2025屆高考物理二輪總復習第一編專題3電場與磁場專題分層突破練8磁場帶電粒子在磁場中的運動課件

專題分層突破練8磁場帶電粒子在磁場中的運動123456789101112基礎鞏固1314選擇題:每小題6分,共72分1.(2024北京東城二模)一束γ射線(從底部進入而沒有留下痕跡)從充滿在氣泡室中的液態(tài)氫的一個氫原子中打出一個電子,同時自身轉變成一對正、負電子對(分別稱為正電子、負電子,二者速度接近),各電子徑跡如圖所示。已知勻強磁場的方向垂直照片平面向里,正、負電子質量相等,則下列說法正確的是(

)A.左側螺旋軌跡為負電子運動的軌跡B.正電子、負電子所受洛倫茲力大小時刻相等C.分離瞬間,正電子速度大于負電子速度D.正電子、負電子的動能不斷減小,而被打出的電子動能不變C1234567891011121314解析

由圖可知氫原子中打出的電子向上運動,γ射線轉變成的正、負電子做圖中所示的螺旋軌跡的運動,根據(jù)左手定則,左側螺旋軌跡為正電子運動的軌跡,右側螺旋軌跡為負電子運動的軌跡,故A錯誤;正電子、負電子所受洛倫茲力大小為F=evB,正電子、負電子的速度大小不是時刻相等,則正電子、負電子所受洛倫茲力大小不是時刻相等,故B錯誤;根據(jù)洛倫茲力提供負電子分離瞬間,左側正電子的軌跡半徑大于右側負電子的軌跡半徑,故分離瞬間,正電子速度大于負電子速度,故C正確;γ射線轉變成的正、負電子在氣泡室中運動時,由圖可知運動的軌跡半徑逐漸減小,則速度逐漸減小,動能逐漸減小,被打出的電子在氣泡室中克服阻力做功,動能也逐漸減小,故D錯誤。12345678910111213142.(2024海南?？谝荒?如圖所示,四根通有大小相等的恒定電流的長直導線垂直穿過xOy平面,導線1、2、3、4與xOy平面的交點連成的邊長為2a的正方形關于x軸和y軸對稱,各導線中電流方向已標出。已知無限長通電直導線在某點產生的磁感應強度大小與該點到直導線的距離成反比,設導線1在O點產生的磁感應強度大小為B0。下列說法正確的是(

)A.導線1、2之間的相互作用力為吸引力B.導線2、4之間的相互作用力為吸引力C.4根導線在O點產生的合磁感應強度大小為

B0D.導線1、2在O點產生的合磁感應強度大小為2B0答案

B1234567891011121314解析

根據(jù)安培定則確定通電直導線電流產生的磁場的方向,根據(jù)左手定則確定所受安培力的方向,可知當平行放置的長直導線中通有反向電流時,電流之間的作用力表現(xiàn)為排斥力,當平行放置的長直導線中通有同向電流時,電流之間的作用力表現(xiàn)為吸引力,故A錯誤,B正確;根據(jù)安培定則,結合題意可知,導線1、3在O點產生的合磁感應強度大小為0,導線2、4在O點產生的合磁感應強度大小為0,即4根導線在O點產生的合磁感應強度大小為0,故C錯誤;導線1與導線2在O點產生的磁感應強度大小相等,均為B0,方向相互垂直,則合磁感應強度大小為

B0,故D錯誤。12345678910111213143.在光滑水平桌面上將長為πl(wèi)的軟導線兩端固定,固定點間的距離為2l,導線通有恒定電流I,處于磁感應強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中,每個固定點所受的作用力大小為(

)A.IlB

B.2IlBC.πIlB

D.2πIlB答案

A1234567891011121314解析

從上向下看導線如圖所示,導線的有效長度為2l,則所受的安培力大小為F安=2IlB,以導線整體為研究對象,每個固定點對導線的作用力大小F=,解得F=IlB,根據(jù)牛頓第三定律,每個固定點所受的作用力大小也為F=IlB,故A正確,B、C、D錯誤。12345678910111213144.如圖所示,豎直平面內有三根輕質細繩,繩1水平,繩2與水平方向成60°角,O為結點,豎直繩3的下端連接一質量為m、長度為L的垂直于紙面放置的金屬棒。金屬棒所在空間存在豎直向上、磁感應強度大小為B的勻強磁場,整個裝置處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)給金屬棒通入方向向里、大小由零緩慢增大的電流,電流的最大值為I0,可觀察到繩3轉過的最大角度為60°。已知重力加速度為g,則在此過程中,下列說法正確的是(

)A.繩1的拉力先增大后減小B.繩2的拉力先增大后減小C.繩3的拉力最大值為2mgC1234567891011121314解析

對整體分析,重力大小和方向不變,繩1、2彈力方向不變,根據(jù)左手定則,安培力水平向右逐漸增大,由平衡條件得,水平方向F1=F2cos

60°+BIL,豎直方向F2sin

60°=mg,電流逐漸變大,則F1增大、F2不變,故A、B錯誤;12345678910111213145.(多選)(2024廣東汕頭一模)晶圓摻雜機的簡圖如圖所示,O是晶圓面(設其半徑足夠大)的圓心,上、下豎直放置的圓柱形電磁線圈可在中間圓柱形區(qū)域形成勻強磁場;圓柱形磁場區(qū)域的橫截面半徑為L、圓心為O1,OO1水平且垂直于晶圓面;若線圈中通入如圖所示的電流,比荷為k的正離子以速度v、沿O1O射入,且全部摻雜在晶圓上,則(

)A.離子摻雜在x軸的負半軸上B.離子摻雜在x軸的正半軸上BC1234567891011121314解析

根據(jù)安培定則可得,兩圓柱形電磁線圈中間的勻強磁場方向豎直向上,正離子剛開始運動時,根據(jù)左手定則,受到的洛倫茲力方向沿x軸正方向,故A錯誤,B正確;若所有的離子都能摻雜在晶圓上,則離子在磁場中做圓周12345678910111213146.(2024四川綿陽期中)在xOy平面的0≤y<a的區(qū)域內存在垂直紙面向里的勻強磁場,速率相等的大量質子從原點O朝各個方向均勻發(fā)射到第一象限內,發(fā)現(xiàn)從磁場上邊界射出的質子數(shù)占總數(shù)的,不計質子間相互作用及重力,則質子在磁場中做勻速圓周運動的半徑為(

)B123456789101112131412345678910111213147.(多選)(2024江西九江二模)如圖所示,圓形區(qū)域內存在方向垂直于紙面向外的勻強磁場,磁感應強度大小為B,質量為m、電荷量為q的帶電粒子從P點沿平行于直徑CD的方向射入磁場,粒子經過圓心O,最后離開磁場。已知圓形區(qū)域半徑為R,PO與CD間的夾角為45°,不計粒子重力。則(

)AC1234567891011121314123456789101112131412345678910111213148.(多選)(2024福建福州三模)如圖甲所示,某科技小組要探究長直導線周圍磁場分布情況,將長直導線沿南北方向水平放置,在導線正下方、與導線距離為r的P處放置一枚可自由轉動的小磁針。當導線中通以恒定電流后,小磁針N極向紙外偏轉,測得小磁針靜止時N極偏離南北方向的角度θ,其正切值tanθ與

的關系圖像如圖乙所示。1234567891011121314已知實驗所在處地磁場水平分量大小恒為B0,則下列判斷正確的是(

)A.導線中電流的方向由北向南B.電流在P處產生的磁場方向就是小磁針靜止時N極所指的方向答案

AD1234567891011121314解析

小磁針N極向紙外偏轉,表明電流產生的磁場在小磁針位置的方向向東,根據(jù)安培定則可知,導線中電流的方向由北向南,故A正確;電流在P處產生的磁場與地磁場水平分量的合磁場方向就是小磁針靜止時N極所指的方向,故B錯誤;設通電導線在P處產生的磁場的磁感應強度為B1,根據(jù)磁場1234567891011121314綜合提升9.(2024四川成都三模)如圖所示,以三角形ACD為邊界的有界勻強磁場區(qū)域,磁感應強度為B,∠C=30°,∠D=45°,AO垂直于CD。在O點放置一個電子源,電子源向ACD平面中的磁場區(qū)域均勻發(fā)射相同速率的電子,發(fā)射方向由CO與電子速度間夾角θ表示。不計電子重力,若恰好有三分之一的電子從AC邊射出,則下列說法正確的是(

)A.θ為60°時電子在磁場中飛行時間最短B.AC邊上有電子射出區(qū)域占AC長度的四分之一C.沒有電子經過D點D.經過AD邊的電子數(shù)與經過AC邊的電子數(shù)之比為3∶2答案

D1234567891011121314解析

根據(jù)左手定則,電子做順時針轉動。恰好有三分之一的電子從AC邊射出,即當θ=60°時電子從A點射出磁場,所有電子運動半徑相等,由于OA不是最短的弦,則θ為60°時電子在磁場中飛行時間不是最短,A錯誤。結合A選項,設AO間距為L,則電子運動半徑為r=L,則電子從AC邊上射出的區(qū)域在A與AC中點之間,故AC邊上有電子射出區(qū)域占AC長度的二分之一,B錯誤。OD長度等于L,由幾何關系可知,當θ=150°時,電子通過D點,C錯誤。結合A、C選項,電子從AD邊射出時,60°<θ<150°;從AC邊射出時,0°<θ<60°,則經過AD邊的電子數(shù)與經過AC邊的電子數(shù)之比為90∶60=3∶2,D正確。123456789101112131410.(2024廣東深圳二模)如圖所示,半徑為R的圓形區(qū)域內存在勻強磁場(圖中未畫出),磁場方向垂直于圓所在的平面。一速度為v的帶電粒子從圓周上的A點沿半徑方向射入磁場,入射點A與出射點B間的圓弧AB為整個圓周的三分之一?，F(xiàn)有一群與該粒子除速率外完全相同的粒子從A點沿該平面沿任意方向射入磁場,已知這群粒子速率均為,忽略粒子間的相互作用,則粒子在磁場中最長運動時間為(

)C1234567891011121314解析

粒子在磁場中做勻速圓周運動,設速率為v的帶電粒子的運動半徑為r1,其軌跡如圖中弧AB所示。由題意可知∠AOB=120°,由幾何關系可得θ=30°,圓周運動1234567891011121314123456789101112131411.(多選)如圖所示,直角三角形ABC區(qū)域內有垂直紙面向外的勻強磁場(圖中未畫出),AC邊長為l,∠B=30°,一群比荷為

的帶正電粒子以相同速度在CD范圍內垂直AC邊射入,從D點射入的粒子恰好不從AB邊射出。1234567891011121314已知從BC邊垂直射出的粒子在磁場中運動的時間為t,粒子在磁場中運動的最長時間為,不計粒子的重力及粒子間的相互作用力,則(

)CD12345678910111213141234567891011121314123456789101112131412.(多選)(2024遼寧沈陽一模)如圖所示,xOy平面內有相鄰的帶狀勻強磁場Ⅰ和勻強磁場Ⅱ,方向垂直xOy平面向下,磁感應強度大小分別為B和2B,磁場區(qū)域寬度分別為L1和L2,一電荷量為+q、質量為m的帶電粒子從y軸P點以與y軸夾角為θ1的方向進入磁場Ⅰ,經過磁場Ⅰ和磁場Ⅱ后從磁場Ⅱ右邊界以與邊界夾角為θ2的方向離開磁場Ⅱ,若不計重力,1234567891011121314則下列說法正確的是(

)A.粒子在勻強磁場Ⅰ中運動的軌跡半徑是在勻強磁場Ⅱ中運動軌跡半徑的2倍B.粒子在勻強磁場Ⅱ中運動的軌跡半徑是在勻強磁場Ⅰ中運動軌跡半徑的2倍AC1234567891011121314解析

粒子在磁場中運動時,洛倫茲力提供向心力,所以粒子在勻強磁場Ⅰ中運動的軌跡半徑是在勻強磁場Ⅱ中運動軌跡半徑的2倍,故A正確,B錯誤;設帶電粒子在磁場Ⅰ中做勻速圓周運動的軌跡半徑為r1,在磁場Ⅱ中做勻速圓周運動的軌跡半徑為r2,過P點作入射速度的垂線,設圓心為O1,以O1為圓心、r1為半徑作圓弧交于兩磁場分界線的M點,連接MO1,設MO1與磁場分界線的夾角為α,過Q點作出射速度的垂線交MO1于O2點,如圖所示。1234567891011121314由幾何關系可知L1=r1cos

θ1-r1sin

α,L2=r2cos

θ2+r2sin

α,由于r1=2r2,聯(lián)立解得L1+2L2=2r2(cos

θ1+cos

θ2),123456789101112131413.(13分)(2024廣東汕頭二模)某科研小組為了研究離子聚焦問題設計了如圖所示的裝置,在平行于x軸的虛線上方有一垂直于xOy平面的勻強磁場,一質量為m、電荷量為q的離子從M點處以速率v射出,當速度方向與x軸正方向成90°和53°時,離子均會經過N點。已知OM=ON=d,sin53°=0.8,cos53°=0.6,不計離子重力。(1)求勻強磁場的磁感應強度大小;(2)當離子在M點的速度方向與x軸正方向成53°時,求從M運動到N所需的時間。1234567891011121314解析

(1)當離子在M點的速度方向與x軸正方向成90°時,其運動軌跡如圖甲所示根據(jù)幾何關系可知離子在磁場中做圓周運動的軌跡