高考物理一輪復(fù)習(xí)知識點全方位練習(xí)：磁場對運動電荷的作用

2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)知識點全方位練習(xí)：磁場對運動電荷的作用基礎(chǔ)達標1.一個帶電粒子沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場,粒子的一段徑跡如圖所示,徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧,由于帶電粒子使沿途的空氣電離,粒子的能量逐漸減小(帶電荷量不變),從圖中情況可以確定 ()A.粒子從a運動到b,帶正電B.粒子從a運動到b,帶負電C.粒子從b運動到a,帶正電D.粒子從b運動到a,帶負電2.(多選)如圖所示,物理課堂教學(xué)中的洛倫茲力演示儀由勵磁線圈、玻璃泡、電子槍等部分組成.勵磁線圈是一對彼此平行的共軸的圓形線圈,兩線圈之間能產(chǎn)生勻強磁場.玻璃泡內(nèi)充有稀薄的氣體,電子槍在加速電壓下發(fā)射電子,電子束通過泡內(nèi)氣體時能夠顯示出電子運動的徑跡.若電子槍垂直于磁場方向發(fā)射電子,則給勵磁線圈通電后,能看到電子束的徑跡呈圓形.現(xiàn)只增大電子槍的加速電壓或勵磁線圈中的電流,下列說法正確的是 ()A.增大電子槍的加速電壓,電子束的軌道半徑變大B.增大電子槍的加速電壓,電子束的軌道半徑不變C.增大勵磁線圈中的電流,電子束的軌道半徑變小D.增大勵磁線圈中的電流,電子束的軌道半徑不變3.如圖所示,邊長為l的正方形abcd內(nèi)存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于紙面(abcd所在平面)向外.ab邊中點有一電子發(fā)射源O,可向磁場內(nèi)沿垂直于ab邊的方向發(fā)射電子.已知電子的比荷為k,則從a、d兩點射出的電子的速度大小分別為 ()A.14kBl,5B.14kBl,5C.12kBl,5D.12kBl,54.一勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直于紙面向外,其邊界如圖中虛線所示,ab為半圓,ac、bd與直徑ab共線,a、c間的距離等于半圓的半徑.一束質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子,在紙面內(nèi)從c點垂直于ac射入磁場,這些粒子具有各種速率.不計粒子之間的相互作用.在磁場中運動時間最長的粒子,其運動時間為 ()A.7πm6qB BC.4πm3qB 技能提升5.如圖所示,一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子以速度v垂直射入一有界勻強磁場區(qū)域內(nèi),速度方向跟磁場左邊界垂直,從右邊界離開磁場時速度方向偏轉(zhuǎn)角θ=30°,磁場區(qū)域的寬度為d,則下列說法正確的是 ()A.該粒子帶正電B.磁感應(yīng)強度B=3C.粒子在磁場中做圓周運動的半徑R=23D.粒子在磁場中運動的時間t=π6.(多選)如圖所示,在Oxy平面的第一象限內(nèi)存在方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場.一帶電粒子從y軸上的M點射入磁場,速度方向與y軸正方向的夾角θ=45°.粒子經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后在N點(圖中未畫出)垂直穿過x軸.已知OM=a,粒子電荷量為q,質(zhì)量為m,重力不計.則()A.粒子帶負電荷B.粒子速度大小為qBaC.粒子在磁場中運動的軌跡半徑為aD.N與O點相距(2+1)a7.(多選)如圖所示,垂直于紙面向里的勻強磁場以MN為邊界,左側(cè)磁感應(yīng)強度為B1,右側(cè)磁感應(yīng)強度為B2,B1=2B2=2T,比荷為2×106C/kg的帶正電粒子從O點以v0=4×104m/s的速度垂直于MN進入右側(cè)的磁場區(qū)域,則粒子運動至距離O點4cm的磁場邊界上的P點所需的時間可能為 ()A.π2×10-6sB.π×10-6sC.3π2×10-6sD.2π×10-6s8.(多選)如圖所示,ABCA為一半圓形的有界勻強磁場邊界,O為圓心,B為圓弧AC的中點,F、G分別為半徑OA和OC的中點,D、E點位于圓弧AC上,且DF∥EG∥BO.現(xiàn)有三個相同的帶電粒子(不計重力)以相同的速度分別從B、D、E三點沿平行于BO方向射入磁場,其中由B點射入磁場的粒子1恰好從C點射出,由D、E兩點射入的粒子2和粒子3從磁場中某處射出,則下列說法正確的是 ()A.粒子2從O點射出磁場B.粒子3從C點射出磁場C.粒子1、2、3在磁場中的運動時間之比為3∶2∶3D.粒子2、3經(jīng)磁場后速度偏轉(zhuǎn)角相同9.(多選)如圖所示,在真空中,半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,一束質(zhì)子在紙面內(nèi)以相同的速度射向磁場區(qū)域,質(zhì)子的電荷量為e,質(zhì)量為m,速度為v=eBRm,則以下說法正確的是 (A.對著圓心入射的質(zhì)子出射方向的反向延長線一定過圓心B.從a點進入磁場的質(zhì)子比從b點進入磁場的質(zhì)子在磁場中運動的時間短C.所有質(zhì)子都在磁場邊緣同一點射出磁場D.若質(zhì)子以相等的速率v=eBRm從同一點沿各個方向射入磁場,挑戰(zhàn)自我10.如圖所示為一粒子速度選擇器原理示意圖.半徑為10cm的圓柱形桶內(nèi)有一勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為1.0×10-4T,方向平行于軸線向外,圓桶的某直徑兩端開有小孔,粒子束以不同角度由小孔入射,將以不同速度從另一孔射出.有一粒子源發(fā)射出速度連續(xù)分布、比荷為2.0×1011C/kg的帶正電粒子,若某粒子出射的速度大小為22×106m/s,粒子間相互作用及重力均不計,則該粒子的入射角α為 ()A.30°B.45°C.53°D.60°11.如圖所示,在直角三角形OPN區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于紙面向外.一帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)電壓U加速后,沿平行于x軸的方向射入磁場.一段時間后,該粒子在OP邊上某點以垂直于x軸的方向射出.已知O點為坐標原點,N點在y軸上,OP與x軸的夾角為30°,粒子進入磁場的入射點與離開磁場的出射點之間的距離為d,不計重力.求:(1)帶電粒子的比荷;(2)帶電粒子從射入磁場到運動至x軸的時間.12.如圖所示,有兩個同心圓,半徑分別為r和2r,在兩圓之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B.圓心O處有一放射源,放出粒子的質(zhì)量為m,帶電荷量為q,假設(shè)粒子的速度方向都和紙面平行.(1)圖中箭頭表示某一粒子初速度的方向,OA與初速度方向的夾角為60°,要使該粒子經(jīng)過磁場后第一次是從A點穿出磁場,則初速度的大小是多少?(2)要使粒子不穿出大圓,則粒子的初速度不能超過多少?

參考答案1.C【解析】由于帶電粒子使沿途的空氣電離,粒子的能量逐漸減小,則速度逐漸減小,根據(jù)粒子在磁場中運動的半徑公式r=mvqB可知,粒子運動的軌跡半徑是逐漸減小的,所以粒子的運動軌跡是從b到a,選項A、B錯誤;根據(jù)左手定則可判斷,粒子帶正電,選項C正確,D錯誤2.AC【解析】若只增大電子槍的加速電壓,則由qU=12mv2可知,電子束的運動速度增大,由R=mvqB可知,電子束的軌道半徑變大,選項A正確,B錯誤.若只增大勵磁線圈中的電流,則磁感應(yīng)強度增大,由R=mvqB可知,電子束的軌道半徑變小,選項C正確3.B【解析】電子在勻強磁場中做勻速圓周運動,由洛倫茲力提供向心力得qvB=mv2r,已知電子的比荷qm=k,得r=mvqB=vkB,如圖所示,若電子從a點射出,則軌跡半徑為r1=l4,若電子從d點射出,則由r22=l2+r2-l22得r2=54l,由r1=mv1qB=v1kB4.C【解析】粒子在磁場中運動的時間與速度大小無關(guān),由在磁場中運動軌跡對應(yīng)的圓心角決定,即t=θ2πT.采用放縮法,粒子垂直于ac射入磁場,則圓心必在ac直線上,將粒子的軌跡半徑由零開始逐漸放大,在r≤0.5R和r≥1.5R時,粒子分別從ac、bd邊界射出,在磁場中的軌跡為半圓,運動時間等于半個周期.當0.5R<r<1.5R時,粒子從半圓邊界射出,將軌跡半徑從0.5R逐漸放大,粒子射出位置從半圓頂端向下移動,軌跡所對的圓心角從π逐漸增大,當軌跡半徑為R時,軌跡所對的圓心角最大,然后再增大軌跡半徑,軌跡所對的圓心角減小,因此當軌跡半徑等于R時粒子運動時間最長,即θ=π+π3=43π,粒子運動最長時間為t=θ2π5.D【解析】由左手定則可判斷,該粒子帶負電,A錯誤;分別作出入射方向和出射方向的垂線,交點為圓周運動的圓心O,由幾何關(guān)系可得,圓心角θ=30°,半徑R=dsin30°=2d,C錯誤;由洛倫茲力提供向心力,有qvB=mv2R,得R=mvqB,將R=2d代入可得B=mv2qd,B錯誤;粒子做圓周運動的周期T=2πRv=2πmqB,將B=mv2qd6.AD【解析】根據(jù)題意可知,帶電粒子進入磁場后沿順時針方向做圓周運動,由左手定則可判斷粒子帶負電,A正確;粒子垂直穿過x軸的N點,軌跡如圖所示,軌跡半徑為2a,根據(jù)qvB=mv2R,得v=2qBam,B、C錯誤;O點到N點的距離L=R+a=27.AC【解析】粒子在右側(cè)磁場中做勻速圓周運動,有qv0B2=mv02R2,解得R2=mv0qB2=2cm,故粒子共經(jīng)過半個圓周恰好到達P點,軌跡如圖甲所示,則粒子運動的時間t1=T22=πmqB2=π2×10-6s,由于B1=2B2,故粒子從P點射入左邊的磁場后,做半徑R1=12R2=1cm的勻速圓周運動,從開始共經(jīng)過兩次周期性運動可再次到達P點,軌跡如圖乙所示,則粒子運動的時間t2=T1+T2=3π2×10-6s,在以后的運動中,粒子通過MN的點會遠離P點,所以粒子運動至距離O點48.ABD【解析】由B點射入磁場的粒子1恰好從C點射出,可知帶電粒子運動的軌跡半徑等于磁場的邊界半徑,由D點射入的粒子2的軌跡圓心為E點,由幾何關(guān)系可知,該粒子從O點射出,同理可知粒子3從C點射出,A、B正確;1、2、3三個粒子在磁場中運動軌跡對應(yīng)的圓心角分別為90°、60°、60°,運動時間之比為3∶2∶2,C錯誤,D正確.9.AC【解析】對著圓心入射的質(zhì)子出射方向的反向延長線一定過圓心,選項A正確;質(zhì)子射入磁場中,受到向下的洛倫茲力而向下偏轉(zhuǎn),因質(zhì)子的運動半徑相同,故從a點進入磁場的質(zhì)子比從b點進入磁場的質(zhì)子在磁場中運動經(jīng)過的弧長更長,運動的時間長,選項B錯誤;質(zhì)子的速度為v=eBRm,則質(zhì)子運動的半徑r=mvqB=R,所有質(zhì)子做圓周運動的半徑都等于R,畫出各個質(zhì)子的運動軌跡,由幾何關(guān)系可知,所有質(zhì)子都在O點的正下方同一點射出磁場,選項C正確;若質(zhì)子以相等的速度v=eBRm從同一點沿各個方向射入磁場,則所有質(zhì)子做圓周運動的半徑都等于R,畫出各個質(zhì)子的運動軌跡,由幾何關(guān)系可知,各個質(zhì)子離開磁場的出射方向一定平行,選項10.B【解析】由牛頓第二定律得Bqv=mv2r,解得r=mvqB=2×10-1m=102cm,過入射速度和出射速度方向作垂線,得到軌跡的圓心O',畫出軌跡如圖所示,粒子從小孔a射入磁場,與ab方向的夾角為α,則粒子從小孔b離開磁場時速度與ab的夾角也為α,由幾何關(guān)系可知,軌跡所對應(yīng)的圓