高考物理二轮复习第一部分专题八磁场带电粒子在磁场及复合场中的运动限时集训.doc

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1、1 / 10【2019【2019 最新最新】精选高考物理二轮复习第一部分专题八磁场精选高考物理二轮复习第一部分专题八磁场带电粒子在磁场及复合场中的运动限时集训带电粒子在磁场及复合场中的运动限时集训(对应学生用书第 131 页)(建议用时：40 分钟)一、选择题(本题共 8 小题，每小题 6 分在每小题给出的四个选项中，第 15 题只有一项符合题目要求，第 68 题有多项符合题目要求全部选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 0分)1中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也 ”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图

2、 821 所示结合上述材料，下列说法不正确的是( )【导学号：17214143】图 821A地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近C地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用C C 地球为一巨大的磁体，地磁场的南极、北极在地理上的北地球为一巨大的磁体，地磁场的南极、北极在地理上的北极和南极附近，两极并不重合；且地球内部也存在磁场，只有极和南极附近，两极并不重合；且地球内部也存在磁场，只有赤道上空磁场的方向才与地面平行；对射向地球赤道的带电宇赤道上空磁场的方向才与地面平行；对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的

3、速度方向与地磁场方向不会平行，一定受到地磁宙射线粒子的速度方向与地磁场方向不会平行，一定受到地磁场力的作用，故场力的作用，故 C C 项说法不正确项说法不正确 2 / 102(2017洛阳三模)如图 822 所示，一个静止的质量为 m、带电荷量为 q 的粒子(不计重力)，经电压 U 加速后垂直进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，粒子在磁场中转半个圆后打在 P 点，设OPx，能够正确反映 x 与 U 之间的函数关系的是( )图 822B B 带电粒子经电压带电粒子经电压 U U 加速，由动能定理，加速，由动能定理，qUqUmv2mv2，垂直进，垂直进入磁感应强度为入磁感应强度为 B B 的匀强磁

4、场中，洛伦兹力提供向心力，的匀强磁场中，洛伦兹力提供向心力，qvBqvBm m，而，而 R R，联立解得，联立解得 x x由此可知能够正确反映由此可知能够正确反映 x x 与与U U 之间的函数关系的是选项之间的函数关系的是选项 B B 中图象中图象 3如图 823，在磁感应强度大小为 B0 的匀强磁场中，两长直导线P 和 Q 垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为 l在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流 I 时，纸面内与两导线距离均为l 的 a 点处的磁感应强度为零如果让 P 中的电流反向、其他条件不变，则 a 点处磁感应强度的大小为( )【导学号：17214144】图 823D2B0 A

5、0 BB0 CB0 C C 在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流 I I 时，纸面时，纸面内与两导线距离为内与两导线距离为 l l 的的 a a 点处的磁感应强度为零，如图所示：点处的磁感应强度为零，如图所示：由此可知，外加的磁场方向与 PQ 平行，且由 Q 指向 P，即B1B0依据几何关系及三角知识，则有：BPcos 30B0 解得：P 或 Q 通电导线在 a 处的磁场大小为 BPB03 / 10当 P 中的电流反向，其他条件不变，再依据几何关系，及三角知识，则有：B2B0因外加的磁场方向与 PQ 平行，且由 Q 指向 P，磁场大小为 B0；最后由

6、矢量的合成法则，那么 a 点处磁感应强度的大小为BB0，故 C 正确，A、B、D 错误4质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具图824 中的铅盒 A 中的放射源放出大量的带正电粒子(可认为初速度为零)，从狭缝 S1 进入电压为 U 的加速电场区加速后，再通过狭缝 S2 从小孔 G 垂直于 MN，以速度 v 射入偏转磁场，该偏转磁场是以直线 MN 为切线、磁感应强度为 B、方向垂直于纸面向外、半径为 R 的圆形匀强磁场现在 MN 上的 F 点(图中未画出)接收到该粒子，且 GFR则该粒子的荷质比为(粒子的重力忽略不计)( ) 【导学号：17214145】图 824A B C D2U

7、R2B2C C 带电粒子运动轨迹如图设粒子加速后获得的速度为带电粒子运动轨迹如图设粒子加速后获得的速度为 v v，由，由动能定理有：动能定理有：qUqUmv2mv2tan GOF3得GOF60EOG120tan OOGtan 60，得 rR所以粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径 rR又 qvBm，则5两平行的金属板沿水平方向放置，极板上所带电荷情况如图4 / 10825 所示，且极板间有垂直纸面向里的匀强磁场，现将两个质量相等的带电小球分别从 P 点沿水平方向射入极板间，两小球均能沿直线穿过平行板，若撤去磁场，仍将这两个带电小球分别保持原来的速度从 P 点沿水平方向射入极板间，则两个小球会分

8、别落在 A、B 两点，设落在 A、B 两点的小球的带电荷量分别为qA、qB，则下列关于此过程的说法正确的是( ) 【导学号：17214146】图 825A两小球一定带负电B若 qAqB，则两小球射入时的初速度一定有 vAvBC若 qAqB，则两小球射入时的动能一定有 EkAqBqAqB，则一定有，则一定有 vAxBxAxB，则应有，则应有 vAvBvAvB，与上述矛盾，由此可知，两个小，与上述矛盾，由此可知，两个小球在极板间运动的加速度不可能相等，选项球在极板间运动的加速度不可能相等，选项 D D 错误错误 6(2017湖南十三校一联)如图 826 所示，直角坐标系 xOy 位于竖直平面内，y

9、 轴竖直向上第、象限内有垂直于坐标平面向5 / 10外的匀强磁场，第象限同时存在方向平行于 y 轴的匀强电场(图中未画出)一带电小球从 x 轴上的 A 点由静止释放，恰好从 P 点垂直于 y 轴进入第象限，然后做圆周运动，从 Q 点垂直于 x 轴进入第象限，Q 点距 O 点的距离为 d，重力加速度为 g根据以上信息，可以求出的物理量有( )图 826A磁感应强度大小B小球在第象限运动的时间C电场强度的大小和方向D圆周运动的速度大小BDBD 由由 A A 到到 P P 点过程有点过程有 mgdmgdmv2mv2，则小球做圆周运动的速度，则小球做圆周运动的速度大小大小 v v，选项，选项 D D

10、正确；小球在第正确；小球在第象限运动的时间象限运动的时间t tT T，选项，选项 B B 正确；在第正确；在第象限，小球做圆周运动，则有象限，小球做圆周运动，则有mgmgqEqE，由于，由于 m m、q q 未知，不能求电场强度的大小，由未知，不能求电场强度的大小，由 d d知，知，不能求磁感应强度大小，选项不能求磁感应强度大小，选项 A A、C C 错误错误 7如图 827 所示，直角三角形 ABC 区域中存在一匀强磁场，比荷相同的两个粒子(不计重力)从 A 点沿 AB 方向射入磁场，分别从 AC边上的 P、Q 两点射出，则( )图 827A从 P 点射出的粒子速度大B从 Q 点射出的粒子速

11、度大C从 Q 点射出的粒子在磁场中运动的时间长D两个粒子在磁场中运动的时间一样长BDBD 粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据几粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据几何关系何关系( (如图所示，弦切角相等如图所示，弦切角相等) )，粒子在磁，粒子在磁6 / 10场中偏转的圆心角相等，根据粒子在磁场中运动的时间场中偏转的圆心角相等，根据粒子在磁场中运动的时间 t tT T，粒子在磁场中做圆周运动的周期粒子在磁场中做圆周运动的周期 T T，可知粒子在磁场中运动，可知粒子在磁场中运动的时间相等，故的时间相等，故 D D 项正确，项正确，C C 项错误；如图所示，粒子在磁场项错误；如图所示，粒子在磁场中做圆周

12、运动，分别从中做圆周运动，分别从 P P 点和点和 Q Q 点射出，由图知，粒子运动的点射出，由图知，粒子运动的半径半径 RPRQRPRQ，又粒子在磁场中做圆周运动的半径，又粒子在磁场中做圆周运动的半径 R R，可知粒，可知粒子运动速度子运动速度 vPvQvPvQ，故，故 A A 项错误、项错误、B B 项正确项正确 8(名师原创)如图 828 所示，在区域和区域内分别存在与纸面垂直但方向相反的匀强磁场，区域内磁感应强度是区域内磁感应强度的 2 倍，一带电粒子在区域左侧边界处以垂直边界的速度进入区域，发现粒子离开区域时速度方向改变了 30，然后进入区域，测得粒子在区域内的运动时间与区域内的运动

13、时间相等，则下列说法正确的是( )图 828A粒子在区域和区域中的速率之比为 11B粒子在区域和区域中的角速度之比为 21C粒子在区域和区域中的圆心角之比为 12D区域和区域的宽度之比为 11ACDACD 由于洛伦兹力对带电粒子不做功，故粒子在两磁场中的由于洛伦兹力对带电粒子不做功，故粒子在两磁场中的运动速率不变，故运动速率不变，故 A A 正确；由洛伦兹力正确；由洛伦兹力 f fqBvqBvmama 和和a avv 可知，粒子运动的角速度之比为可知，粒子运动的角速度之比为1212B1B2B1B21212，则，则 B B 错误；由于粒子在区域错误；由于粒子在区域和区和区域域内的运动时间相等，由

14、内的运动时间相等，由 t t可得可得 t t，且，且 B2B22B12B1，所以，所以可得可得 12121212，则，则 C C 正确；由题意可知，粒子在区域正确；由题意可知，粒子在区域中运动的圆心角为中运动的圆心角为 3030，则粒子在区域，则粒子在区域中运动的圆心角为中运动的圆心角为6060，由，由 R R可知粒子在区域可知粒子在区域中的运动半径是在区域中的运动半径是在区域中运中运7 / 10动半径的动半径的 2 2 倍，设粒子在区域倍，设粒子在区域中的运动半径中的运动半径为为 r r，作粒子运动的轨迹如图所示，则由图可，作粒子运动的轨迹如图所示，则由图可知，区域知，区域的宽度的宽度 d1

15、d12rsin2rsin 3030r r；区域；区域的宽度的宽度 d2d2rsinrsin 3030rcos(180rcos(180606060)60)r r，故，故D D 正确正确 二、计算题(共 2 小题，32 分)9(16 分)(2017辽宁省辽南协作校联考)如图 829 所示，在矩形ABCD 内，对角线 BD 以上的区域存在平行于 AD 向下的匀强电场，对角线 BD 以下的区域存在垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出)，其中 AD 边长为 L，AB 边长为 L，一个质量为 m、电荷量为q 的带电粒子(不计重力)以初速度 v0 从 A 点沿 AB 方向进入电场，经对角线 BD 某处垂直 BD

16、 进入磁场求：图 829(1)该粒子进入磁场时速度的大小；(2)电场强度的大小；(3)要使该粒子能从磁场返回电场，磁感应强度应满足什么条件？(结论可用根式来表示) 【导学号：17214147】【解析】 (1)如题图所示，由几何关系可得BDC30，带电粒子受电场力作用做类平抛运动，由速度三角形可得 vxv0vyv0则 v2v0(2)设 BP 的长度为 x，则有 xsin 30t1Lxcos 30v0t13Eqma8 / 10vyat1，解得 x，t1，E(3)若磁场方向向外，轨迹与 DC 相切，如图甲所示有R14L 5得 R14L 15由 B1qvm 得 B115mv0 2qL磁场方向向外，要使

17、粒子返回电场，则 B115mv0 2qL若磁场方向向里，轨迹与 BC 相切时，如图乙所示有R2，得 R262 33L5由 B2qvm 得 B252 33mv09qL磁场方向向里，要使粒子返回电场，则 B2【答案】 见解析10(16 分)北京正、负电子对撞机是国际上唯一高亮度对撞机，它主要由直线加速器、电子分离器、环形储存器和对撞测量区组成，其简化原理如图 830 所示：MN 和 PQ 为足够长的水平边界，竖直边界 EF 将整个区域分成左右两部分，区域的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为 B，区域的磁场方向垂直纸面向外调节区域的磁感应强度的大小可以使正、负电子在测量区内不同位置进行对撞经加速和积

18、累后的电子束以相同速率分别从注入口 C和 D 同时入射，入射方向平行于 EF 且垂直磁场已知注入口C、D 到 EF 的距离均为 d，边界 MN 和 PQ 的间距为 8d，正、负电子的质量均为 m，所带电荷量分别为e 和e图 8309 / 10(1)试判断从注入口 C 入射的是哪一种电子？忽略电子进入加速器的初速度，电子经加速器加速后速度为 v0，求直线加速器的加速电压 U；(2)若将区域的磁感应强度大小调为 B，正、负电子以 v1的速率同时射入，则正、负电子经多长时间相撞？(3)若将区域的磁感应强度大小调为，正、负电子仍以 v1的速率射入，但负电子射入时刻滞后于正电子 t，以 F 点为原点建立

19、如图 830 所示的坐标系，求正、负电子相撞的位置坐标 【导学号：17214148】【解析】 (1)从 C 入射的电子在 C 点受到的洛伦兹力向右，粒子向右偏转，经过区反向偏转，再进入区，这样才能持续向下运动直至与从 D 入射的电子碰撞；若从 C 入射的电子在 C 点受到的洛伦兹力向左，则粒子可能还未碰撞就从 MN 边界射出，所以，由左手定则可判断从 C 入射的电子为正电子；忽略电子进入加速器的初速度，电子经加速器加速后速度为 v0，则由动能定理可得：Uemv，所以，U(2)电子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，所以有 Bv1e，则 R1d，T2m eB电子在、区域中运动时半径相同，电子射入后

20、的轨迹如图甲所示，甲所以，电子在射入后正好转过 360后对撞，那么，对撞时间：tT(3)电子在区域中运动时半径不变，仍为 R1d，运动周期10 / 10T1；将区域的磁感应强度大小调为，则电子在区域中运动时半径 R23d，运动周期 T2；负电子射入时刻滞后于正电子 tT2，乙电子射入后的轨迹如图乙所示，若两电子同时射出，则两电子交与 H 点；现负电子射入时刻滞后于正电子 T2，则负电子比正电子在区域中少转36060，所以，两电子相撞的位置在 H 点以圆心向负电子方向转过 30，即 A 点；易知 H 点坐标为(3d，4d)，所以，A 点坐标为(3dcos 30，4d3dsin 30)【答案】 (1)正电子 (2) (3)(3 32d，52d)