2019版高考物理二輪復(fù)習(xí)專題三電場(chǎng)和磁場(chǎng)專題突破練9磁場(chǎng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).doc

專題突破練9磁場(chǎng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(共5小題,每小題6分,共30分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第13小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,第45小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)或不答的得0分)1.(2018河南新鄉(xiāng)三模)如圖所示,兩個(gè)完全相同、所在平面互相垂直的導(dǎo)體圓環(huán)P、Q中間用絕緣細(xì)線連接,通過(guò)另一絕緣細(xì)線懸掛在天花板上,當(dāng)P、Q中同時(shí)通有圖示方向的恒定電流時(shí),關(guān)于兩線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)(從上向下看)以及細(xì)線中張力的變化,下列說(shuō)法正確的是()A.P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),Q逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)P與天花板連接的細(xì)線張力不變B.P逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),Q順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩細(xì)線張力均不變C.P、Q均不動(dòng),P與天花板連接的細(xì)線和與Q連接的細(xì)線張力均增大D.P不動(dòng),Q逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)P、Q間細(xì)線張力不變2.(2018安徽蚌埠質(zhì)檢)如圖所示,A、B、C三根平行通電直導(dǎo)線均為m,通入的電流大小均相等,其中C中的電流方向與A、B中的電流方向反向,A、B放置在粗糙的水平面上,C靜止在空中,三根導(dǎo)線的截面處于一個(gè)等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn),且三根導(dǎo)線均保持靜止,重力加速度為g,則A導(dǎo)線受到B導(dǎo)線的作用力大小和方向?yàn)?)A.33mg,方向由A指向BB.33mg,方向由B指向AC.3mg,方向由A指向BD.3mg,方向由B指向A3.(2018安徽蕪湖期末)如圖所示,直角坐標(biāo)系Oxyz處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一條長(zhǎng)0.6 m的直導(dǎo)線沿Ox方向通有大小為9 A的電流,受到的安培力沿Oz方向,大小為2.7 N。則該勻強(qiáng)磁場(chǎng)可能的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為()A.平行于xOy平面,B=0.5 TB.平行于xOz平面,B=1.0 TC.平行于xOy平面,B=0.2 TD.平行于xOy平面,B=1.0 T4.(2018河南駐馬店二質(zhì)檢)如圖所示,平面直角坐標(biāo)系的第二象限內(nèi)存在著垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),第三象限內(nèi)存在著垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一帶負(fù)電的粒子從原點(diǎn)O以某一速度沿與y軸成30角方向斜向上射入磁場(chǎng),且在第二象限運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡圓的半徑為R,已知帶電粒子的質(zhì)量為m,所帶電荷量為q,且所受重力可以忽略。則()A.粒子在第二象限和第三象限兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓半徑之比為12B.粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間2m3qBC.粒子從O位置入射后第二次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的位置到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為33RD.若僅將粒子的入射速度大小變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,則粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間將減少5.(2018安徽皖南八校聯(lián)考)如圖所示,正方形abcd區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),O點(diǎn)是cd邊的中點(diǎn),一個(gè)帶正電的粒子(重力忽略不計(jì))若從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剛好從c點(diǎn)射出磁場(chǎng)?，F(xiàn)設(shè)法使該帶電粒子從O點(diǎn)沿紙面以與Od成30的方向(如圖中虛線所示),以各種不同的速率射入正方形內(nèi),那么下列說(shuō)法中正確的是()A.該帶電粒子不可能剛好從正方形的某個(gè)頂點(diǎn)射出磁場(chǎng)B.若該帶電粒子從ab邊射出磁場(chǎng),它在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間可能是23t0C.若該帶電粒子從bc邊射出磁場(chǎng),它在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間可能是t0D.若該帶電粒子從cd邊射出磁場(chǎng),它在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間可能是43t0二、計(jì)算題(本題共4個(gè)小題,共70分)6.(15分)(2018山東淄博一中三模)如圖所示,在xOy平面內(nèi),有一以O(shè)為圓心、R為半徑的半圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直坐標(biāo)平面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。位于O點(diǎn)的粒子源向第二象限內(nèi)的各個(gè)方向連續(xù)發(fā)射大量同種帶電粒子,粒子均不會(huì)從磁場(chǎng)的圓弧邊界射出。粒子的速率相等,質(zhì)量為m、電荷量大小為q,粒子重力及粒子間的相互作用均不計(jì)。(1)若粒子帶負(fù)電,求粒子的速率應(yīng)滿足的條件及粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間;(2)若粒子帶正電,求粒子在磁場(chǎng)中能夠經(jīng)過(guò)區(qū)域的最大面積。7.(15分)(2018山東青島二模)如圖,直角坐標(biāo)系xOy區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=3 T。現(xiàn)有一帶負(fù)電的粒子,電荷量q=-110-6 C,質(zhì)量m=510-12 kg,以v=1106 m/s的速度先后經(jīng)過(guò)P(1,5)、Q(5,2)兩點(diǎn),粒子重力不計(jì),求:(1)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R;(2)粒子從P運(yùn)動(dòng)到Q所用的時(shí)間t。8.(20分)(2018湖南長(zhǎng)沙雅禮中學(xué)二模)如圖所示,在x軸和x軸上方存在垂直xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一粒子源,可向x軸和x軸上方的各個(gè)方向不斷地發(fā)射速度大小均為v、質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的同種帶電粒子。在x軸上距離原點(diǎn)x0處垂直于x軸放置一個(gè)長(zhǎng)度為x0、厚度不計(jì)、能接收帶電粒子的薄金屬板P(粒子一旦打在金屬板P上,其速度立即變?yōu)?)?，F(xiàn)觀察到沿x軸負(fù)方向射出的粒子恰好打在薄金屬板的上端,且速度方向與y軸平行。不計(jì)帶電粒子的重力和粒子間相互作用力。(1)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(2)求被薄金屬板接收的粒子中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)與最短時(shí)間的差值;(3)若在y軸上放置一擋板,使薄金屬板右側(cè)不能接收到帶電粒子,試確定擋板的最小長(zhǎng)度和放置的位置坐標(biāo)。9.(20分)(2018江西五市八校聯(lián)考)如圖甲所示,直角坐標(biāo)系xOy中,第二象限內(nèi)有沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),第一、四象限內(nèi)有垂直坐標(biāo)平面的勻強(qiáng)交變磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向外為正方向。第三象限內(nèi)有一發(fā)射裝置(沒有畫出)沿y軸正方向射出一個(gè)比荷qm=100 C/kg的帶正電的粒子(可視為質(zhì)點(diǎn)且不計(jì)重力),該粒子以v0=20 m/s的速度從x軸上的點(diǎn)A(-2 m,0)進(jìn)入第二象限,從y軸上的點(diǎn)C(0,4 m)進(jìn)入第一象限。取粒子剛進(jìn)入第一象限的時(shí)刻為0時(shí)刻,第一、四象限內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化,g取10 m/s2。(1)求第二象限內(nèi)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小;(2)求粒子第一次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的位置坐標(biāo)。專題突破練9磁場(chǎng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、選擇題(共5小題,每小題6分,共30分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第13小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,第45小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)或不答的得0分)1.A解析 根據(jù)安培定則,P產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向外,Q產(chǎn)生的磁場(chǎng)水平向右,根據(jù)同名磁極相互排斥的特點(diǎn),從上往下看,P將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),Q逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)后P、Q兩環(huán)的電流的方向相反,兩環(huán)靠近部分的電流方向相同,所以兩個(gè)線圈相互吸引,細(xì)線張力減小。由整體法可知,P與天花板連接的細(xì)線張力總等于兩環(huán)的重力之和,大小不變;故A正確,BCD錯(cuò)誤。故選A。2.A解析 三根導(dǎo)線的截面處于一個(gè)等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn),通入的電流大小均相等,則FBC=FAC=FAB,又反向電流相互排斥,對(duì)電流C受力分析如圖。由平衡條件可得:2FACcos 30=mg,解得:FAC=33mg,則FAB=33mg,同向電流相互吸引,A導(dǎo)線受到B導(dǎo)線的作用力方向由A指向B。綜上答案為A。3.A解析 根據(jù)左手定則,安培力必須與電流和磁場(chǎng)構(gòu)成的平面垂直,故磁場(chǎng)的方向一定平行于xOy平面;電流和磁場(chǎng)互相垂直的時(shí)候,安培力最大,所以最小的磁感應(yīng)強(qiáng)度為:B=FIL=2.790.6 T=0.5 T,A正確。4.AC解析 由半徑公式r=mvqB知,軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比,所以粒子在第二象限和第三象限兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓半徑之比為12,故A正確;粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的軌跡如圖所示:在第二象限的周期T1=2mq2B=mqB,圓心角120,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=120360T1=m3qB,在第二象限運(yùn)動(dòng)的周期T2=2mqB,圓心角120,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2=120360T2=2m3qB,所以粒子完成一次周期性運(yùn)動(dòng)的時(shí)間T0=t1+t2=mqB,故B錯(cuò)誤;粒子在第三象限軌跡圓的半徑為2R,從O點(diǎn)入射后第一次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的位置到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離x1=3R,第二次圓弧的弦長(zhǎng)x2=3R2=23R,所以粒子從O位置入射后第二次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的位置到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為33R,故C正確;若僅將粒子的入射速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,周期T=2mqB與速度無(wú)關(guān),圓心角不變,所以在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=2T不變,故D錯(cuò)誤;故選AC。5.ABC解析 帶電粒子以垂直于cd邊的速度射入正方形內(nèi),經(jīng)過(guò)時(shí)間t0剛好從c點(diǎn)射出磁場(chǎng),則知帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期為T=2t0。作出粒子恰好從各邊射出的軌跡,發(fā)現(xiàn)粒子不可能經(jīng)過(guò)正方形的某頂點(diǎn),故A正確;作出粒子恰好從ab邊射出的軌跡,由幾何關(guān)系知圓心角不大于150,在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間不大于512個(gè)周期,即5t06。圓心角不小于60,在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間不小于16個(gè)周期,即t03,故B正確;作出粒子恰好從bc邊射出的軌跡,由幾何關(guān)系知圓心角不大于240,在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間不大于23個(gè)周期,即4t03。圓心角不小于150,在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間不小于512個(gè)周期,即5t06,故C正確;所有從cd邊射出的粒子圓心角都是300,所用時(shí)間為5t03,故D錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(本題共4個(gè)小題,共70分)6.答案 (1)vqBR2mt=mqB(2)18R2解析 (1)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,則:qvB=mv2r根據(jù)幾何關(guān)系:rR2聯(lián)立得:vqBR2m粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期:T=2mqB由粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡可得,沿y軸正向射入磁場(chǎng)中的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短,則:t=T2聯(lián)立可得:t=mqB(2)分析可得,粒子在磁場(chǎng)中能經(jīng)過(guò)的區(qū)域?yàn)榘雸A,如圖中陰影部分,由幾何關(guān)系可得該半圓的半徑:r=12R面積:S=12r2聯(lián)立可得:S=18R27.答案 (1)533 m(2)6.010-6 s解析 (1)由于粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),qv0B=mv02R,代入數(shù)據(jù)可得:R=533 m。(2)由題意,粒子的運(yùn)動(dòng)圖象如圖所示由幾何關(guān)系可知:xPQ=5 msin 2=xPQ2R=32故粒子轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為:=120則運(yùn)動(dòng)時(shí)間:t=22mqB代入數(shù)據(jù)可得:t6.010-6 s8.答案 (1)mvqx0(2)4x03v(3)最小長(zhǎng)度為(2-3)x0,上端坐標(biāo)為(0,2x0),下端坐標(biāo)為(0,3x0)解析 (1)由左手定則可以判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中沿順時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng),沿-x方向射出的粒子恰好打在金屬板的上方,如圖a所示,R=x0qvB=mv2R聯(lián)立得B=mvqx0圖a(2)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T,T=2Rv=2x0v圖b為帶電粒子打在金屬板左側(cè)面的兩個(gè)臨界點(diǎn),由圖可知,圓心O與坐標(biāo)原點(diǎn)和薄金屬板下端構(gòu)成正三角形,帶電粒子速度方向和x軸正方向成30,由圖b可知到達(dá)薄金屬板左側(cè)下端的粒子用時(shí)最短,即t=T6=x03v圖b圖c為打在右側(cè)下端的臨界點(diǎn),圓心與坐標(biāo)原點(diǎn)和薄金屬板下端構(gòu)成正三角形,帶電粒子速度方向和x軸正方向成150,由圖c可知到達(dá)金屬板右側(cè)下端的粒子用時(shí)最長(zhǎng),即t=5T6=5x03v則被板接收的粒子中最長(zhǎng)和最短時(shí)間之差為t=4x03v圖c(3)由圖a可知擋板上端坐標(biāo)為(0,2x0)由圖c可知擋板下端y坐標(biāo)為y2=2x0cos 30=3x0,下端(0,3x0)最小長(zhǎng)度L=(2-3)x09.答案 (1)1 N/C(2)(3 m,0)解析 (1)帶電粒子在第二象限的電場(chǎng)中只受電場(chǎng)力,且電場(chǎng)力方向與初速度方向垂直,所以,粒子做類平拋運(yùn)動(dòng);粒子從A點(diǎn)到C點(diǎn)用時(shí)t=OCv0=420 s=15 s;粒子在水平方向上有a=qEm,所以O(shè)A=12at2,則有E=mqa=mq2OAt2=22100(15)2 N/C=1 N/C。(2)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v,則其豎直分量vy=v0=20 m/s,水平分量vx=at=qEmt=20 m/s,所以v=vx2+v