《2013高考物理能力提升知识点优化：9.2磁场对运动电荷的作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2013高考物理能力提升知识点优化：9.2磁场对运动电荷的作用（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、单项选择题(本大题共 4 小题，每小题 6 分，共 24 分，每小题只有一个选项符合题意)1.(2012揭阳模拟)如图所示，在示波管下方有一根水平放置的通电直导线，则示波管中的电子束将()A.向上偏转B.向下偏转C.向纸外偏转 D.向纸里偏转2.一束带电粒子以同一速度，并从同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的轨迹如图所示.粒子 q1的轨迹半径为 r1，粒子 q2的轨迹半径为 r2，且 r22r 1，q 1、q 2分别是它们的带电量，则()A.q1带负电、q 2带正电，比荷之比为 21q1m1 q2m2B.q1带负电、q 2带正电，比荷之比为 12q1m1 q2m2C.q1带正电、q 2带负
2、电，比荷之比为 21q1m1 q2m2D.q1带正电、q 2带负电，比荷之比为 11q1m1 q2m23.(创新题)质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场.如图所示为质谱仪的原理图.设想有一个静止的质量为 m、带电荷量为 q 的带电粒子(不计重力)，经电压为 U 的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为 B 的偏转磁场中，带电粒子打到底片上的 P 点，设 OPx，则在图中能正确反映x 与 U 之间的函数关系的是()4.(2012衡水模拟)如图所示，一半径为 R 的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为 m，电荷量为 q 的正电荷(重力忽略不计)以速度 v 沿正对着圆心 O 的方向射入
3、磁场，从磁场中射出时速度方向改变了 角.磁场的磁感应强度大小为()A. B. mvqRtan 2mvqRcot 2C. D.mvqRsin 2mvqRcos 2二、双项选择题(本大题共 5 小题，每小题 8 分，共 40 分，每小题有两个选项符合题意)5.(创新题)如图所示，匀强磁场的方向竖直向下.磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管.试管在水平拉力 F 作用下向右匀速运动，带电小球能从管口处飞出.关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确的是()A.小球带正电B.洛伦兹力对小球做正功C.小球运动的轨迹是一条曲线D.小球的轨迹是一条直线6.电荷量为q 的
4、粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是()A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B.如果把q 改为q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变C.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D.粒子只受到洛伦兹力作用时，运动的动能不变7.(2011海南高考)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图中的正方形为其边界.一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从 O 点入射.这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子，不计重力.下列说法正确的是()A.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同B.入射速度相同的粒
5、子在磁场中的运动轨迹一定相同C.在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同D.在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大8.(易错题)如图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个 D 形金属盒.在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连.带电粒子在磁场中运动的动能 Ek随时间 t 的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是()A.在 Ek-t 图中应有 t4t 3t 3t 2t 2t 1B.高频电源的变化周期应该等于 tnt n1C.粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D.要想粒子获得的最大动能越大，可增加
6、 D 形盒的面积9.(易错题)长为 l 的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，磁感应强度为 B，板间距离也为 l，板不带电，现有质量为 m，电荷量为 q 的正电粒子(不计重力)，从极板间左边中点处垂直磁感线以速度 v 水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是()A.使粒子的速度 v q4mlB.使粒子的速度 v BC.使粒子的速度 v 5lD.使粒子的速度 q4v三、计算题(本大题共 2 小题，共 36 分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)10.(2011广东高考)(16 分)如图(a)所示，在以 O 为圆心，内外半径分别为 R1和 R2的圆环区域内
7、，存在辐射状电场和垂直纸面的匀强磁场，内外圆间的电势差 U 为常量，R1R 0，R 23R 0.一电荷量为q，质量为 m 的粒子从内圆上的 A 点进入该区域，不计重力.(1)已知粒子从外圆上以速度 v1射出，求粒子在 A 点的初速度 v0的大小.(2)若撤去电场，如图(b)，已知粒子从 OA 延长线与外圆的交点 C 以速度 v2射出，方向与 OA延长线成 45角，求磁感应强度的大小及粒子在磁场中运动的时间.(3)在图(b)中，若粒子从 A 点进入磁场，速度大小为 v3，方向不确定，要使粒子一定能够从外圆射出，磁感应强度应小于多少？11.(预测题)(20 分)在实验室中，需要控制某些带电粒子在某
8、区域内的滞留时间，以达到预想的实验效果.现设想在 xOy 的纸面内存在如图所示的匀强磁场区域，在 O 点到 P 点区域的 x 轴上方，磁感应强度为 B，方向垂直纸面向外，在 x 轴下方，磁感应强度大小也为 B，方向垂直纸面向里，OP 两点距离为 x0.现在原点 O 处以恒定速度 v0不断地向第一象限内发射氘核粒子.(1)设粒子以与 x 轴成 45角从 O 点射出，第一次与 x 轴相交于 A 点，第 n 次与 x 轴交于 P点，求氘核粒子的比荷 (用已知量 B、x 0、v 0、n 表示)，并求 OA 段粒子运动轨迹的弧长(用qm已知量 x0、v 0、n 表示).(2)求粒子从 O 点到 A 点所
9、经历时间 t1和从 O 点到 P 点所经历时间 t(用已知量 x0、v 0、n 表示).答案解析1.【解析】选 A.根据安培定则，通电导线在上方产生垂直纸面向外的磁场，又根据左手定则， 电子束受到向上的洛伦兹力，向上偏 转， A 正确.2.【解析】选 C.根据 qvBm ，r 知，半径与比荷成反比.故 r 2r121.再根据左手v2r mvqB q1m1q2m2定则知，q 1带正电，q 2带负电，故 C 正确.3.【解析】选 B.带电粒子先经加速 电场加速，故 qU mv2，进入磁场后偏转，12OPx2r ，两式联立得，OPx ，所以 B 为正确答案.2mvqB 8mUB2q U4.【解析】选
10、 B.粒子轨迹如图，根据几何关系 rRcot ，再根据 qvB ，解得 B ，故2 mv2r mvqRcot2B 正确.5.【解析】选 A、C.试管向右匀速运 动，所受洛 伦兹力指向管口，由左手定则可知，小球带正电，A 正确；小球同时参与两个运 动，洛伦兹力总是垂直于合运动的方向，洛伦兹力不做功，故 B错误；由于小球的速度大小和方向都发生变化，所以小球的运动轨迹是一条曲线，故 C 正确，D 错误.6.【解析】选 B、D.因为洛伦兹 力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度方向有关，如当粒子速度与磁场垂直时 fBqv，当粒子速度与磁 场平行 时 f0.再者由于洛伦兹力的方向永远与粒子速度方
11、向垂直，因此速度方向不同时，洛 伦兹力的方向也不同，所以 A 选项错误.因为q 改为q 且速度反向时所形成的电流方向与原q 运动形成的电流方向相同，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由 fBqv 知大小不变，所以 B 选项正确.因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场成任意夹角，所以 C 选项错误.因为洛伦兹力总与速度垂直，所以洛伦兹力不做功，粒子动能不变，洛伦兹力只改变粒子的运动方向，所以 D 选项正确.7.【解析】选 B、D.根据带电粒子在磁 场中运动的周期 T ，由此可知两种粒子在磁 场中的2mqB运动周期相同，若速度不同的粒子在磁场中转过的圆心角相同 时， 轨迹可以不同，但运动时间相同，
12、由半径公式 R 可知，入射速度相同的粒子轨迹相同，粒子在磁场中运动的时间 tmvqBT，即由轨迹所对的圆心角决定，故 B、D 正确，A、 C 错误.2【变式备选】(双选)如图所示，在半径 为 R 的圆形区域内有匀强磁场.在边长为 2R 的正方形区域里也有匀强磁场，两个磁场的磁感 应强度大小相同.两个相同的 带电粒子以相同的速率分别从M、N 两点射入匀强磁场.在 M 点射入的带电粒子，其速度方向指向圆心；在 N 点射入的带电粒子，速度方向与边界垂直，且 N 点为正方形边长的中点，则下列说法正确的是( )A.带电粒子在磁场中飞行的时间 一定不同B.从 M 点射入的 带电粒子可能先 飞出磁场C.从
13、N 点射入的带电粒子可能先飞出磁场D.从 N 点射入的带电粒子不可能比 M 点射入的带电粒子先飞出磁场【解析】选 B、D.画轨迹草图如 图所示，容易得出粒子在 圆形磁 场中的轨迹长度( 或轨迹对应的圆心角)不会大于在正方形磁 场中的，故 B、D 正确.8.【解析】选 A、D.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关，因此，在 Ek-t图中应有 t4t 3t 3t 2t 2 t1，选项 A 正确；带电粒子在回旋加速器中每运行一周加速两次，高频电源的变化周期应该等于 2(tnt n1 )，选项 B 错；由 r k2mEqB可知，粒子 获得的mvqB最大动能取决于 D 形盒的半径，当轨
14、道半径与 D 形盒半径相等时就不能继续加速，故选项 C错 D 对.9.【解题指南】粒子不打在极板上，可以从左侧或右侧射出磁 场，然后由运 动轨迹边界条件确定粒子半径，由圆周运动规律确定 临界条件.【解析】选 A、C.依题意粒子打在板上的 临界状态如图所示 .由几何关系有 r1 l，14r l2(r 2 )2，故 r2 l. 2l2 54根据 r ，则 v1 Bqm，mvqB qBr1mv2 54l.那么欲使粒子不打在极板上，可使粒子速度 v Bq4ml或 vqBr2ml.10.【解析】(1)根据动能定理， qU mv mv ， (2 分)12 21 12 20所以 v0 . (1 分)v21 2qUm(2)如图所示，设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R，由几何知识可知 R2R 2(R 2R 1)2，解得 R R0. (2 分)2根据洛伦兹力公式 qv2Bm ， (1 分)v2R解得 B . (1 分)mv2q2R0 2mv22qR0设粒子在磁场中圆周运动转过的圆心角为 ，则 2根据公式 ，2Rv 2T， (1 分)tT 2解得 t (2 分)T4 2m4Bq 2m4mv22R0 2R02v2(3)考虑临界情况，如图所示qv3B1m ，解得 B1 ， (2 分)v23R0 mv3qR0qv3B2m ，解得 B2 ，
