浙江省高考物理 能力突破 8.2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用.doc

浙江2013年物理高考能力突破：8.2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用(40分鐘 100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每小題7分，共28分，每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意)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)電荷量為+q的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，下面說(shuō)法中正確的是( )a.只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同b.如果把+q改為-q，且速度反向、大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均改變c.洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直，磁場(chǎng)方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直d.粒子只受到洛倫茲力作用時(shí)，運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不變3.(創(chuàng)新題)一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=114.(2012舟山模擬)如圖所示，帶有正電荷的a粒子和b粒子同時(shí)從勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上的p點(diǎn)以等大的速度，以與邊界成30和60的夾角射入磁場(chǎng)，又恰好不從另一邊界飛出，設(shè)邊界上方的磁場(chǎng)范圍足夠大，下列說(shuō)法中正確的是( ) a.a、b兩粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比為b.a、b兩粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比為c.a、b兩粒子的之比為d.a、b兩粒子的之比為二、不定項(xiàng)選擇題(本題共3小題，每小題7分，共21分，每小題至少一個(gè)選項(xiàng)符合題意)5.(2011 海南高考)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在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同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6.(2012溫州模擬)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極板帶負(fù)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,比荷越小7.(易錯(cuò)題)長(zhǎng)為l的水平極板間,有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,板間距離也為l,板不帶電,現(xiàn)有質(zhì)量為m,電荷量為q的正電粒子(不計(jì)重力),從極板間左邊中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入磁場(chǎng),欲使粒子不打在極板上,可采用的辦法是( ) a.使粒子的速度b.使粒子的速度c.使粒子的速度d.使粒子的速度三、計(jì)算題(本大題共3小題，共51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)8.(2012金華模擬)(15分)如圖所示，在平面直角坐標(biāo)系中有一個(gè)垂直于紙面向里的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其邊界過(guò)原點(diǎn)o和y軸上的點(diǎn)a(0,l).一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從a點(diǎn)以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場(chǎng)，并從x軸上的b點(diǎn)射出磁場(chǎng)，此時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角為60.求：(1)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(2)磁場(chǎng)區(qū)域的圓心坐標(biāo).9.(2012肇慶模擬)(18分)如圖所示，在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)方向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)腶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)(18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)度大小也為b，方向垂直紙面向里，op兩點(diǎn)距答案解析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d.因?yàn)槁鍌惼澚Φ拇笮〔坏c粒子速度大小有關(guān)，而且與粒子速度方向有關(guān)，如當(dāng)粒子速度與磁場(chǎng)垂直時(shí)f=bqv，當(dāng)粒子速度與磁場(chǎng)平行時(shí)f=0.再者由于洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)與粒子速度方向垂直，因此速度方向不同時(shí)，洛倫茲力的方向也不同，所以a選項(xiàng)錯(cuò)誤.因?yàn)?q改為-q且速度反向時(shí)所形成的電流方向與原+q運(yùn)動(dòng)形成的電流方向相同，由左手定則可知洛倫茲力方向不變，再由f=bqv知大小不變，所以b選項(xiàng)錯(cuò)誤.因?yàn)殡姾蛇M(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向可以與磁場(chǎng)成任意夾角，所以c選項(xiàng)錯(cuò)誤.因?yàn)槁鍌惼澚偱c速度垂直，所以洛倫茲力不做功，粒子動(dòng)能不變，洛倫茲力只改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向，所以d選項(xiàng)正確.3.【解析】選c.根據(jù)知,半徑與比荷成反比.故.再根據(jù)左手定則知,q1帶正電,q2帶負(fù)電,故c正確.4.【解析】選b.a、b粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，設(shè)磁場(chǎng)的寬度為l，對(duì)a粒子ra+racos30=l,得ra=對(duì)b粒子rb+rbcos60=l,得rb=,故,a錯(cuò)，b正確.由得a、b兩粒子的之比為.c、d錯(cuò)誤.5.【解析】選b、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，若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b、d正確，a、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)法正確的是( )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a、b、d.畫(huà)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.6. 【解析】選d.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錯(cuò)誤;根據(jù)qvb=,r=，故可以確定c錯(cuò)誤,d正確.7.【解題指南】粒子不打在極板上,可以從左側(cè)或右側(cè)射出磁場(chǎng),然后由運(yùn)動(dòng)軌跡邊界條件確定粒子半徑,由圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定臨界條件.【解析】選a、c.依題意粒子打在板上的臨界狀態(tài)如圖所示.由幾何關(guān)系有,故.根據(jù),則,.那么欲使粒子不打在極板上,可使粒子速度或.8. 【解析】(1)設(shè)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r，由題意知，電子轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為=60(1分)由圖可知：r-l=rcos60(2分)則r=2l(1分)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度為s= (2分)所以電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：t= (2分)解得t=(1分)(2)ab連線是磁場(chǎng)區(qū)域圓的直徑，其圓心的縱坐標(biāo)為 (1分)由圖可知，abo為等邊三角形，ob=rsin60=l,(2分)所以磁場(chǎng)區(qū)域圓圓心的橫坐標(biāo)為(1分)故其圓心坐標(biāo)為 (2分)答案：(1) (2) 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(3分)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角 (2分)則運(yùn)動(dòng)時(shí)間(3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,則(3分)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角2=，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間(3分)由題意知：(2分)由式聯(lián)立解得： (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，由題意知 (3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)：，圓心角：，由以上各式解得 (3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