2020年高考物理5-6月模拟试题汇编专题09恒定电流、磁场、带电粒子的运动(解析版).pdf

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1、 专题 09 恒定电流、磁场、带电粒子的运动 1（2020 届河南省焦作市高三第三次模拟）如图所示，A、B、C、D、E、F、G、H 是一正方体的 8 个顶点，正方体边长为 d，AE边竖直向下。空间有一沿 AB方向的匀强电场，从 A点沿 AD方向水平抛出一质量为 m、带电量为q的小球，小球恰好落到 G 点，重力加速度为 g，则（）A电场强度大小为mgEq B小球抛出的速度大小为0vgd C小球从 A 点运动到 G点的时间为dtg D小球运动到 G点时速度方向与水平面的夹角 满足5tan5【答案】A【解析】小球在正方体内做类平抛运动，只有当重力等于电场力时，小球才可以到达 G点，故 qEmg mg

2、qE，A 正确；由运动学公式可得=2Fmgma合 212dat 02dv t 02vgd B错误；由 B 可得 2dtg，C 错误;小球运动到 G 点时速度方向与水平面的夹角 满足 tanyxvv 2 2yvgd 2 2tan22gdgd D 错误。故选 A。2（2020 届河南省十所名校高三阶段性测试）如图所示，三角形 ABC 内有垂直于三角形平面向外的匀强磁场，AB 边长为 L，A30，B90，D是 AB边的中点。现在 DB段上向磁场内射入速度大小相同、方向平行于 BC 的同种粒子（不考虑粒子间的相互作用和粒子重力），若从 D点射入的粒子恰好能垂直 AC边射出磁场，则 AC 边上有粒子射出

3、的区域长度为（）A14L B13L C3 12L D3 13L【答案】C【解析】从 D 点射入和 B点射入的粒子的运动轨迹如图所示 设两个粒子在 AC 边上的出射点分别为 E、F点，由于从 D 点射出的粒子恰好能垂直 AC边射出磁场，所以A 点为该粒子做圆周运动的圆心，则粒子做圆周运动的半径为：12RL 则有12AEL 因为 D点是 AB 的中点，所以 D点是从 B 点射出的粒子做圆周运动的圆心，所以有：AD=DF，则根据几何知识有：132cos3022LAFL 所以有粒子射出的区域为：312EFAFAEL 故 ABD错误，C 正确。故选 C。3（2020 届福建省南平市高三第一次合质检）如图

4、所示，一水平放置的平行板电容器与电源相连。开始时开关闭合，一带电油滴沿两极板中心线方向以某一初速度射入，恰好沿中心线通过电容器。则下列判断正确的是 A保持开关闭合，将 B板竖直向上平移一小段距离，粒子可能打在电容器的 A 板上 B保持开关闭合，将 B板竖直向上平移一小段距离，粒子仍能沿原中心线通过电容器 C断开开关，将 B板竖直向上平移一小段距离，粒子可能打在电容器的 A板上 D断开开关，将 B板竖直向上平移一小段距离，粒子仍能沿原中心线通过电容器【答案】AD【解析】开始时，油滴能沿直线飞过两板，可知油滴受向下的重力和向上的电场力平衡，油滴带负电；若 保持开关闭合，将 B 板竖直向上平移一小段

5、距离，根据UEd可知，两板间场强变大，粒子受向上的电场力变大，粒子向上偏转，则粒子可能打在电容器的 A板上，选项 A正确，B错误；断开开关，则两板带电量不变，根据QCU、UEd以及4SCkd 可知4 kQES，则将 B 板竖直向上平移一小段距离，两板间场强不变，粒子受电场力不变，则粒子仍能沿原中心线通过电容器，选项 C 错误，D正确；故选 AD。4（2020 届广东省佛山市高三二模）如图所示，在 y0的区域内存在两个匀强磁场。以坐标原点 O 为圆心，半径为 R 的半圆形区域内磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为 B2；其余区域的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小 B1。一比荷为 k的带电粒

6、子在加速电场的下极板处无初速释放，经加速后从坐标为（-2R，0）的 a点进入磁场，又从坐标为（2R，0）的 b点离开磁场，且粒子经过各磁场边界时的速度方向均与该边界线垂直。不计粒子的重力，且不用考虑粒子多次进入 B2磁场的情况，则加速电场的电压大小可能为（）A2212kB R B221916kB R C221932kB R D2122kB B R【答案】ACD【解析】当粒子在电场中加速 2012Uqmv 当粒子速度较大时，粒子在磁场 B1中直接从 a点经半圆周到达 b点，此时粒子运动的轨道半径为 r1=2R 由20011vqv Bmr 联立解得2212UkB R 粒子运动的轨迹如图，设进入磁场

7、 B1的半径为 r2，则由几何关系 22222RrrR 解得234rR 则=37 则粒子在 B2中的运动半径为 343rR 由 20012vqv Bmr 20023vqv Bmr 联立解得 2221129=322kB RkB B RU 则选项ACD 正确，B 错误。故选 ACD。5（2020 届东北三省四市教研联合体高三模拟）如图所示，真空中 O 点固定一个带正电的点电荷，同一平面内距离点电荷 r 处有一个带负电的粒子 P（不计重力），该粒子在纸面内沿垂直于它们连线的方向入射，已知空间同时存在垂直纸面向里的匀强磁场，则关于粒子在电、磁场中的运动轨迹，不可能的是（）A在纸面内以 O 点为圆心，r

8、 为半径的圆 B初始阶段为在纸面内向右偏的曲线 C初始阶段为在纸面内向左偏的曲线 D沿初速度方向的直线【答案】D【解析】粒子受到向左的正点电荷的库仑力，由左手定则可知，粒子同时受到向右的洛伦兹力，开始时，当库仑力与洛伦兹力的合力刚好提供向心力则粒子在纸面内以 O 点为圆心，r 为半径的圆周运动，当库仑力与洛伦兹力的合力大于粒子做圆周运动的向心力时，粒子在初始阶段为在纸面内向左偏的曲线，当库仑力与洛伦兹力的合力向右时，粒子初始阶段为在纸面内向右偏的曲线，故 ABC 正确；粒子沿初速度方向做直线运动时，粒子与正点电荷间的库仑力变化，则粒子受到的合力变化，则粒子不可能沿初速度方向的直线，故 D 错误

9、。本题选不正确的，故选 D。6（2020 届广东省模拟）如图，虚线 a、b、c、d、e 为某有界匀强电场区域的五个等势面，各等势面间的距离相等。质子（11H）、粒子（42He）以相同的初动能，沿 c 射入该电场区域，其中一束粒子从 d 离开电场，另一束粒子从下边界 e 离开电场。则质子和粒子从进人到离开电场的过程中，下列说法正确的是（）A从 e 等势面离开电场的是粒子 B质子与粒子的动能增量之比为EkH:Ek=1:2 C质子与粒子的动量改变量之比为PH:P=1:2 D质子与粒子在电场中运动的时间之比为 qH:t=1:2【答案】AD【解析】A由于粒子在电场中的只受竖直方向的电场力，做类平抛运动

10、0 x vt FqEamm 2k0012Emv 212yat 联立解得 2k014qExyE 由于质子与粒子初动能一样、水平位移也一样，所以竖直方向上的位移由粒子本身电荷量所决定，一个粒子带两个正电荷，质子带一个正电荷，故粒子在竖直方向上的位移是质子的两倍，所以从 e 等势面离开电场的是粒子，故 A 正确；B由动能定理 kqUE 质子与粒子的动能增量之比 kHkHH:1:4EEq Uq U 故 B 错误；C由动量定理 2k2pEm H:1:4mm 质子与粒子的动量改变量之比为 HHkHk2:2:1:161:4ppmEmE 故 C 错误；D初速度之比为 k0k0HH221:1:2:14EEvvm

11、m 由 0 x vt 得 HH:1:2xxttvv 故 D 正确。故选 AD。7（2020 届广东省深圳市高三第一次调研）如图，仅在第一象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，一个带负电的微粒 a 从坐标(0,)L处射入磁场，射入方向与y轴正方向夹角为45，经时间t与静止在坐标(,)L L处的不带电微粒 b 发生碰撞，碰后瞬间结合为微粒 c。已知 a、b 质量相同（重力均不计），则c在磁场中运动的时间为（）A0.25t B0.5t Ct D2t【答案】D【解析】a 粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可得 2vBqvmr 可求得mvrBq ab 两粒子碰后瞬间结合为微粒 c，

12、碰撞前后系统动量守恒，由动量守恒定律可知 2acmvmv 可求得12cavv 碰撞后动量大小、电量都不变，说明 c 粒子轨迹半径和 a 粒子轨迹半径相同，画得轨迹如下图所示 由几何关系可知 a 粒子运动时间 112442aaaRRtTvv 由几何关系可知c在磁场中运动的时间为也为14cT，所以运动时间为 112442ccccRRtTvv 联立可得2ctt 故 D 正确，ABC 错误。故选 D。8（2020 届江西省吉安市高三一模）科学家预言，自然界存在只有一个磁极的磁单极子，磁单极 N 的磁场分布如图甲所示，它与如图乙所示正点电荷 Q 的电场分布相似。假设磁单极子 N 和正点电荷 Q 均固定，

13、有相同的带电小球分别在 N 和 Q 附近（图示位置）沿水平面做匀速圆周运动，则下列判断正确的是（）A从上往下看，图甲中带电小球一定沿逆时针方向运动 B从上往下看，图甲中带电小球一定沿顺时针方向运动 C从上往下看，图乙中带电小球一定沿顺时针方向运动 D从上往下看，图乙中带电小球一定沿逆时针方向运动【答案】A【解析】根据圆周运动的受力条件可以从图乙中判断带电小球带的一定是负电，且在电场中小球的运动方向与电场力的方向无关；由甲图中洛仑兹力方向，根据左手定则可知，带电小球一定沿逆时针方向运动。故选 A。9（2020 届江西省吉安市高三一模）如图所示，在水平边界 OP 上方有磁感应强度大小为 B、方向垂

14、直纸面向外的匀强磁场，OP 距离为 l，PQ 是一足够长的挡板，OP 延长线与 PQ 的夹角为，粒子打在挡板上均被吸收。在 O、P 之间有大量质量、电荷量和速度都相同的粒子，速度方向均垂直于边界 OP，且在纸面内。其中从 OP 中点射入的粒子恰能垂直打在挡板上（不计粒子重力及其相互作用）。则下列说法正确的是（）A当 30时，粒子打中挡板的长度为32l B当 45时，粒子打中挡板的长度为12l C当 60时，粒子打中挡板的长度为33l D当 90时，粒子打中挡板的长度为22l【答案】AC【解析】由 OP 中点射入的粒子垂直打在挡板上，可知带电粒子在磁场中运动半径 12rl 当30时，P 点射出的

15、粒子打在 PQ 的最高点，打中的长度为 332Srl 选项 A 正确；B当45时，P 点射出的粒子仍打在最高点，打中的长度为 222Srl 选项 B 错误；C当60时，P 点左侧某个粒子打在 PQ 上的最高点，其速度方向平行 OP，打中长度为 3sin603rSl 选项 C 正确；D当90时，不难判断打中的长度为12Srl 选项 D错误。故选 AC。10（2020 届辽宁省大连市高三第一次模拟）如图所示，真空中 O 点固定一个带正电的点电荷，同一平面内距离点电荷 r 处有一个带负电的粒子 P（不计重力），该粒子在纸面内沿垂直于它们连线的方向入射，已知空间同时存在垂直纸面向里的匀强磁场，则关于粒

16、子在电、磁场中的运动轨迹，不可能的是（）A在纸面内以 O 点为圆心，r 为半径的圆 B初始阶段为在纸面内向右偏的曲线 C初始阶段为在纸面内向左偏的曲线 D沿初速度方向的直线【答案】D【解析】粒子受到向左的正点电荷的库仑力，由左手定则可知，粒子同时受到向右的洛伦兹力，开始时，当库仑力与洛伦兹力的合力刚好提供向心力则粒子在纸面内以 O 点为圆心，r 为半径的圆周运动，当库仑力与洛伦兹力的合力大于粒子做圆周运动的向心力时，粒子在初始阶段为在纸面内向左偏的曲线，当库仑力与洛伦兹力的合力向右时，粒子初始阶段为在纸面内向右偏的曲线，故 ABC 正确；粒子沿初速度方向做直线运动时，粒子与正点电荷间的库仑力变

17、化，则粒子受到的合力变化，则粒子不可能沿初速度方向的直线，故 D 错误。本题选不正确的，故选 D。11（2020 届陕西省西安中学高三第三次模拟）据有关资料介绍，受控核聚变装置中有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场约束带电粒子运动，使之束缚在某个区域内。如图所示，环状磁场的内半径为 R1，外半径为 R2，被束缚的带电粒子的比荷为 k，中空区域内带电粒子具有各个方向的速度，速度大小为 v。中空区域中的带电粒子都不会穿出磁场的外边缘而被约束在半径为 R2的区域内，则环状区域内磁场的磁感应强度大小可能是（）A22212R vk RR B222212R vk RR C2

18、13vk RR D21vk RR【答案】AC 【解析】由题意可知，粒子的比荷为 k，要使所有的粒子都不能穿出磁场，与内圆相切的方向进入磁场的粒子在磁场运动的轨迹刚好与外圆相切，运动轨迹如图所示，由几何知识可知，粒子最大轨道半径 212RRr 粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得 2vqvBmr 解得212()vBk RR 要使粒子不离开磁场 212()vBk RR 由于 R1R2，则 222221212121222=()()R vRvvk RRRRk RRk RR 故 AC 正确，BD 错误。故选 AC。12（2020 届四川省绵阳市高三第三次诊断）如图所示，在边长为

19、L 的正方形区域 ABCD 内存在磁感应强度大小为 B，方向垂直纸面向外的匀强磁场。质量为 m，电荷量为 q 的带电粒子（不计重力），分别以相同的速率v从A点沿不同方向垂直磁场方向射入磁场，当沿AC方向射入时，垂直于BC边射出磁场。则粒子（）A带负电 B运动速率2qBLvm C在磁场中运动的最长时间3mmTqB D在磁场中运动的最长时间mmTqB【答案】BC【解析】由左手定则可知粒子带正电，选项 A 错误；根据粒子的运动轨迹可知=2RL 由2vqvBmR 可得2BqLvm，选项 B 正确；从 C 点射出的粒子在磁场中运动的时间最长，圆弧所对的圆心角为 60，则最长时间为 m6023603mmT

20、qBqB 选项 C 正确，D 错误。故选 BC。13（2020 届重庆市高三第二次调研）如图所示，一个带正电的小球沿光滑的水平绝缘桌面向右运动，速度的方向垂直于水平方向的匀强磁场，小球飞离桌子边缘进入磁场，最后落到地板上，设其飞行时间为 t1，水平射程为 s1，落地动能为 Ek1，落地速率为 v1。撤去磁场，其余条件不变，小球飞行时间为 t2，水平射程为s2，落地动能为 Ek2，落地速率为 v2。不计空起阻力，则（）At1t2 Bs1s2 Cv1v2 DEk1Ek2【答案】B【解析】有磁场时，小球下落过程中要受重力和洛仑兹力共同作用，重力方向竖直向下，大小方向都不变；洛仑兹力的大小和方向都随速

21、度的变化而变化，但在能落到地面的前提下洛仑兹力的方向跟速度方向垂直，总是指向右上方某个方向，其水平分力 fx水平向右，竖直分力 fy竖直向上，如图所示 竖直方向的加速度仍向下，但小于重力加速度 g，从而使运动时间比撤去磁场后要长，即 t1t2，故 A 错误；小球水平方向也将加速运动，从而使水平距离比撤去磁场后要大，即 s1s2，故 B 正确；在有磁场，重力和洛仑兹力共同作用时，其洛仑兹力的方向每时每刻都跟速度方向垂直，不对粒子做功，不改变粒子的动能，有磁场和无磁场都只有重力作功，动能的增加是相同的。有磁场和无磁场，小球落地时速度方向并不相同，但速度的大小是相等的，故 CD 错误。故选 B。14

22、（2020 届重庆市高三第二次调研）如图所示，一个质量为 m、带电量为 q 的粒子，从两带电平行板的正中间沿与匀强电场垂直的方向射入，当粒子的入射速度为 v 时，它恰能穿过两平行板间的电场区域而不碰到金属板上。现欲使质量为 m、入射速度为2v的粒子也能恰好穿过这一电场区域而不碰到金属板，不计粒子所受的重力。在以下的仅改变某一物理量的方案中，可行的是（）A使粒子的带电量减少为原来的14 B使两板间所接电源的电压减小到原来的一半 C使两板间的距离增加到原来的 2 倍 D使两极板的长度减小为原来的一半【答案】ACD【解析】设平行板长度为 l，宽度为 2d，板间电压为 U，粒子恰能穿过一电场区域而不碰

23、到金属板上，则沿初速度方向做匀速运动，有：ltv，垂直初速度方向做匀加速运动，有：2qUamd得：222124qUldatmdv 现欲使质量为 m、入射速度为2v的粒子也能恰好穿过这一电场区域而不碰到金属板，则沿初速度方向水平距离仍是 l，垂直初速度方向距离仍为 d。由上知：可使粒子的带电量减少为原来的14，故 A 正确；由上知：可使两板间所接电源的电压减小到原来的14，故 B 错误；使两板间的距离增加到原来的 2 倍，此时垂直初速度方向距离应为 2d，222422qUlydvmd，粒子恰好穿过这一电场区域而不碰到金属板，故 C 正确；由上知：可使两极板的长度减小为原来的一半。故 D 正确。故选 ACD。