福建2014高三物理課時(shí)提能演練：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用

1、2014屆高三物理（魯科版-福建）全程復(fù)習(xí)方略課時(shí)提能演練：8.2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 (40分鐘 100分)一、選擇題(本大題共8小題，每小題9分，共72分.每小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確)1.如圖所示,在通電直導(dǎo)線下方,有一電子沿平行導(dǎo)線方向以速度v向左運(yùn)動(dòng),則關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)半徑的判斷正確的是( )A.將沿軌跡運(yùn)動(dòng),半徑越來(lái)越小B.將沿軌跡運(yùn)動(dòng),半徑越來(lái)越大C.將沿軌跡運(yùn)動(dòng),半徑越來(lái)越小D.將沿軌跡運(yùn)動(dòng),半徑越來(lái)越大2.(易錯(cuò)題)如圖所示，一束電子流沿管的軸線進(jìn)入螺線管，忽略重力，電子在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是( )A.當(dāng)從a端通入電流時(shí)，電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B.當(dāng)從b端通入電流時(shí)，電子做勻加速

2、直線運(yùn)動(dòng)C.不管從哪端通入電流，電子都做勻速直線運(yùn)動(dòng)D.不管從哪端通入電流，電子都做勻速圓周運(yùn)動(dòng)3.(2012南平模擬)空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中的正方形為其邊界.一細(xì)束由兩種粒子組成的粒子流沿垂直于磁場(chǎng)的方向從O點(diǎn)入射.這兩種粒子帶同種電荷，它們的電荷量、質(zhì)量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子，不計(jì)重力.下列說(shuō)法正確的是( )A.入射速度不同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不同B.入射速度相同的粒子由于電荷量和質(zhì)量不同，在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡不一定相同C.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的粒子，其運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同D.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的粒子，其軌跡所對(duì)的圓心角一定越大4.(創(chuàng)新題)一

3、束帶電粒子以同一速度,并從同一位置進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),在磁場(chǎng)中它們的軌跡如圖所示.粒子q1的軌跡半徑為r1,粒子q2的軌跡半徑為r2,且r2=2r1,q1、q2分別是它們的帶電量,則( ) A.q1帶負(fù)電、q2帶正電,比荷之比為=21B.q1帶負(fù)電、q2帶正電,比荷之比為=12C.q1帶正電、q2帶負(fù)電,比荷之比為=21D.q1帶正電、q2帶負(fù)電,比荷之比為=115.(易錯(cuò)題)如圖甲是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒.在加速帶電粒子時(shí),兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩盒分別與高頻電源相連.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速

4、時(shí)間,則下列判斷正確的是( )A.在Ek-t圖中應(yīng)有t4-t3=t3-t2=t2-t1B.高頻電源的變化周期應(yīng)該等于tn-tn-1C.粒子加速次數(shù)越多,粒子最大動(dòng)能一定越大D.要想粒子獲得的最大動(dòng)能越大,可增加D形盒間的電壓6.(2012泉州模擬)1922年英國(guó)物理學(xué)家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).若一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,則下列說(shuō)法中正確的是( )A.該束帶電粒子帶負(fù)電B.速度選擇器的P1極板帶正電C.在B2磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子,質(zhì)量越大D.在B2磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子,比荷越大7.(2012衡水模擬)如圖所示,一半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)

5、有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一質(zhì)量為m,電荷量為q的正電荷(重力忽略不計(jì))以速度v沿正對(duì)著圓心O的方向射入磁場(chǎng),從磁場(chǎng)中射出時(shí)速度方向改變了角.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為( ) A.B. C. D.8.(2012寧德模擬)如圖所示,半徑為r的圓形空間內(nèi),存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一個(gè)帶電粒子(不計(jì)重力)從A點(diǎn)以速度v0垂直于磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)中,并從B點(diǎn)射出.若AOB=120,則該帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為( )A. B.C.D.二、非選擇題(本大題共2小題，共28分，要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)9.(2012肇慶模擬)(12分)如圖所示，在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)方向

6、都垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在以直徑A2A4為邊界的兩個(gè)半圓形區(qū)域、中，直徑A2A4與A1A3的夾角為60，一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子以某一速度從區(qū)的邊緣點(diǎn)A1處沿與A1A3成30角的方向射入磁場(chǎng)，再以垂直A2A4的方向經(jīng)過(guò)圓心O進(jìn)入?yún)^(qū)，最后再?gòu)腁2處射出磁場(chǎng).已知該粒子從射入到射出磁場(chǎng)所用的時(shí)間為t,求區(qū)和區(qū)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B1和B2的大小(忽略粒子重力).10.(預(yù)測(cè)題)(16分)在實(shí)驗(yàn)室中，需要控制某些帶電粒子在某區(qū)域內(nèi)的滯留時(shí)間，以達(dá)到預(yù)想的實(shí)驗(yàn)效果.現(xiàn)設(shè)想在xOy的紙面內(nèi)存在如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，在O點(diǎn)到P點(diǎn)區(qū)域的x軸上方，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外，在x軸下方，磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度大小也為B，方向垂直紙面向里，OP兩點(diǎn)距離為x0.現(xiàn)在原點(diǎn)O處以恒定速度v0不斷地向第一象限內(nèi)發(fā)射氘核粒子.(1)設(shè)粒子以與x軸成45角從O點(diǎn)射出，第一次與x軸相交于A點(diǎn)，第n次與x軸交于P點(diǎn)，求氘核粒子的比荷 (用已知量B、x0、v0、n表示)，并求OA段粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的弧長(zhǎng)(用已知量x0、v0、n表示).(2)求粒子從O點(diǎn)到A點(diǎn)所經(jīng)歷時(shí)間t1和從O點(diǎn)到P點(diǎn)所經(jīng)歷時(shí)間t(用已知量x0、v0、n表示).答案解析1.【解析】選A.根據(jù)安培定則可以確定導(dǎo)線下方磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,再根據(jù)左手定則和電子帶負(fù)電知,電子受洛倫茲力方向向上.再根據(jù)B越來(lái)越大,故r越來(lái)越小,故A正確.2.【解析】選C.無(wú)

8、論從哪端通入電流，螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)方向總與電子流運(yùn)動(dòng)的方向平行，故電子流不受洛倫茲力的作用.3.【解析】選D.根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期由此可知兩種粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期相同，當(dāng)速度不同的粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角相同時(shí)，軌跡可以不同，但運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，由半徑公式可知，入射速度相同的粒子軌跡相同，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間即由軌跡所對(duì)的圓心角決定，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤.【變式備選】如圖所示,在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng).在邊長(zhǎng)為2R的正方形區(qū)域里也有勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同.兩個(gè)相同的帶電粒子以相同的速率分別從M、N兩點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場(chǎng).在M點(diǎn)射入的帶電粒子,其速度方向指向圓心;在

9、N點(diǎn)射入的帶電粒子,速度方向與邊界垂直,且N點(diǎn)為正方形邊長(zhǎng)的中點(diǎn),則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )A.帶電粒子在磁場(chǎng)中飛行的時(shí)間可能相同B.從M點(diǎn)射入的帶電粒子可能先飛出磁場(chǎng)C.從N點(diǎn)射入的帶電粒子可能先飛出磁場(chǎng)D.從N點(diǎn)射入的帶電粒子不可能比M點(diǎn)射入的帶電粒子先飛出磁場(chǎng)【解析】選C.畫軌跡草圖如圖所示,容易得出粒子在圓形磁場(chǎng)中的軌跡長(zhǎng)度(或軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角)不會(huì)大于在正方形磁場(chǎng)中的,故A、B、D正確，C錯(cuò).4.【解析】選C.根據(jù)qvB=m,r=知,半徑與比荷成反比.故=r2r1=21.再根據(jù)左手定則知,q1帶正電,q2帶負(fù)電,故C正確.5.【解析】選A.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度

10、大小無(wú)關(guān),因此,在Ek-t圖中應(yīng)有t4-t3=t3-t2=t2-t1,選項(xiàng)A正確;帶電粒子在回旋加速器中每運(yùn)行一周加速兩次,高頻電源的變化周期應(yīng)該等于2(tn-tn-1),選項(xiàng)B錯(cuò);由可知,粒子獲得的最大動(dòng)能取決于D形盒的半徑,與加速電壓的大小無(wú)關(guān).當(dāng)軌道半徑與D形盒半徑相等時(shí)就不能繼續(xù)加速,故選項(xiàng)C、D錯(cuò).6.【解析】選B.根據(jù)左手定則可確定粒子帶正電,A錯(cuò)誤;由速度選擇器中電場(chǎng)力和洛倫茲力方向相反知,P1板帶正電,B正確;根據(jù)qvB= r=故可以確定C、D錯(cuò)誤.7.【解析】選B.粒子軌跡如圖,根據(jù)幾何關(guān)系再根據(jù)qvB=，解得故B正確.8.【解題指南】解答該題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)在圓形磁場(chǎng)

11、區(qū)域內(nèi),沿徑向射入的粒子必沿徑向射出.(2)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間取決于粒子軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角.【解析】選D.畫出帶電粒子進(jìn)、出磁場(chǎng)速度方向的垂線交于O點(diǎn),O點(diǎn)即為粒子做圓周運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心,如圖所示.連接OO,設(shè)軌跡半徑為R,由幾何關(guān)系可知帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R=rtan60=r.因?yàn)锳OB=120,故AOB=60,運(yùn)動(dòng)時(shí)間D正確.9.【解析】粒子在區(qū)運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心在A2處，由幾何知識(shí)和題意可知，軌道半徑R1=R,則 (2分)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角1= (1分)則運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=(2分)粒子在區(qū)運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心在OA2的中點(diǎn)，由幾何關(guān)系可知軌跡半徑R2=則(2分)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角2=，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2=(2分)由題意知：t=t1+t2=(1分)由式聯(lián)立解得：B2=2B1,B1=,B2=(2分)答案： 10.【解析】(1)氘核粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得 (2分)解得粒子運(yùn)動(dòng)的半徑:(2分)由幾何關(guān)系知，粒子從A點(diǎn)到O點(diǎn)的弦長(zhǎng)為R，由題意知nR=x0(2分)解得氘核粒子的比荷： (2分)由幾何關(guān)系得，OA段粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的弧長(zhǎng)： =R，圓心角：= 由以上各式解得 (2分)(2)粒子從O點(diǎn)到A點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間： (3分)從O點(diǎn)到P點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間 (3分)答案：(1) (2) 【總結(jié)提升】帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的五大問(wèn)題處