2022年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 第2講 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用學(xué)案

2022年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 第2講 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用學(xué)案一、洛倫茲力的大小和方向1.定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力.2.大小(1)vB時(shí)，F(xiàn)0；(2)vB時(shí)，F(xiàn)qvB；(3)v與B的夾角為時(shí)，F(xiàn)qvBsin.3.方向(1)判定方法：應(yīng)用左手定則，注意四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向；(2)方向特點(diǎn)：FB，F(xiàn)v.即F垂直于B、v決定的平面.(注意B和v可以有任意夾角)4.做功：洛倫茲力不做功.自測(cè)1帶電荷量為q的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是()A.只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B.如果把q改為q，且速度反向、大小不變，則其所受洛倫茲力的大小、方向均不變C.洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直，磁場(chǎng)方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直D.粒子在只受洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、速度均不變答案B二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.若vB，帶電粒子以入射速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng).2.若vB時(shí)，帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)，以入射速度v做勻速圓周運(yùn)動(dòng).3.基本公式(1)向心力公式：qvBm；(2)軌道半徑公式：r；(3)周期公式：T.注意：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與速率無(wú)關(guān).自測(cè)2(多選)如圖1所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B12B2，當(dāng)不計(jì)重力的帶電粒子從B1磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)到B2磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，粒子的()圖1A.速率將加倍B.軌跡半徑加倍C.周期將加倍D.做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度將加倍答案BC命題點(diǎn)一對(duì)洛倫茲力的理解1.洛倫茲力的特點(diǎn)(1)利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，注意區(qū)分正、負(fù)電荷.(2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，洛倫茲力的方向也隨之變化.(3)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中不一定受洛倫茲力作用.(4)洛倫茲力一定不做功.2.洛倫茲力與安培力的聯(lián)系及區(qū)別(1)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，二者是相同性質(zhì)的力，都是磁場(chǎng)力.(2)安培力可以做功，而洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.3.洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較洛倫茲力電場(chǎng)力產(chǎn)生條件v0且v不與B平行電荷處在電場(chǎng)中大小FqvB(vB)FqE力方向與場(chǎng)方向的關(guān)系FB，F(xiàn)vFE做功情況任何情況下都不做功可能做功，也可能不做功例1(多選)如圖2所示為一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的圓環(huán)，可在水平放置的粗糙細(xì)桿上自由滑動(dòng)，細(xì)桿處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圓環(huán)以初速度v0向右運(yùn)動(dòng)直至處于平衡狀態(tài)，則圓環(huán)克服摩擦力做的功可能為()圖2A.0B.mv02C.D.m(v02)答案ABD解析若圓環(huán)所受洛倫茲力等于重力，圓環(huán)對(duì)粗糙細(xì)桿壓力為零，摩擦力為零，圓環(huán)克服摩擦力做的功為零，選項(xiàng)A正確；若圓環(huán)所受洛倫茲力不等于重力，圓環(huán)對(duì)粗糙細(xì)桿壓力不為零，摩擦力不為零，圓環(huán)以初速度v0向右做減速運(yùn)動(dòng).若開(kāi)始圓環(huán)所受洛倫茲力小于重力，則一直減速到零，圓環(huán)克服摩擦力做的功為mv02，選項(xiàng)B正確；若開(kāi)始圓環(huán)所受洛倫茲力大于重力，則減速到洛倫茲力等于重力達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定速度v，由動(dòng)能定理可得圓環(huán)克服摩擦力做的功為Wmv02mv2m(v02)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確.變式1(2018·河南鄭州模擬)在赤道處，將一小球向東水平拋出，落地點(diǎn)為a；給小球帶上電荷后，仍從同一位置以原來(lái)的速度水平拋出，考慮地磁場(chǎng)的影響，不計(jì)空氣阻力，下列說(shuō)法正確的是()A.無(wú)論小球帶何種電荷，小球仍會(huì)落在a點(diǎn)B.無(wú)論小球帶何種電荷，小球下落時(shí)間都會(huì)延長(zhǎng)C.若小球帶負(fù)電荷，小球會(huì)落在更遠(yuǎn)的b點(diǎn)D.若小球帶正電荷，小球會(huì)落在更遠(yuǎn)的b點(diǎn)答案D變式2帶電粒子以初速度v0從a點(diǎn)垂直y軸進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖3所示，運(yùn)動(dòng)中粒子經(jīng)過(guò)b點(diǎn)，OaOb.若撤去磁場(chǎng)加一個(gè)與y軸平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，仍以v0從a點(diǎn)垂直y軸進(jìn)入電場(chǎng)，粒子仍能過(guò)b點(diǎn)，那么電場(chǎng)強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之比為()圖3A.v0B.1C.2v0D.答案C解析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，O為圓心，故OaOb，帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，故Obv0t，Oat2，聯(lián)立以上各式解得2v0，故選項(xiàng)C正確.命題點(diǎn)二帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)基本思路圖例說(shuō)明圓心的確定與速度方向垂直的直線過(guò)圓心弦的垂直平分線過(guò)圓心軌跡圓弧與邊界切點(diǎn)的法線過(guò)圓心P、M點(diǎn)速度垂線交點(diǎn)P點(diǎn)速度垂線與弦的垂直平分線交點(diǎn)某點(diǎn)的速度垂線與切點(diǎn)法線的交點(diǎn)半徑的確定利用平面幾何知識(shí)求半徑常用解三角形法：例：(左圖)R或由R2L2(Rd)2求得R運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定利用軌跡對(duì)應(yīng)圓心角或軌跡長(zhǎng)度L求時(shí)間tTt(1)速度的偏轉(zhuǎn)角等于所對(duì)的圓心角(2)偏轉(zhuǎn)角與弦切角的關(guān)系：<180°時(shí)，2；>180°時(shí)，360°2模型1直線邊界磁場(chǎng)直線邊界，粒子進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性(如圖4所示)圖4圖a中t圖b中t(1)T(1)圖c中tT例2(2016·全國(guó)卷·18)平面OM和平面ON之間的夾角為30°，其橫截面(紙面)如圖5所示，平面OM上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外.一帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q(q>0).粒子沿紙面以大小為v的速度從OM的某點(diǎn)向左上方射入磁場(chǎng)，速度與OM成30°角.已知該粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡與ON只有一個(gè)交點(diǎn)，并從OM上另一點(diǎn)射出磁場(chǎng).不計(jì)重力.粒子離開(kāi)磁場(chǎng)的出射點(diǎn)到兩平面交線O的距離為()圖5A.B.C.D.答案D解析帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r.軌跡與ON相切，畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，知AOD為等邊三角形，ODA60°，而MON30°，則OCD90°，故COD為一直線，24r，故D正確.變式3如圖6所示，在足夠大的屏MN的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，P為屏上一小孔，PC與MN垂直，一束質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子(不計(jì)重力)以相同的速率v從P處射入磁場(chǎng)區(qū)域，粒子入射方向在與磁場(chǎng)垂直的平面里，且分散在與PC夾角為的范圍內(nèi)，則在屏MN上被粒子打中區(qū)域的長(zhǎng)度為()圖6A.B.C.D.答案D解析如圖所示，S、T之間的距離為在屏MN上被粒子打中區(qū)域的長(zhǎng)度.由qvBm得R，則2Rcos2R，所以.模型2平行邊界磁場(chǎng)平行邊界存在臨界條件(如圖7所示)圖7圖a中t1，t2圖b中t圖c中t(1)T(1)圖d中tT例3如圖8所示，在屏蔽裝置底部中心位置O點(diǎn)放一醫(yī)用放射源，可通過(guò)細(xì)縫沿扇形區(qū)域向外輻射速率為v3.2×106m/s的粒子.已知屏蔽裝置寬AB9cm，縫長(zhǎng)AD18cm，粒子的質(zhì)量m6.64×1027kg，電荷量q3.2×1019C.若在屏蔽裝置右側(cè)條形區(qū)域內(nèi)加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)隔離輻射，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.332T，方向垂直于紙面向里，整個(gè)裝置放于真空環(huán)境中.(結(jié)果可帶根號(hào))圖8(1)若所有的粒子均不能從條形磁場(chǎng)隔離區(qū)的右側(cè)穿出，則磁場(chǎng)的寬度d至少是多少？(2)若條形磁場(chǎng)的寬度d20cm，則射出屏蔽裝置的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間和最短時(shí)間各是多少？答案(1)(2010)×102m(2)×106s×106s解析(1)由題意：AB9cm，AD18cm，可得BAOODC45°所有粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑相同，設(shè)為R，根據(jù)牛頓第二定律有Bqv解得R0.2m20cm.由題意及幾何關(guān)系可知：若條形磁場(chǎng)區(qū)域的右邊界與沿OD方向進(jìn)入磁場(chǎng)的粒子的圓周軌跡相切，則所有粒子均不能從條形磁場(chǎng)隔離區(qū)右側(cè)穿出，此時(shí)磁場(chǎng)的寬度最小，如圖甲所示.設(shè)此時(shí)磁場(chǎng)寬度dd0，由幾何關(guān)系得d0RRcos45°(2010)cm.則磁場(chǎng)的寬度至少為(2010)×102m.(2)設(shè)粒子在磁場(chǎng)內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，則T×106s.設(shè)速度方向垂直于AD進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的粒子的入射點(diǎn)為E，如圖乙所示.因磁場(chǎng)寬度d20cm<d0，且R20cm，則在EOD間進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的粒子均能穿出磁場(chǎng)右邊界，在EOA間進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的粒子均不能穿出磁場(chǎng)右邊界，沿OE方向進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)右邊界相切，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng).設(shè)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為tmax，則tmax×106s若粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的圓弧軌跡的弦長(zhǎng)最短，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短.最短的弦長(zhǎng)為磁場(chǎng)寬度d.設(shè)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為tmin，軌跡如圖乙所示，因Rd，則圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為60°，故tmin×106s.模型3圓形邊界磁場(chǎng)沿徑向射入圓形磁場(chǎng)必沿徑向射出，運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱性(如圖9所示)圖9rtT90°例4(2017·全國(guó)卷·18)如圖10，虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，P為磁場(chǎng)邊界上的一點(diǎn)，大量相同的帶電粒子以相同的速率經(jīng)過(guò)P點(diǎn)，在紙面內(nèi)沿不同的方向射入磁場(chǎng)，若粒子射入速率為v1，這些粒子在磁場(chǎng)邊界的出射點(diǎn)分布在六分之一圓周上；若粒子射入速率為v2，相應(yīng)的出射點(diǎn)分布在三分之一圓周上，不計(jì)重力及帶電粒子之間的相互作用，則v2v1為()圖10A.2B.1C.1D.3答案C解析當(dāng)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周時(shí)，打到圓形磁場(chǎng)邊界的位置距P點(diǎn)最遠(yuǎn)，則當(dāng)粒子射入的速率為v1，軌跡如圖甲所示，設(shè)圓形磁場(chǎng)半徑為R，由幾何知識(shí)可知，粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r1Rcos60°R；若粒子射入的速率為v2，軌跡如圖乙所示，由幾何知識(shí)可知，粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r2Rcos30°R；根據(jù)軌道半徑公式r可知，v2v1r2r11，故選項(xiàng)C正確.甲乙變式4(2016·全國(guó)卷·18)一圓筒處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與筒的軸平行，筒的橫截面如圖11所示.圖中直徑MN的兩端分別開(kāi)有小孔，筒繞其中心軸以角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).在該截面內(nèi)，一帶電粒子從小孔M射入筒內(nèi)，射入時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向與MN成30°角.當(dāng)筒轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，該粒子恰好從小孔N飛出圓筒.不計(jì)重力.若粒子在筒內(nèi)未與筒壁發(fā)生碰撞，則帶電粒子的比荷為()圖11A.B.C.D.答案A解析畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，由洛倫茲力提供向心力得，qvBm，又T，聯(lián)立得T由幾何知識(shí)可得，軌跡的圓心角為，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間tT，粒子運(yùn)動(dòng)和圓筒運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性，則T，解得，故選項(xiàng)A正確.模型4三角形邊界磁場(chǎng)例5如圖12所示，在邊長(zhǎng)為2a的正三角形區(qū)域內(nèi)存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的帶電粒子(重力不計(jì))從AB邊的中心O以速度v進(jìn)入磁場(chǎng)，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向垂直于磁場(chǎng)且與AB邊的夾角為60°，若要使粒子能從AC邊穿出磁場(chǎng)，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B需滿足()圖12A.B>B.B<C.B>D.B<答案B解析若粒子剛好達(dá)到C點(diǎn)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡與AC相切，如圖所示，則粒子運(yùn)動(dòng)的半徑為r0a.由qvB得r，粒子要能從AC邊射出，粒子運(yùn)行的半徑應(yīng)滿足r>r0，解得B<，選項(xiàng)B正確.命題點(diǎn)三帶電粒子在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的多解問(wèn)題類型分析圖例帶電粒子電性不確定受洛倫茲力作用的帶電粒子，可能帶正電荷，也可能帶負(fù)電荷，在相同的初速度下，正、負(fù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡不同，形成多解如圖，帶電粒子以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如帶正電，其軌跡為a；如帶負(fù)電，其軌跡為b磁場(chǎng)方向不確定在只知道磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，而未具體指出磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，此時(shí)必須要考慮磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不確定而形成多解如圖，帶正電粒子以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，若B垂直紙面向里，其軌跡為a，若B垂直紙面向外，其軌跡為b臨界狀態(tài)不唯一帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場(chǎng)時(shí)，由于粒子運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧狀，因此，它可能穿過(guò)磁場(chǎng)飛出，也可能轉(zhuǎn)過(guò)180°從入射界面這邊反向飛出，于是形成多解運(yùn)動(dòng)具有周期性帶電粒子在部分是電場(chǎng)、部分是磁場(chǎng)空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)往往具有周期性，因而形成多解例6(2017·湖北華中師大一附中模擬)如圖13甲所示，M、N為豎直放置彼此平行的兩塊平板，板間距離為d，兩板中央各有一個(gè)小孔O、O正對(duì)，在兩板間有垂直于紙面方向的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖乙所示.有一群正離子在t0時(shí)垂直于M板從小孔O射入磁場(chǎng).已知正離子質(zhì)量為m、帶電荷量為q，正離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期都為T0，不考慮由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的電場(chǎng)的影響，不計(jì)離子所受重力.求：圖13(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的大小.(2)要使正離子從O垂直于N板射出磁場(chǎng)，正離子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度v0的可能值.答案(1)(2)(n1,2,3，)解析設(shè)垂直于紙面向里的磁場(chǎng)方向?yàn)檎较?(1)正離子射入磁場(chǎng)，洛倫茲力提供向心力B0qv0做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T0由以上兩式得磁感應(yīng)強(qiáng)度B0(2)要使正離子從O孔垂直于N板射出磁場(chǎng)，v0的方向應(yīng)如圖所示，兩板之間正離子只運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期即T0時(shí)，有R；當(dāng)兩板之間正離子運(yùn)動(dòng)n個(gè)周期，即nT0時(shí)，有R(n1,2,3，).聯(lián)立求解，得正離子的速度的可能值為v0(n1,2,3，)變式5(多選)如圖14所示，垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在正方形abcd區(qū)域內(nèi)，O點(diǎn)是cd邊的中點(diǎn).一個(gè)帶正電的粒子僅在磁場(chǎng)力的作用下，從O點(diǎn)沿紙面以垂直于cd邊的速度射入正方形內(nèi)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t0后剛好從c點(diǎn)射出磁場(chǎng).現(xiàn)設(shè)法使該帶電粒子從O點(diǎn)沿紙面以與Od成30°角的方向，以大小不同的速率射入正方形內(nèi)，那么下列說(shuō)法中正確的是()圖14A.若該帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間是t0，則它一定從cd邊射出磁場(chǎng)B.若該帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間是t0，則它一定從ad邊射出磁場(chǎng)C.若該帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間是t0，則它一定從bc邊射出磁場(chǎng)D.若該帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間是t0，則它一定從ab邊射出磁場(chǎng)答案AC解析如圖所示，作出剛好從ab邊射出的軌跡、剛好從bc邊射出的軌跡、從cd邊射出的軌跡和剛好從ad邊射出的軌跡.由從O點(diǎn)沿紙面以垂直于cd邊的速度射入正方形內(nèi)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t0后剛好從c點(diǎn)射出磁場(chǎng)可知，帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期是2t0.可知，從ad邊射出磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間一定小于t0；從ab邊射出磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間一定大于等于t0，小于t0；從bc邊射出磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間一定大于等于t0，小于t0；從cd邊射出磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間一定是t0，綜上可知，A、C正確，B、D錯(cuò)誤.1.下列說(shuō)法正確的是()A.運(yùn)動(dòng)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為0的地方，一定受到洛倫茲力的作用B.運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛倫茲力的作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為0C.洛倫茲力既不能改變帶電粒子的動(dòng)能，也不能改變帶電粒子的速度D.洛倫茲力對(duì)帶電粒子總不做功答案D2.如圖1為云室中某粒子穿過(guò)鉛板P前后的軌跡.云室中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與軌跡所在平面垂直.由此可知粒子()圖1A.一定帶正電B.一定帶負(fù)電C.不帶電D.可能帶正電，也可能帶負(fù)電答案A3.如圖2所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩個(gè)質(zhì)量和電荷量都相同的帶電粒子a、b，以不同的速率沿著AO方向?qū)?zhǔn)圓心O射入磁場(chǎng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖.若帶電粒子只受洛倫茲力的作用，則下列說(shuō)法正確的是()圖2A.a粒子速率較大B.b粒子速率較大C.b粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)D.a、b粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間一樣長(zhǎng)答案B4.如圖3所示，長(zhǎng)直導(dǎo)線ab附近有一帶正電荷的小球用絕緣絲線懸掛在M點(diǎn).當(dāng)ab中通以由ba的恒定電流時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()圖3A.小球受磁場(chǎng)力作用，方向與導(dǎo)線垂直且垂直紙面向里B.小球受磁場(chǎng)力作用，方向與導(dǎo)線垂直且垂直紙面向外C.小球受磁場(chǎng)力作用，方向與導(dǎo)線垂直并指向左方D.小球不受磁場(chǎng)力作用答案D5.如圖4所示，一正電荷水平向右射入蹄形磁鐵的兩磁極間.此時(shí)，該電荷所受洛倫茲力的方向是()圖4A.向左B.向右C.垂直紙面向里D.垂直紙面向外答案D6.(多選)(2018·安徽蕪湖調(diào)研)如圖5所示，虛線上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B；一群電子以不同速率v從邊界上的P點(diǎn)以相同的方向射入磁場(chǎng).其中某一速率為v0的電子從Q點(diǎn)射出.已知電子入射方向與邊界夾角為，則由以上條件可判斷()圖5A.該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里B.所有電子在磁場(chǎng)中的軌跡相同C.速率大于v0的電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)D.所有電子的速度方向都改變了2答案AD解析由左手定則可知，該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里，A選項(xiàng)正確；由qvB得R，可知所有電子在磁場(chǎng)中的軌跡不相同，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；由T得T，所以所有電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相同，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；所有電子偏轉(zhuǎn)角度相同，所有電子的速度方向都改變了2，D選項(xiàng)正確.綜上本題選A、D.7.如圖6所示為一圓形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在O點(diǎn)處有一放射源，沿半徑方向射出速率為v的不同帶電粒子，其中帶電粒子1從A點(diǎn)飛出磁場(chǎng)，帶電粒子2從B點(diǎn)飛出磁場(chǎng)，不考慮帶電粒子的重力，則()圖6A.帶電粒子1的比荷與帶電粒子2的比荷的比為31B.帶電粒子1的比荷與帶電粒子2的比荷的比為1C.帶電粒子1與帶電粒子2在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的比為21D.帶電粒子1與帶電粒子2在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的比為12答案A解析設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)圓形區(qū)域的半徑為R，由qBv，得R，可知帶電粒子1從A點(diǎn)飛出磁場(chǎng)，帶電粒子2從B點(diǎn)飛出磁場(chǎng)，半徑分別為R1Rtan30°，R2Rtan60°，所以R1R213，則帶電粒子1的比荷與帶電粒子2的比荷的比為31；由T知，帶電粒子1和2的周期之比為13，所以帶電粒子1與帶電粒子2在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的比為.綜上本題選A.8.(多選)(2018·廣東廣州模擬)如圖7所示，真空中xOy平面內(nèi)有一束寬度為d的帶正電粒子束沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，所有粒子為同種粒子，速度大小相等，在第一象限內(nèi)有一方向垂直xOy平面的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)(圖中未畫出)，所有帶電粒子通過(guò)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后都會(huì)聚于x軸上的a點(diǎn).下列說(shuō)法中正確的是()圖7A.磁場(chǎng)方向一定是垂直xOy平面向里B.所有粒子通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的時(shí)間相同C.所有粒子在磁場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)的半徑相等D.磁場(chǎng)區(qū)邊界可能是圓，也可能是其他曲線答案CD解析由題意可知，正粒子經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，都集中于一點(diǎn)a，根據(jù)左手定則可知，磁場(chǎng)的方向垂直平面向外，故A錯(cuò)誤；由洛倫茲力提供向心力，可得T，而運(yùn)動(dòng)的時(shí)間還與圓心角有關(guān)，因此粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間不等，故B錯(cuò)誤；由洛倫茲力提供向心力，可得R，由于為同種粒子，且速度大小相等，所以它們的運(yùn)動(dòng)半徑相等，故C正確；所有帶電粒子通過(guò)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后都會(huì)聚于x軸上的a點(diǎn)，因此磁場(chǎng)區(qū)邊界可能是圓，也可能是圓弧，故D正確；故選C、D.9.(多選)(2018·甘肅平?jīng)鲑|(zhì)檢)如圖8所示，ABCA為一半圓形的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng).O為圓心，F(xiàn)、G分別為半徑OA和OC的中點(diǎn)，D、E點(diǎn)位于邊界圓弧上，且DFEGBO.現(xiàn)有三個(gè)相同的帶電粒子(不計(jì)重力)以相同的速度分別從B、D、E三點(diǎn)沿平行BO方向射入磁場(chǎng)，其中由B點(diǎn)射入磁場(chǎng)的粒子1恰好從C點(diǎn)射出.由D、E兩點(diǎn)射入的粒子2和粒子3從磁場(chǎng)某處射出，則下列說(shuō)法正確的是()圖8A.粒子2從O點(diǎn)射出磁場(chǎng)B.粒子3從C點(diǎn)射出磁場(chǎng)C.粒子1、2、3在磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為323D.粒子2、3經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角相同答案ABD解析從B點(diǎn)射入磁場(chǎng)的粒子1恰好從C點(diǎn)射出，可知帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑等于磁場(chǎng)的半徑，由D點(diǎn)射入的粒子2的圓心為E點(diǎn)，由幾何關(guān)系可知該粒子從O點(diǎn)射出，同理可知粒子3從C點(diǎn)射出，A、B正確；1、2、3三個(gè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心角為90°、60°、60°，運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為322，C錯(cuò)誤，D正確.10.如圖9所示，邊界OA與OC之間分布有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，邊界OA上有一個(gè)粒子源S.某一時(shí)刻，從S平行于紙面向各個(gè)方向發(fā)射出大量帶正電的同種粒子(不計(jì)粒子的重力及粒子間的相互作用)，所有粒子的初速度大小相同，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間有大量粒子從邊界OC射出磁場(chǎng).已知AOC60°，從邊界OC射出的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間等于(T為粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期)，則從邊界OC射出的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為()圖9A.B.C.D.答案B解析由左手定則可知，粒子在磁場(chǎng)中做逆時(shí)針?lè)较虻膱A周運(yùn)動(dòng).由粒子速度大小都相同，故軌跡弧長(zhǎng)越小，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間就越短；而弧長(zhǎng)越小，弦長(zhǎng)也越短，所以從S點(diǎn)作OC的垂線SD，則SD為最短弦，可知粒子從D點(diǎn)射出時(shí)運(yùn)行時(shí)間最短，如圖所示，根據(jù)最短時(shí)間為，可知OSD為等邊三角形，粒子圓周運(yùn)動(dòng)半徑RSD，過(guò)S點(diǎn)作OA的垂線交OC于E點(diǎn)，由幾何關(guān)系可知SE2SD，SE為圓弧軌跡的直徑，所以從E點(diǎn)射出，對(duì)應(yīng)弦最長(zhǎng)，運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，且t，故B項(xiàng)正確.11.如圖10所示，半徑為R的圓形區(qū)域位于正方形ABCD的中心，圓形區(qū)域內(nèi)、外有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子以速率v0沿紙面從M點(diǎn)平行于AB邊沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)，在圓形磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)90°從N點(diǎn)射出，且恰好沒(méi)射出正方形磁場(chǎng)區(qū)域，粒子重力不計(jì)，求：圖10(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)正方形區(qū)域的邊長(zhǎng)；(3)粒子再次回到M點(diǎn)所用的時(shí)間.答案(1)(2)4R(3)解析(1)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，設(shè)粒子在圓形磁場(chǎng)中的軌跡半徑為r1，qv0Bm.由幾何關(guān)系r1R.解得B.(2)設(shè)粒子在正方形磁場(chǎng)中的軌跡半徑為r2，粒子恰好不從AB邊射出，qv0Bm，r2R.正方形的邊長(zhǎng)L2r12r24R.(3)粒子在圓形磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T1，在圓形磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1T1.粒子在正方形區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T2，t2T2.再次回到M點(diǎn)的時(shí)間為tt1t2.12.如圖11所示，在坐標(biāo)系xOy中，第一象限內(nèi)充滿著兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)a和b，OP為分界線，在磁場(chǎng)a中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B，方向垂直于紙面向里，在磁場(chǎng)b中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向外，P點(diǎn)坐標(biāo)為(4l,3l).一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向射入磁場(chǎng)b，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，粒子恰能經(jīng)過(guò)原點(diǎn)O，不計(jì)粒子重力.求：圖11(1)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的最短時(shí)間是多少？(2)粒子運(yùn)動(dòng)的速度大小可能是多少？答案(1)(2)(n1,2,3，)解析(1)設(shè)粒子的入射速度為v，用Ra、Rb、Ta、Tb分別表示粒子在磁場(chǎng)a中和磁場(chǎng)b中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期，則有Ra，Rb，Ta，Tb當(dāng)粒子先在磁場(chǎng)b中運(yùn)動(dòng)，后進(jìn)入磁場(chǎng)a中運(yùn)動(dòng)，然后從O點(diǎn)射出時(shí)，粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)所用的時(shí)間最短，如圖所示.根據(jù)幾何知識(shí)得tan，故37°粒子在磁場(chǎng)b和磁場(chǎng)a中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為tbTb，taTa故從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的時(shí)間為ttatb(2)由題意及上圖可知n(2Racos2Rbcos)解得v(n1,2,3，).