【名師一號】2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 8-2 磁場對帶電粒子的作用課時檢測 新人教版（通用）

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1、第二講　磁場對帶電粒子的作用 1．帶電粒子垂直磁場方向運(yùn)動時，會受到洛倫茲力的作用．下列表述正確的是(　　) A．洛倫茲力對帶電粒子做功 B．洛倫茲力不改變帶電粒子的動能 C．洛倫茲力的大小與速度無關(guān) D．洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向 解析　根據(jù)洛倫茲力的特點，洛倫茲力對帶電粒子不做功，A選項錯誤，B選項正確；根據(jù)F＝qvB，可知大小與速度有關(guān)．洛倫茲力的效果就是改變物體的運(yùn)動方向，不改變速度的大小，C、D選項錯誤． 答案　B 2．一個帶電粒子在磁場力的作用下做勻速圓周運(yùn)動，要想確定帶電粒子的電荷量與質(zhì)量之比，則只需要知道(　　) A．運(yùn)動速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B B．磁

2、感應(yīng)強(qiáng)度B和運(yùn)動周期T C．軌道半徑R和運(yùn)動速度v D．軌道半徑R和磁感應(yīng)強(qiáng)度B 解析　由帶電粒子的洛倫茲力充當(dāng)向心力可得Bqv＝m?＝可知A、C、D選項錯誤；由T＝?＝可知選項B正確． 答案　B 3．“月球勘探號”空間探測器運(yùn)用高科技手段對月球近距離勘探，在月球重力分布、磁場分布及元素測定方面取得了新成果．月球上的磁場極其微弱，通過探測器拍攝電子在月球磁場中的運(yùn)動軌跡，可分析月球磁場強(qiáng)弱的分布情況．如圖所示，是探測器通過月球表面的A、B、C、D、四個位置時拍攝到的電子的運(yùn)動軌跡的照片．設(shè)電子的速率相同，且與磁場的方向垂直，則可知磁場最強(qiáng)的位置應(yīng)在(　　) 解析　由r＝可知B較

3、大的地方，r較?。? 答案　A 4.如圖是人工托克馬克(人造核聚變)實驗中，用環(huán)狀勻強(qiáng)磁場約束高能帶電粒子的原理圖，下列說法正確的是(　　) A．沿半徑方向飛入環(huán)狀磁場的粒子最容易飛出磁場 B．沿內(nèi)圓切線方向飛入環(huán)狀磁場的粒子最容易飛出磁場 C．所有粒子在磁場中運(yùn)動的時間都相同 D．不同速度的粒子在磁場中運(yùn)動的時間一定不同 解析　粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動時間取決于圓弧所對的圓心角的大小，所以C、D錯誤；沿內(nèi)圓切線方向飛入環(huán)狀磁場的粒子，穿出磁場所需的半徑最小，由R＝可知該粒子穿出磁場所需的速度最小，因而最容易飛出磁場，B正確；沿半徑方向飛入環(huán)狀磁場的粒子，飛出磁場所需的速度較大，因

4、而不容易飛出磁場，A錯誤． 答案　B 5.如圖所示，空間存在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，場內(nèi)有一絕緣的足夠長的直桿，它與水平面的傾角為θ，一帶電量為－q、質(zhì)量為m的帶負(fù)電的小球套在直桿上，從A點由靜止沿桿下滑，小球與桿之間的動摩擦因數(shù)為μ，在小球以后運(yùn)動的過程中，下列說法正確的是(　　) A．小球下滑的最大速度為v＝ B．小球下滑的最大加速度為am＝gsinθ C．小球的加速度一直在減小 D．小球的速度先增大后減小 解析　小球開始下滑時有mgsinθ－μ(mgcosθ－qvB)＝ma，隨v增大，a增大，當(dāng)v＝時，a達(dá)最大值gsinθ，此后下滑過程中有mgsinθ

5、－μ(qvB－mgcosθ)＝ma，隨v增大，a減小，當(dāng)vm＝時，a＝0.所以整個過程中，v先一直增大后不變；a先增大后減小，所以B選項正確． 答案　B 6.極光是由來自宇宙空間的高能帶電粒子流進(jìn)入地極附近的大氣層后，由于地磁場的作用而產(chǎn)生的．如圖所示，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證實，這些高能帶電粒子流向兩極做螺旋運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)半徑不斷減?。诉\(yùn)動形成的原因是(　　) A．可能是洛倫茲力對粒子做負(fù)功，其動能減小 B．可能是介質(zhì)阻力對粒子做負(fù)功，使其動能減小 C．可能是粒子的帶電量減小 D．南北兩極的磁感應(yīng)強(qiáng)度較強(qiáng) 解析　帶電粒子流向兩極旋轉(zhuǎn)滿足qvB＝m，即r＝，因此從此式看，旋轉(zhuǎn)半徑不斷減小

6、可能是速度變小、帶電量變大或者磁感應(yīng)強(qiáng)度變強(qiáng)造成的，而因為洛倫茲力對粒子不做功，故選項B、D正確． 答案　BD 7．如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中附加另一勻強(qiáng)磁場，附加磁場位于圖中陰影區(qū)域，附加磁場區(qū)域的對稱軸OO′與SS′垂直．a(chǎn)、b、c三個質(zhì)子先后從S點沿垂直于磁場的方向射入磁場，它們的速度大小相等，b的速度方向與SS′垂直，a、c的速度方向與b的速度方向間的夾角分別為α、β，且α>β.三個質(zhì)子經(jīng)過附加磁場區(qū)域后能到達(dá)同一點S′，則下列說法中正確的有(　　) A．三個質(zhì)子從S運(yùn)動到S′的時間相等 B．三個質(zhì)子在附加磁場以外區(qū)域運(yùn)動時，運(yùn)動軌跡的圓心均在OO′軸上 C．若撤去附加磁場，

7、a到達(dá)SS′連線上的位置距S點最近 D．附加磁場方向與原磁場方向相同 解析　質(zhì)子在磁場中運(yùn)動時速度大小不變，由題圖可知質(zhì)子運(yùn)動的軌跡長度不相等，所以三個質(zhì)子運(yùn)動的時間不等，選項A錯誤；由r＝知三個質(zhì)子在附加磁場以外區(qū)域運(yùn)動時軌道半徑相等，又洛倫茲力的方向與速度方向垂直，所以從S點作出的圓心不均在OO′軸上，選項B錯誤；若撤去附加磁場SS′，距離為2rcosθ，θ為質(zhì)子初速度方向與豎直方向的夾角，因為α>β，所以a到達(dá)SS′連線上的位置距S點最近，選項C正確；由題意知附加磁場與原磁場方向相同，選項D正確． 答案　CD 8.如圖所示，在x>0、y>0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方

8、向垂直于xOy平面向里，大小為B.現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，在x軸上到原點的距離為x0的P點，以平行于y軸的初速度射入磁場．在磁場作用下沿垂直于y軸的方向射出磁場．不計重力的影響，由這些信息可以確定(　　) A．能確定粒子通過y軸的位置 B．能確定粒子速度的大小 C．能確定粒子在磁場中運(yùn)動所經(jīng)歷的時間 D．以上三個判斷都不對 解析　粒子在磁場作用下沿垂直于y軸的方向射出磁場，可知半徑大小等于x0，A選項正確；由r＝＝x0?v＝，所以B選項正確；畫出軌跡可知粒子完成了四分之一圓周的路徑，所以有t＝T＝＝，C選項正確，D選項錯誤． 答案　ABC 9.如圖是質(zhì)譜儀的工作

9、原理示意圖．帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器．速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場．下列表述正確的是(　　) A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外 C．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小 解析　本題考查質(zhì)譜儀的工作原理，意在考查考生分析帶電粒子在電場、磁場中的受力和運(yùn)動的能力．粒子先在電場中加速，進(jìn)入速度選擇器做勻速直線運(yùn)動，最后進(jìn)入磁場做勻速圓周運(yùn)動．在速度選擇器中受

10、力平衡：Eq＝qvB得v＝，方向由左手定則可知磁場方向垂直紙面向外，B、C正確；進(jìn)入磁場后，洛倫茲力提供向心力，qvB0＝得R＝，所以荷質(zhì)比不同的粒子偏轉(zhuǎn)半徑不一樣，所以A對，D錯． 答案　ABC 10．如圖所示，質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的P環(huán)套在固定的水平長直絕緣桿上，整個裝置處在垂直于桿的水平勻強(qiáng)磁場中，磁場強(qiáng)度大小為B.現(xiàn)給環(huán)一向右的初速度v0，則(　　) A．環(huán)將向右減速，最后勻速 B．環(huán)將向右減速，最后停止運(yùn)動 C．從環(huán)開始運(yùn)動到最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，損失的機(jī)械能是mv D．從環(huán)開始運(yùn)動到最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，損失的機(jī)械能是mv－m2 解析　由題意可知qv0B>mg，受力分

11、析如圖所示． 水平方向物體做減速運(yùn)動，f＝μFN＝μ(qvB－mg)，當(dāng)qvB＝mg，即v＝時，F(xiàn)N＝0，之后物體勻速直線運(yùn)動，選項A、D正確而B、C錯誤． 答案　AD 三、非選擇題 11．有一個放射源水平放射出α、β和γ三種射線，垂直射入如圖所示磁場．區(qū)域Ⅰ和Ⅱ的寬度均為d，各自存在著垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，兩區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B相等，方向相反(粒子運(yùn)動不考慮相對論效應(yīng))． (1)若要篩選出速率大于v1的β粒子進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ，求磁場寬度d與B和v1的關(guān)系； (2)若B＝0.0034T，v1＝0.1c(c是光速)，則可得d；α粒子的速率為0.001c，計算α和γ射線離開區(qū)域Ⅰ時的

12、距離；并給出除去α和γ射線的方法； (3)當(dāng)d滿足第(1)小題所給關(guān)系時，請給出速率在v1

13、 ② (2)由①式可得α粒子的回旋半徑 Rα＝＝ m＝1.847m 由②式得 d＝＝ m＝0.05m 豎直方向的距離為 y＝Rα－＝0.7mm 可見通過區(qū)域Ⅰ的磁場難以將α射線與γ射線分離．可用薄紙擋去α射線，須用厚鉛板擋掉γ射線． (3)在上述磁場條件下，要求速率在v1

14、2－) 同理可得，與速度為v1對應(yīng)的β粒子垂直方向偏離的距離為 Y1＝2d＝ 速率在v1

15、板的距離為，粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，不計重力． (1)若兩狹縫平行且盤靜止如圖③所示，某一粒子進(jìn)入磁場后，豎直向下打在感光板中心點M上，求該粒子在磁場中運(yùn)動的時間t； (2)若兩狹縫夾角為θ0，盤勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如圖②所示．要使穿過N1、N2的粒子均打到感光板P1P2連線上，試分析盤轉(zhuǎn)動角速度ω的取值范圍(設(shè)通過N1的所有粒子在盤旋轉(zhuǎn)一圈的時間內(nèi)都能到達(dá)N2)． 解析　(1)粒子運(yùn)動半徑為R＝ ① 由牛頓第二定律qvB＝m ② 勻速圓周運(yùn)動周期T＝

16、 ③ 粒子在磁場中運(yùn)動時間t＝＝. ④ (2)如圖，設(shè)粒子運(yùn)動臨界半徑分別為R1和R2 R1＝ ⑤ d2＋2＝R R2＝d ⑥ 設(shè)粒子臨界速度分別為v1和v2，由②⑤⑥式，得 v1＝ ⑦ v2＝ ⑧ 若粒子通過兩轉(zhuǎn)盤，由題設(shè)可知 ＝ ⑨ 聯(lián)立⑦⑧⑨，得對應(yīng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速分別為 ω1＝ ω2＝ 粒子要打在感光板上，需滿足條件 ≤ω≤. 答案　(1) (2)≤ω≤