【名師一號(hào)】2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 8-2 磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用課時(shí)檢測(cè) 新人教版（通用）

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1、第二講　磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用 1．帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用．下列表述正確的是(　　) A．洛倫茲力對(duì)帶電粒子做功 B．洛倫茲力不改變帶電粒子的動(dòng)能 C．洛倫茲力的大小與速度無(wú)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(diǎn)，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)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(dòng)方向，不改變速度的大小，C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案　B 2．一個(gè)帶電粒子在磁場(chǎng)力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)周期T C．軌道半徑R和運(yùn)動(dòng)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(xiàng)錯(cuò)誤；由T＝?＝可知選項(xiàng)B正確． 答案　B 3．“月球勘探號(hào)”空間探測(cè)器運(yùn)用高科技手段對(duì)月球近距離勘探，在月球重力分布、磁場(chǎng)分布及元素測(cè)定方面取得了新成果．月球上的磁場(chǎng)極其微弱，通過(guò)探測(cè)器拍攝電子在月球磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，可分析月球磁場(chǎng)強(qiáng)弱的分布情況．如圖所示，是探測(cè)器通過(guò)月球表面的A、B、C、D、四個(gè)位置時(shí)拍攝到的電子的運(yùn)動(dòng)軌跡的照片．設(shè)電子的速率相同，且與磁場(chǎng)的方向垂直，則可知磁場(chǎng)最強(qiáng)的位置應(yīng)在(　　) 解析　由r＝可知B較

3、大的地方，r較小． 答案　A 4.如圖是人工托克馬克(人造核聚變)實(shí)驗(yàn)中，用環(huán)狀勻強(qiáng)磁場(chǎng)約束高能帶電粒子的原理圖，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．沿半徑方向飛入環(huán)狀磁場(chǎng)的粒子最容易飛出磁場(chǎng) B．沿內(nèi)圓切線(xiàn)方向飛入環(huán)狀磁場(chǎng)的粒子最容易飛出磁場(chǎng) C．所有粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相同 D．不同速度的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一定不同 解析　粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間取決于圓弧所對(duì)的圓心角的大小，所以C、D錯(cuò)誤；沿內(nèi)圓切線(xiàn)方向飛入環(huán)狀磁場(chǎng)的粒子，穿出磁場(chǎng)所需的半徑最小，由R＝可知該粒子穿出磁場(chǎng)所需的速度最小，因而最容易飛出磁場(chǎng)，B正確；沿半徑方向飛入環(huán)狀磁場(chǎng)的粒子，飛出磁場(chǎng)所需的速度較大，因

4、而不容易飛出磁場(chǎng)，A錯(cuò)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(chǎng)，場(chǎng)內(nèi)有一絕緣的足夠長(zhǎng)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(diǎn)由靜止沿桿下滑，小球與桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，在小球以后運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，下列說(shuō)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(kāi)始下滑時(shí)有mgsinθ－μ(mgcosθ－qvB)＝ma，隨v增大，a增大，當(dāng)v＝時(shí)，a達(dá)最大值gsinθ，此后下滑過(guò)程中有mgsinθ

5、－μ(qvB－mgcosθ)＝ma，隨v增大，a減小，當(dāng)vm＝時(shí)，a＝0.所以整個(gè)過(guò)程中，v先一直增大后不變；a先增大后減小，所以B選項(xiàng)正確． 答案　B 6.極光是由來(lái)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(chǎng)的作用而產(chǎn)生的．如圖所示，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證實(shí)，這些高能帶電粒子流向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)半徑不斷減小．此運(yùn)動(dòng)形成的原因是(　　) A．可能是洛倫茲力對(duì)粒子做負(fù)功，其動(dòng)能減小 B．可能是介質(zhì)阻力對(duì)粒子做負(fù)功，使其動(dòng)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(mǎn)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?yàn)槁鍌惼澚?duì)粒子不做功，故選項(xiàng)B、D正確． 答案　BD 7．如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中附加另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，附加磁場(chǎng)位于圖中陰影區(qū)域，附加磁場(chǎng)區(qū)域的對(duì)稱(chēng)軸OO′與SS′垂直．a(chǎn)、b、c三個(gè)質(zhì)子先后從S點(diǎn)沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)，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(gè)質(zhì)子經(jīng)過(guò)附加磁場(chǎng)區(qū)域后能到達(dá)同一點(diǎn)S′，則下列說(shuō)法中正確的有(　　) A．三個(gè)質(zhì)子從S運(yùn)動(dòng)到S′的時(shí)間相等 B．三個(gè)質(zhì)子在附加磁場(chǎng)以外區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心均在OO′軸上 C．若撤去附加磁場(chǎng)，

7、a到達(dá)SS′連線(xiàn)上的位置距S點(diǎn)最近 D．附加磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同 解析　質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)速度大小不變，由題圖可知質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的軌跡長(zhǎng)度不相等，所以三個(gè)質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不等，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由r＝知三個(gè)質(zhì)子在附加磁場(chǎng)以外區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)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(diǎn)作出的圓心不均在OO′軸上，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若撤去附加磁場(chǎng)SS′，距離為2rcosθ，θ為質(zhì)子初速度方向與豎直方向的夾角，因?yàn)棣?β，所以a到達(dá)SS′連線(xiàn)上的位置距S點(diǎn)最近，選項(xiàng)C正確；由題意知附加磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同，選項(xiàng)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(chǎng)，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(diǎn)的距離為x0的P點(diǎn)，以平行于y軸的初速度射入磁場(chǎng)．在磁場(chǎng)作用下沿垂直于y軸的方向射出磁場(chǎng)．不計(jì)重力的影響，由這些信息可以確定(　　) A．能確定粒子通過(guò)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間 D．以上三個(gè)判斷都不對(duì) 解析　粒子在磁場(chǎng)作用下沿垂直于y軸的方向射出磁場(chǎng)，可知半徑大小等于x0，A選項(xiàng)正確；由r＝＝x0?v＝，所以B選項(xiàng)正確；畫(huà)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(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯(cuò)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(chǎng)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(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過(guò)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(chǎng)．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(chǎng)方向垂直紙面向外 C．能通過(guò)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(chǎng)、磁場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)的能力．粒子先在電場(chǎng)中加速，進(jìn)入速度選擇器做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，最后進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．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(chǎng)方向垂直紙面向外，B、C正確；進(jìn)入磁場(chǎng)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(duì)，D錯(cuò)． 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(zhǎng)直絕緣桿上，整個(gè)裝置處在垂直于桿的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)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(dòng) C．從環(huán)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)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(kāi)始運(yùn)動(dòng)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(dòng)，f＝μFN＝μ(qvB－mg)，當(dāng)qvB＝mg，即v＝時(shí)，F(xiàn)N＝0，之后物體勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A、D正確而B(niǎo)、C錯(cuò)誤． 答案　AD 三、非選擇題 11．有一個(gè)放射源水平放射出α、β和γ三種射線(xiàn)，垂直射入如圖所示磁場(chǎng)．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(chǎng)，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(dòng)不考慮相對(duì)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(chǎng)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(jì)算α和γ射線(xiàn)離開(kāi)區(qū)域Ⅰ時(shí)的

12、距離；并給出除去α和γ射線(xiàn)的方法； (3)當(dāng)d滿(mǎn)足第(1)小題所給關(guān)系時(shí)，請(qǐng)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(jiàn)通過(guò)區(qū)域Ⅰ的磁場(chǎng)難以將α射線(xiàn)與γ射線(xiàn)分離．可用薄紙擋去α射線(xiàn)，須用厚鉛板擋掉γ射線(xiàn)． (3)在上述磁場(chǎng)條件下，要求速率在v1

14、2－) 同理可得，與速度為v1對(duì)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(jì)重力． (1)若兩狹縫平行且盤(pán)靜止如圖③所示，某一粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后，豎直向下打在感光板中心點(diǎn)M上，求該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t； (2)若兩狹縫夾角為θ0，盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖②所示．要使穿過(guò)N1、N2的粒子均打到感光板P1P2連線(xiàn)上，試分析盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的取值范圍(設(shè)通過(guò)N1的所有粒子在盤(pán)旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間內(nèi)都能到達(dá)N2)． 解析　(1)粒子運(yùn)動(dòng)半徑為R＝ ① 由牛頓第二定律qvB＝m ② 勻速圓周運(yùn)動(dòng)周期T＝

16、 ③ 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝＝. ④ (2)如圖，設(shè)粒子運(yùn)動(dòng)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(guò)兩轉(zhuǎn)盤(pán)，由題設(shè)可知 ＝ ⑨ 聯(lián)立⑦⑧⑨，得對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速分別為 ω1＝ ω2＝ 粒子要打在感光板上，需滿(mǎn)足條件 ≤ω≤. 答案　(1) (2)≤ω≤