2023年高考物理帶電粒子在變化磁場中運(yùn)動的分析復(fù)習(xí)練習(xí)（含解析）

2023年高考物理帶電粒子在變化磁場中運(yùn)動的分析復(fù)習(xí)練習(xí)（含解析）PAGE1-帶電粒子在變化磁場中運(yùn)動的分析高考頻度：★★☆☆☆難易程度：★★☆☆☆如下圖，a、b是兩個勻強(qiáng)磁場邊界上的兩點(diǎn)，左邊勻強(qiáng)磁場的磁感線垂直紙面向里，右邊勻強(qiáng)磁場的磁感線垂直紙面向外，兩邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等。電荷量為2e的正離子以某一速度從a點(diǎn)垂直磁場邊界向左射出，當(dāng)它運(yùn)動到b點(diǎn)時，擊中并吸收了一個處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子，不計正離子和電子的重力且忽略正離子和電子間的相互作用，那么它們在磁場中的運(yùn)動軌跡是A． B．C． D．【參考答案】D【試題解析】正離子以某一速度擊中并吸收了一個處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子后，速度不變，電荷量變?yōu)?e，由左手定那么可判斷出正離子過b點(diǎn)時所受洛倫茲力方向向下，由可知，軌跡半徑增大到原來的2倍，所以在磁場中的運(yùn)動軌跡是圖D。如下圖，人工元素原子核開始靜止在勻強(qiáng)磁場B1、B2的邊界MN上，某時刻發(fā)生裂變生成一個氦原子核和一個Rg原子核，裂變后的微粒速度方向均垂直B1、B2的邊界MN。氦原子核通過B1區(qū)域第一次經(jīng)過MN邊界時，距出發(fā)點(diǎn)的距離為l，Rg原子核第一次經(jīng)過MN邊界距出發(fā)點(diǎn)的距離也為l。那么以下有關(guān)說法正確的選項是A．兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1:B2為111:2B．兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1:B2為111:141C．氦原子核和Rg原子核各自旋轉(zhuǎn)第一個半圓的時間比為2:41D．氦原子核和Rg原子核各自旋轉(zhuǎn)第一個半圓的時間比為111:141如下圖，兩相鄰且范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行、大小分別為B和2B。一帶正電粒子(不計重力)以速度v從磁場分界線MN上某處射入磁場區(qū)域Ⅰ，其速度方向與磁場方向垂直且與分界線MN成60°角，經(jīng)過t1時間后粒子進(jìn)入到磁場區(qū)域Ⅱ，又經(jīng)過t2時間后回到區(qū)域Ⅰ，設(shè)粒子在區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中的角速度分別為ω1、ω2，那么A．ω1:ω2=1:1 B．ω1:ω2=2:1C．t1:t2=1:1 D．t1:t2=2:1如圖，在Ⅰ、Ⅱ兩個區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向分別垂直于紙面向外和向里，AD、AC邊界的夾角∠DAC=30°，邊界AC與邊界MN平行，Ⅱ區(qū)域?qū)挾葹閐。質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子在邊界AD上距A點(diǎn)d處垂直AD射入I區(qū)，入射速度垂直磁場，假設(shè)入射速度大小為，不計粒子重力，那么粒子在磁場中運(yùn)動的總時間A． B．C． D．兩屏幕熒光屏互相垂直放置，在兩屏內(nèi)分別去垂直于兩屏交線的直線為x和y軸，交點(diǎn)O為原點(diǎn)，如下圖。在y>0，0<x<a的區(qū)域有垂直于紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，在y>0，x>a的區(qū)域有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，兩區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。在O點(diǎn)出有一小孔，一束質(zhì)量為m、帶電量為q〔q>0〕的粒子沿x周經(jīng)小孔射入磁場，最后打在豎直和水平熒光屏上，使熒光屏發(fā)亮。入射粒子的速度可取從零到某一最大值之間的各種數(shù)值。速度最大的粒子在0<x<a的區(qū)域中運(yùn)動的時間與在x>a的區(qū)域中運(yùn)動的時間之比為2:5，在磁場中運(yùn)動的總時間為7T/12，其中T為該粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動的周期。試求兩個熒光屏上亮線的范圍〔不計重力的影響〕。如圖，空間存在方向垂直于紙面〔xOy平面〕向里的磁場。在x≥0區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B0；x<0區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為λB0〔常數(shù)λ>1〕。一質(zhì)量為m、電荷量為q〔q>0〕的帶電粒子以速度v0從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸正向射入磁場，此時開始計時，當(dāng)粒子的速度方向再次沿x軸正向時，求〔不計重力〕〔1〕粒子運(yùn)動的時間；〔2〕粒子與O點(diǎn)間的距離?！緟⒖即鸢浮孔釉诖艌鲋凶鰣A周運(yùn)動的周期：，粒子選擇第一個半圓的需要的時間：，時間之比：，C正確，D錯誤。C由洛倫茲力充當(dāng)向心力可知：，根據(jù)線速度和角速度關(guān)系可得：v=Rω；聯(lián)立解得：，那么可知，角速度與磁場成正比，故ω1:ω2=1:2；故AB錯誤；粒子在兩磁場中運(yùn)動軌跡如下圖，粒子在I中轉(zhuǎn)過的圓心角為120°，而在II中轉(zhuǎn)過的圓心角為240°；由可知，粒子在I中的周期為II中周期的一半；那么由可知，t1:t2=1:1；故C正確，D錯誤?！久麕燑c(diǎn)睛】此題考查帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動規(guī)律，要注意明確運(yùn)動過程，正確確定圓心和半徑是解題的關(guān)系，同時注意牛頓第二定律的應(yīng)用，根據(jù)洛倫茲力充當(dāng)向心力進(jìn)行分析求解。Ⅱ區(qū)域圓弧所對的圓心角為90°粒子在磁場中運(yùn)動的總時間為，故C正確。對于y軸上的光屏亮線范圍的臨界條件如圖1所示：帶電粒子的軌跡和x=a相切，此時r=a，y軸上的最高點(diǎn)為y=2r=2a對于x軸上光屏亮線范圍的臨界條件如圖2所示：左邊界的極限情況還是和x=a相切，此刻，帶電粒子在右邊的軌跡是個圓，由幾何知識得到在x軸上的坐標(biāo)為x=2a；速度最大的粒子是如圖2中的實線，又兩段圓弧組成，圓心分別是c和c'由對稱性得到c'在x軸上，設(shè)在左右兩局部磁場中運(yùn)動時間分別為t1和t2，所以在x軸上的范圍是〔1〕〔2〕〔1〕在勻強(qiáng)磁場中，帶電粒子做圓周運(yùn)動。設(shè)在x≥0區(qū)域，圓周半徑為R1；在x<0區(qū)域，圓周半徑為R2?！?〕