（通用版）2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 考點(diǎn)規(guī)范練29 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 新人教版.docx

考點(diǎn)規(guī)范練29磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用一、單項(xiàng)選擇題1.如圖所示,a是豎直平面P上的一點(diǎn),P前有一條形磁鐵垂直于P,且S極朝向a點(diǎn),P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場(chǎng)的共同作用下,在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過(guò)a點(diǎn)。在電子經(jīng)過(guò)a點(diǎn)的瞬間,條形磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)該電子的作用力的方向?yàn)?)A.向上B.向下C.向左D.向右答案A解析條形磁鐵的磁感線在a點(diǎn)垂直P(pán)向外,電子在條形磁鐵的磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng),由左手定則可知電子所受洛倫茲力的方向向上,A正確。2.如圖所示,在正方形abcd區(qū)域內(nèi)存在一垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B1。一帶電粒子從ad邊的中點(diǎn)P垂直ad邊射入磁場(chǎng)區(qū)域后,從cd邊的中點(diǎn)Q射出磁場(chǎng)。若將磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)锽2后,該粒子仍從P點(diǎn)以相同的速度射入磁場(chǎng),結(jié)果從c點(diǎn)射出磁場(chǎng),則B1B2等于()A.52B.72C.54D.74答案A解析設(shè)正方形邊長(zhǎng)為l,根據(jù)幾何知識(shí),當(dāng)粒子從Q點(diǎn)射出時(shí),R1=l2;當(dāng)粒子從c點(diǎn)射出時(shí),根據(jù)幾何知識(shí)可得R2=5l4,所以有B1B2=R2R1=52,A正確。3.兩相鄰勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不同、方向平行。一速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的帶電粒子(不計(jì)重力),從較強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域進(jìn)入到較弱磁場(chǎng)區(qū)域后,粒子的()A.軌道半徑減小,角速度增大B.軌道半徑減小,角速度減小C.軌道半徑增大,角速度增大D.軌道半徑增大,角速度減小答案D解析帶電粒子從較強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域進(jìn)入到較弱磁場(chǎng)區(qū)域后,粒子的速度v大小不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小,由公式r=mvqB可知,軌道半徑增大。由公式T=2mqB可知,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期增大,根據(jù)=2T知角速度減小。選項(xiàng)D正確。4.如圖所示,直角坐標(biāo)系中y軸右側(cè)存在一垂直紙面向里、寬為a的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,右邊界PQ平行于y軸。一粒子(重力不計(jì))從原點(diǎn)O以與x軸正方向成角的速度v垂直射入磁場(chǎng),當(dāng)斜向上射入時(shí),粒子恰好垂直P(pán)Q射出磁場(chǎng);當(dāng)斜向下射入時(shí),粒子恰好不從右邊界射出。則粒子的比荷及粒子恰好不從右邊界射出時(shí)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為()A.vBa,2a3vB.v2Ba,2a3vC.v2Ba,4a3vD.vBa,4a3v答案C解析粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,則由圖知,斜向上射入時(shí)有rsin=a,斜向下射入時(shí)有rsin+a=r,聯(lián)立求得=30,且r=2a。由洛倫茲力提供向心力得Bqv=mv2r,解得r=mvBq,即粒子的比荷為qm=v2Ba。粒子恰好不從右邊界射出時(shí)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓心角為=2(90-30)=120,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t=T3=4a3v,選項(xiàng)C正確。5.如圖所示,長(zhǎng)方形abcd長(zhǎng)ad=0.6 m,寬ab=0.3 m,O、e分別是ad、bc的中點(diǎn),以ad為直徑的半圓內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(邊界上無(wú)磁場(chǎng)),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.25 T。一群不計(jì)重力、質(zhì)量m=310-7 kg、電荷量q=+210-3 C的帶電粒子以速度v=5102 m/s沿垂直ad方向且垂直于磁場(chǎng)射入磁場(chǎng)區(qū)域,則()A.從Od邊射入的粒子,出射點(diǎn)全部分布在Oa邊B.從aO邊射入的粒子,出射點(diǎn)全部分布在ab邊C.從Od邊射入的粒子,出射點(diǎn)分布在Oa邊和ab邊D.從aO邊射入的粒子,出射點(diǎn)分布在ab邊和be邊答案D解析由r=mvqB得帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑r=0.3m,從Od邊射入的粒子,出射點(diǎn)分布在ab和be邊;從aO邊射入的粒子,出射點(diǎn)分布在ab邊和be邊。選項(xiàng)D正確。6.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)度的方向垂直于xOy平面向里,大小為B?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子,從x軸上的某點(diǎn)P沿著與x軸正方向成30角的方向射入磁場(chǎng)。不計(jì)重力的影響,則下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.只要粒子的速率合適,粒子就可能通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)B.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間一定為5m3qBC.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間可能為mqBD.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間可能為m6qB答案C解析帶正電的粒子從P點(diǎn)沿與x軸正方向成30角的方向射入磁場(chǎng)中,則圓心在過(guò)P點(diǎn)與速度方向垂直的直線上,如圖所示,粒子在磁場(chǎng)中要想到達(dá)O點(diǎn),轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角肯定大于180,因磁場(chǎng)有邊界,故粒子不可能通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于P點(diǎn)的位置不確定,所以粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角也不同,最大的圓心角是圓弧與y軸相切時(shí)即300,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為56T,而最小的圓心角為P點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)即120,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為13T,而T=2mqB,故粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間最長(zhǎng)為5m3qB,最短為2m3qB,選項(xiàng)C正確,B、D錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題7.質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子M和N,以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),帶電粒子僅受洛倫茲力的作用,運(yùn)行的半圓軌跡如圖中虛線所示,下列表述正確的是()A.M帶負(fù)電,N帶正電B.M的速率小于N的速率C.洛倫茲力對(duì)M、N不做功D.M的運(yùn)行時(shí)間大于N的運(yùn)行時(shí)間答案AC解析由左手定則可知,M帶負(fù)電,N帶正電,選項(xiàng)A正確;由r=mvqB可知,M的速率大于N的速率,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;洛倫茲力對(duì)M、N不做功,選項(xiàng)C正確;由T=2mqB可知M的運(yùn)行時(shí)間等于N的運(yùn)行時(shí)間,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。8.如圖所示,在一等腰直角三角形ACD區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子(不計(jì)重力)從AC邊的中點(diǎn)O垂直于AC邊射入該勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。若該三角形的兩直角邊長(zhǎng)均為2l,則下列關(guān)于粒子運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法正確的是()A.若該粒子的入射速度為v=qBlm,則粒子一定從CD邊射出磁場(chǎng),且距點(diǎn)C的距離為lB.若要使粒子從CD邊射出,則該粒子從O點(diǎn)入射的最大速度應(yīng)為v=2qBlmC.若要使粒子從AC邊射出,則該粒子從O點(diǎn)入射的最大速度應(yīng)為v=qBl2mD.該粒子以不同的速度入射時(shí),在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為mqB答案ACD解析若該粒子的入射速度為v=qBlm,由Bqv=mv2r解得r=l,根據(jù)幾何關(guān)系可知,粒子一定從CD邊距C點(diǎn)為l的位置離開(kāi)磁場(chǎng),A正確;v=Bqrm,速度越大,半徑越大,根據(jù)幾何關(guān)系可知,若要使粒子從CD邊射出,則粒子速度最大時(shí),軌跡與AD邊相切,則由幾何關(guān)系可知,最大半徑一定大于2l,B錯(cuò)誤;若要使粒子從AC邊射出,則該粒子從O點(diǎn)入射的最大半徑為l2,因此最大速度應(yīng)為v=qBl2m,C正確;粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為2mBq,根據(jù)幾何關(guān)系可知,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最大圓心角為180,故最長(zhǎng)時(shí)間為mqB,D正確。9.湯姆孫提出的測(cè)定帶電粒子的比荷qm的實(shí)驗(yàn)原理如圖所示,帶電粒子經(jīng)過(guò)電壓為U的加速電場(chǎng)加速后,垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入寬為l的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),某次測(cè)定中發(fā)現(xiàn)帶電粒子穿過(guò)磁場(chǎng)時(shí)發(fā)生的偏轉(zhuǎn)位移為d=l2,已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,粒子重力不計(jì),取sin 37=0.6,cos 37=0.8,3,則下列說(shuō)法正確的是()A.帶電粒子的比荷為32U25B2l2B.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)角為=37C.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間約為7Bl210UD.帶電粒子運(yùn)動(dòng)的加速度大小為125U225B2l3答案AC解析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,則由幾何關(guān)系知r2=l2+(r-d)2,即r=d2+l22d=5l4,由洛倫茲力提供向心力知qvB=mv2r,即r=mvqB,又由動(dòng)能定理知qU=12mv2,聯(lián)立得qm=32U25B2l2,A正確;由圖知tan=lr-d=43,即=53,B錯(cuò)誤;帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t=533602mqB,約為7Bl210U,C正確;由a=v2r知帶電粒子運(yùn)動(dòng)的加速度大小為256U2125B2l3,D錯(cuò)誤。10.如圖所示,直線MN與水平方向成60角,MN的右上方存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),左下方存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。一粒子源位于MN上的a點(diǎn),能水平向右發(fā)射速度大小不同、質(zhì)量為m(重力不計(jì))、電荷量為q(q>0)的同種粒子,所有粒子均能通過(guò)MN上的b點(diǎn)。已知ab=l,則粒子的速度大小可能是()A.3qBl6mB.3qBl3mC.3qBl2mD.3qBlm答案AB解析由題意可知粒子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,所有圓弧的圓心角均為120,所以粒子運(yùn)動(dòng)的半徑為r=33ln(n=1,2,3,),由洛倫茲力提供向心力得qvB=mv2r,則v=qBrm=3qBl3m1n(n=1,2,3,),所以A、B正確。11.如圖所示,在直徑為d的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1,一個(gè)帶電粒子以速率v從A點(diǎn)沿與直徑AC成30角的方向射入磁場(chǎng),經(jīng)時(shí)間t1從C點(diǎn)射出磁場(chǎng)。現(xiàn)調(diào)整磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2,讓同一粒子沿與直徑AC成60角的方向仍以速率v射入磁場(chǎng),經(jīng)時(shí)間t2仍從C點(diǎn)射出磁場(chǎng),則下列說(shuō)法正確的是()A.B1B2=31B.B1B2=33C.t1t2=23D.t1t2=32答案BD解析粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,由圖知粒子運(yùn)行的軌道半徑為r=d2sin,由牛頓第二定律得Bqv=mv2r,聯(lián)立得B=2mvsinqd,所以B1B2=sin30sin60=33,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;粒子運(yùn)動(dòng)周期T=2mBq,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)行的時(shí)間為t=2360T=2mBq,所以t1t2=1B22B1=32,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。三、非選擇題12.勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域由一個(gè)半徑為R的半圓和一個(gè)長(zhǎng)為2R、寬為R2的矩形組成,磁場(chǎng)的方向如圖所示。一束質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子(粒子間的相互作用和重力均不計(jì))以速度v從邊界AN的中點(diǎn)P垂直于AN和磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)中。(1)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大時(shí),粒子恰好從A點(diǎn)射出?(2)對(duì)應(yīng)于粒子可能射出的各段磁場(chǎng)邊界,磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿足什么條件?答案(1)2mvqR(2)見(jiàn)解析解析(1)由左手定則判定,粒子向左偏轉(zhuǎn),只能從PA、AC和CD三段邊界射出,如圖所示。當(dāng)粒子從A點(diǎn)射出時(shí),運(yùn)動(dòng)半徑r1=R2。由qvB1=mv2r1得B1=2mvqR。(2)當(dāng)粒子從C點(diǎn)射出時(shí),由勾股定理得:(R-r2)2+R22=r22,解得r2=58R由qvB2=mv2r2,得B2=8mv5qR據(jù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑隨磁場(chǎng)減弱而增大,可以判斷:當(dāng)B>2mvqR時(shí),粒子從PA段射出;當(dāng)8mv5qR<B<2mvqR時(shí),粒子從AC段射出;當(dāng)B<8mv5qR時(shí),粒子從CD段射出。13.如圖所示,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:(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(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)mv0qR(2)4R(3)4Rv0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,則有qv0B=mv02r1由幾何關(guān)系知r1=R解得B=mv0qR。(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,有qv0B=mv02r2解得r2=mv0Bq=R正方形的邊長(zhǎng)l=2r1+2r2=4R。(3)粒子在圓形磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T1=2Rv0在圓形磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=12T1=Rv0粒子在圓形磁場(chǎng)外做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T2=2Rv0在圓形磁場(chǎng)外運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=32T2=3Rv0粒子再次回到M點(diǎn)所用的時(shí)間為t=t1+t2=4Rv0。