规作图，规范而准确的作图可突出几何关系，使抽象的物理问题更形象、直观，如图3.第 4 页 共 10 页图 3 适用条件a.速度大小一定，方向不同粒子源发射速度大小一定，方向不同的带电粒子进入匀强磁场时，它们在磁场中做匀速圆周运动的半径相同，若入射初速度为v0，由 qv0Bmv20R得圆周运动半径为Rmv0qB.b.轨迹圆圆心共圆带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心在以入射点O 为圆心、半径Rmv0qB的圆(这个圆在下面的叙述中称为“轨迹圆心圆”)上.界定方法将一半径为Rmv0qB的圆的圆心沿着“轨迹圆心圆”平移，从而探索出临界条件，这种方法称为“平移圆法”.第 5 页 共 10 页例2如图 4，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度的大小B 0.60 T.磁场内有一块平面感光板ab，板面与磁场方向平行.在距 ab 为 l16 cm 处，有一个点状的粒子放射源S，它向各个方向发射粒子，粒子的速率都是v3.0 106 m/s.已知 粒子的电荷量与质量之比qm5.0107 C/kg.现只考虑在纸面内运动的 粒子，求ab 板上被 粒子打中区域的长度.第 6 页 共 10 页图 4 解析粒子带正电，故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动.用 R 表示轨迹半径，有qvBmv2R，由此得 RmvqB，代入数据解得R10 cm，可见 2RlR.因朝不同方向发射的粒子的圆轨迹都过S，由此可知，某一圆轨迹在如图所示中N 左侧与ab 相切，则此切点P1就是 粒子能打中的左侧最远点.为确定P1点的位置，可作平行于ab的直线 cd，cd 到 ab 的距离为R，以 S为圆心，R 为半径，作圆弧交cd 于 Q 点，过 Q 作 ab的垂线，它与ab 的交点即为P1.即：NP1R2 lR2.再考虑 N 的右侧.任何 粒子在运动中离S的距离不可能超过2R，以 2R 为半径、S为圆心作圆弧，交ab 于 N 右侧的 P2点，此即右侧能打到的最远点.第 7 页 共 10 页从图中几何关系得NP22R2 l2，所求长度为P1P2NP1NP2，代入数据解得P1P2 20 cm.答案20 cm 带电粒子在多磁场中的运动，一般是指带电粒子在两个相邻匀强磁场中的运动.解决此类问题的一般思路：(1)根据题中所给的条件，画出粒子在两磁场中做匀速圆周运动的轨迹；(2)根据画出的轨迹，找出粒子在两磁场中做匀速圆周运动的圆心和半径；(3)适当添加辅助线，运用数学方法计算出粒子在两磁场中的轨迹半径(有时候还要找出圆心角)；(4)结合粒子运动的半径公式rmvBq(或周期公式T2 mqB)即可得出所求的物理量.第 8 页 共 10 页例3如图 5 所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域和中，直径 A2A4与直径 A1A3之间的夹角为 60.一质量为m、电荷量为q 的带正电粒子以某一速度从区的边缘点A1处沿与 A1A3成 30 角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心进入区，最后再从 A4处射出磁场.已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，求：第 9 页 共 10 页图 5(1)粒子在磁场区域和中运动的轨道半径R1与 R2的比值；(2)区和区中磁场的磁感应强度B1和 B2的大小.解析(1)粒子在两匀强磁场中的运动轨迹如图所示设粒子射入磁场时的速度大小为v，圆形区域的半径为r.连接 A1A2，由几何知识可知，A1A2O为等边三角形，A2为粒子在区域 磁场中运动时轨迹圆的圆心，所以R1r.由于粒子垂直直径 A2A4进入 区，从A4点离开磁场，所以粒子在区域磁场中运动的轨迹为半圆，圆形磁场区域的半径OA4即粒子在 区磁场中做圆周运动时轨迹圆的直径，所以 R2r2，由此可得：R1R22.(2)带电粒子在 区磁场中做圆周运动的周期为T12 mqB1，因为 A1A2O60，所以粒子在第 10 页 共 10 页区磁场中运动的时间为t1T16 m3qB1.带电粒子在 区磁场中做圆周运动的周期为T22 mqB2，因粒子在 区磁场中运动轨迹为半圆，所以其运动时间为t2T22 mqB2，带电粒子在磁场中运动的总时间为tt1 t2，又因为R1R22，所以 B2 2B1，由以上各式可得：B15 m6qtB25 m3qt.答案(1)2(2)5 m6qt5 m3qt