福建2014高三物理課時提能演練：磁場對運(yùn)動電荷的作用

1、2014屆高三物理（魯科版-福建）全程復(fù)習(xí)方略課時提能演練：8.2磁場對運(yùn)動電荷的作用 (40分鐘 100分)一、選擇題(本大題共8小題，每小題9分，共72分.每小題只有一個選項正確)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,則關(guān)于電子的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動半徑的判斷正確的是( )A.將沿軌跡運(yùn)動,半徑越來越小B.將沿軌跡運(yùn)動,半徑越來越大C.將沿軌跡運(yùn)動,半徑越來越小D.將沿軌跡運(yùn)動,半徑越來越大2.(易錯題)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)動應(yīng)該是( )A.當(dāng)從a端通入電流時，電子做勻加速直線運(yùn)動B.當(dāng)從b端通入電流時，電子做勻加速

2、直線運(yùn)動C.不管從哪端通入電流，電子都做勻速直線運(yùn)動D.不管從哪端通入電流，電子都做勻速圓周運(yùn)動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，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，不計重力.下列說法正確的是( )A.入射速度不同的粒子在磁場中的運(yùn)動時間一定不同B.入射速度相同的粒子由于電荷量和質(zhì)量不同，在磁場中的運(yùn)動軌跡不一定相同C.在磁場中運(yùn)動時間相同的粒子，其運(yùn)動軌跡一定相同D.在磁場中運(yùn)動時間越長的粒子，其軌跡所對的圓心角一定越大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,在磁場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.(易錯題)如圖甲是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖,其核心部分是兩個D形金屬盒.在加速帶電粒子時,兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中,兩盒分別與高頻電源相連.帶電粒子在磁場中運(yùn)動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示,忽略帶電粒子在電場中的加速

4、時間,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,粒子最大動能一定越大D.要想粒子獲得的最大動能越大,可增加D形盒間的電壓6.(2012泉州模擬)1922年英國物理學(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.若一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動軌跡如圖所示,則下列說法中正確的是( )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磁場中運(yùn)動半徑越大的粒子,質(zhì)量越大D.在B2磁場中運(yùn)動半徑越大的粒子,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,一質(zhì)量為m,電荷量為q的正電荷(重力忽略不計)以速度v沿正對著圓心O的方向射入磁場,從磁場中射出時速度方向改變了角.磁場的磁感應(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,一個帶電粒子(不計重力)從A點(diǎn)以速度v0垂直于磁場方向射入磁場中,并從B點(diǎn)射出.若AOB=120,則該帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時間為( )A. B.C.D.二、非選擇題(本大題共2小題，共28分，要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)9.(2012肇慶模擬)(12分)如圖所示，在一個圓形區(qū)域內(nèi)，兩個方向

6、都垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場分布在以直徑A2A4為邊界的兩個半圓形區(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，再以垂直A2A4的方向經(jīng)過圓心O進(jìn)入?yún)^(qū)，最后再從A2處射出磁場.已知該粒子從射入到射出磁場所用的時間為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)測題)(16分)在實驗室中，需要控制某些帶電粒子在某區(qū)域內(nèi)的滯留時間，以達(dá)到預(yù)想的實驗效果.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)動軌跡的弧長(用已知量x0、v0、n表示).(2)求粒子從O點(diǎn)到A點(diǎn)所經(jīng)歷時間t1和從O點(diǎn)到P點(diǎn)所經(jīng)歷時間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越來越大,故r越來越小,故A正確.2.【解析】選C.無

8、論從哪端通入電流，螺線管內(nèi)的磁場方向總與電子流運(yùn)動的方向平行，故電子流不受洛倫茲力的作用.3.【解析】選D.根據(jù)帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期由此可知兩種粒子在磁場中的運(yùn)動周期相同，當(dāng)速度不同的粒子在磁場中轉(zhuǎn)過的圓心角相同時，軌跡可以不同，但運(yùn)動時間相同，由半徑公式可知，入射速度相同的粒子軌跡相同，粒子在磁場中運(yùn)動的時間即由軌跡所對的圓心角決定，故D正確，A、B、C錯誤.【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.在邊長為2R的正方形區(qū)域里也有勻強(qiáng)磁場,兩個磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同.兩個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.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)為正方形邊長的中點(diǎn),則下列說法錯誤的是( )A.帶電粒子在磁場中飛行的時間可能相同B.從M點(diǎn)射入的帶電粒子可能先飛出磁場C.從N點(diǎn)射入的帶電粒子可能先飛出磁場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【解析】選C.畫軌跡草圖如圖所示,容易得出粒子在圓形磁場中的軌跡長度(或軌跡對應(yīng)的圓心角)不會大于在正方形磁場中的,故A、B、D正確，C錯.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)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期與速度

10、大小無關(guān),因此,在Ek-t圖中應(yīng)有t4-t3=t3-t2=t2-t1,選項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B錯;由可知,粒子獲得的最大動能取決于D形盒的半徑,與加速電壓的大小無關(guān).當(dāng)軌道半徑與D形盒半徑相等時就不能繼續(xù)加速,故選項C、D錯.6.【解析】選B.根據(jù)左手定則可確定粒子帶正電,A錯誤;由速度選擇器中電場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

11、區(qū)域內(nèi),沿徑向射入的粒子必沿徑向射出.(2)粒子在磁場中的運(yùn)動時間取決于粒子軌跡所對應(yīng)的圓心角.【解析】選D.畫出帶電粒子進(jìn)、出磁場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中運(yùn)動的軌跡半徑R=rtan60=r.因為AOB=120,故AOB=60,運(yùn)動時間D正確.9.【解析】粒子在區(qū)運(yùn)動軌跡的圓心在A2處，由幾何知識和題意可知，軌道半徑R1=R,則 (2分)軌跡所對應(yīng)的圓心角1= (1分)則運(yùn)動時間t1=(2分)粒子在區(qū)運(yùn)動軌跡的圓心在OA2的中點(diǎn)，由幾何關(guān)系可知軌跡半徑R2=則(2分)軌跡對應(yīng)的圓心角2=，則運(yùn)動時間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)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，由牛頓第二定律得 (2分)解得粒子運(yùn)動的半徑:(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)動軌跡的弧長： =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)歷的時間： (3分)從O點(diǎn)到P點(diǎn)所經(jīng)歷的時間 (3分)答案：(1) (2) 【總結(jié)提升】帶電粒子在磁場中運(yùn)動應(yīng)注意的五大問題處