高考物理考前冲刺（20）磁场及带电粒子在磁场中的运动选择题猜押练 (含详解)

高考物理冲破高分瓶颈考前必破 破（20）磁场及带电粒子在磁场中的运动选择题猜押练 【真题引领】 1.（2019·全国卷I·T17）如图,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接,已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为(　　) A.2F B.1.5F C.0.5F D.0 2.(2019·全国卷Ⅱ ·T17)如图,边长为l的正方形abcd内存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面(abcd所在平面)向外。ab边中点有一电子发射源O,可向磁场内沿垂直于ab边的方向发射电子。已知电子的比荷为k。则从a、d两点射出的电子的速度大小分别为 (　　) A.kBl,kBl B.kBl,kBl C.kBl,kBl D.kBl,kBl 3.(2019·全国卷Ⅲ ·T18)如图,在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为B和B、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子垂直于x轴射入第二象限,随后垂直于y轴进入第一象限,最后经过x轴离开第一象限。粒子在磁场中运动的时间为 (　　) A. B. C. D. 4.(2019·天津高考 ·T4)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的 (　　) A.前表面的电势比后表面的低 B.前、后表面间的电压U与v无关 C.前、后表面间的电压U与c成正比 D.自由电子受到的洛伦兹力大小为 5.（2019·北京高考·T16）如图所示,正方形区域内存在垂直纸面的匀强磁场。一带电粒子垂直磁场边界从a点射入,从b点射出。下列说法正确的是 (　　) A.粒子带正电 B.粒子在b点速率大于在a点速率 C.若仅减小磁感应强度,则粒子可能从b点右侧射出 D.若仅减小入射速率,则粒子在磁场中运动时间变短 6.(2019·江苏高考·T7)如图所示,在光滑的水平桌面上,a和b是两条固定的平行长直导线,通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间,通有顺时针方向的电流,在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是 (　　) A.均向左 B.均向右 C.a的向左,b的向右 D.a的向右,b的向左 【高考猜押】 7．理论研究表明，无限长通电直导线磁场中某点的磁感应强度可用公式B＝k表示，公式中的k是常数、I是导线中的电流、r是该点到直导线的距离。若两根相距为L的无限长通电直导线垂直x轴平行放置，电流均为I，如图所示。能正确反映两导线间的磁感应强度B与x关系的是图中的(规定B的正方向垂直纸面向里) 8．(多选)如图所示，两根通电直导线用四根长度相等的绝缘细线悬挂于O、O′两点，已知OO′连线水平，导线静止时绝缘细线与竖直方向的夹角均为θ，保持导线中的电流大小和方向不变，在导线所在空间加上匀强磁场后绝缘细线与竖直方向的夹角均增大了相同的角度，下列分析正确的是 A．两导线中的电流方向一定相同 B．两导线中的电流方向一定相反 C．所加磁场的方向可能沿z轴正向 D．所加磁场的方向可能沿y轴负向 9．(多选)如图所示，半径为R的圆形区域内有方向垂直于纸面向里的匀强磁场(图中未画出)。两个质量、电量都相同的正粒子，以相同的速率v从a点先后沿直径ac和弦ab的方向射入磁场区域，ab和ac的夹角为30°。已知沿ac方向射入的粒子在磁场中运动的时间为其圆周期的，不计粒子重力，则 A．粒子在磁场中运动的轨道半径为R B．粒子在磁场中运动的轨道半径为2R C．沿ab方向射入的粒子在磁场中运动的时间为 D．沿ab方向射入的粒子在磁场中运动的时间为 10．(多选)如图所示，含有H、H、He的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在P1、P2两点。则 A．打在P1点的粒子是He B．打在P2点的粒子是H和He C．O2P2的长度是O2P1长度的2倍 D．粒子在偏转磁场中运动的时间都相等 11．(多选)如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力。下列说法正确的是 A．极板M比极板N电势高 B．加速电场的电压U＝ER C．直径PQ＝2B D．若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子具有相同的比荷 12．如图所示，在正交的匀强电磁场中有质量、电荷量都相同的两油滴，A静止，B做半径为R的匀速圆周运动。若B与A相碰并结合在一起，则它们将 A．以B原速率的一半做匀速直线运动 B．以为半径做匀速圆周运动 C．仍以R为半径做匀速圆周运动 D．做周期为B的一半的匀速圆周运动 13．(多选)如图所示，直角三角形OAC内存在垂直纸面向里的匀强磁场，∠AOC＝30°，在O点带电粒子能沿OA、OC方向以一定初速度垂直磁场方向射入磁场。现重力不计的质子和反质子(两种粒子质量相同，带等量异种电荷)在O点同时射入磁场，两个粒子经磁场偏转后恰好分别从A、C两点离开磁场，则 A．沿OA方向射入的一定是反质子 B．质子和反质子的初速度大小之比为2∶ C．质子和反质子在磁场中的运动时间相等 D．反质子比质子先离开磁场 14．如图所示，整个空间存在水平向左的匀强电场，MN的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场。由绝缘材料制成的光滑轨道AC与水平面的夹角为θ，C点处于MN边界上，其延长线为CD。一质量为m的带电小球沿轨道AC下滑，至C点后沿直线CD运动。则以下说法错误的是 A．小球带正电荷 B．小球在MN左侧做匀加速直线运动 C．小球在MN右侧做匀速直线运动 D．小球在MN的右侧所受洛伦兹力为 高考物理冲破高分瓶颈考前必破 破（20）磁场及带电粒子在磁场中的运动选择题猜押练（答案） 1、【答案】B 解析：设导体棒MN中的电流为I,则导体棒ML、LN中的电流为,导体棒MN受到的安培力大小F=ILB、方向竖直向上。ML、LN两导体棒受到安培力的合力大小为LB=0.5F,方向竖直向上。线框LMN受到的安培力的大小为F+0.5F=1.5F,方向竖直向上。 2、【答案】B 解析：电子的运动轨迹如图所示,由牛顿第二定律得evB=m,得r=①,电子从a点射出,r=②,联立①②解得v1=kBl;电子从d点射出,由几何关系得l2+(r-)2=r2,解得r=l③,联立①③解得v2=kBl,故B正确,A、C、D错误。 3、【答案】B 解析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,由R=可知,第一象限粒子的运动半径是第二象限的运动半径的二倍,整个运动轨迹如图: 即运动由两部分组成,第一部分是个周期,第二部分是个周期,故总时间t=·+·=,故B正确。 4、【答案】D 解析：根据左手定则可知自由电子偏向后表面,元件的后表面带负电,即后表面的电势比前表面的低,A错误;根据稳定时自由电子所受的电场力与洛伦兹力平衡,即e=evB得U=Bva,所以选项B、C均错误;自由电子受到的洛伦兹力与所受电场力大小相等,即F=evB=e,D正确。 5、【答案】C 解析：根据洛伦兹力用来提供向心力,运动轨迹向力的方向弯曲,根据左手定则:磁场穿入手心,四指指向正电荷运动方向或者负电荷运动反方向,拇指所指方向为洛伦兹力方向,由此可以判断出,粒子带负电,选项A错误;因为洛伦兹力与速度始终垂直,所以洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小,粒子在a、b两点速率相同,选项B错误;由qBv=m解得r=,若只B减小,其他条件不变,半径r变大,粒子从b点右侧射出,选项C正确;根据T==,仅改变入射速率并不影响带电粒子运动周期T,速率减小,半径减小,由图可知,半径减小,在磁场中的轨迹所对应的圆心角先增大后不变,时间先变长后不变,选项D错误。 6、【答案】C、D 解析：a、b的电流均向左或均向右时,根据通电直导线产生的磁场及其分布和叠加可知,在a、b导线附近的磁场方向相反,则由左手定则可以判断平行于a、b导线的矩形线框的两边受力的方向相同,线框所受的合力不为0,故不可能静止,选项A、B错误;a、b的电流方向相反时,在a、b导线附近的磁场方向相同,平行于a、b导线的矩形线框的两边受力的方向相反,用对称性也可以判断线框的另外两边所受的磁场力也大小相等方向相反,故线框处于平衡状态,选项C、D正确。 【高考猜押】 7、【答案】A 解析　根据安培定则可知，左侧通电直导线在两通电直导线间的磁场方向垂直纸面向里，右侧通电直导线在两通电直导线间的磁场方向垂直纸面向外，又由于两导线中的电流大小相等，B＝k，因此在两导线中间位置合磁感应强度为零，从中点向两边合磁感应强度越来越强，左边的合磁感应强度方向垂直纸面向里，为正值，右边的合磁感应强度方向垂直纸面向外，为负值。故A正确。 8、【答案】BC 解析　导线静止时，两直导线均偏离竖直方向θ角，说明两导线的相互作用力为斥力，因此两导线中电流方向相反，A错，B对。空间加上磁场后绝缘细线与竖直方向的夹角均匀增大了相同的角度，说明两直导线受外加磁场的安培力大小相等，磁场方向应沿细线夹角的平分线，因此可能沿z轴正方向或负方向，C对。D错。 9、【答案】AC 解析　据沿ac入射的粒子运动时间为T知粒子的轨道半径为R；沿ab方向射入的粒子，向上偏转，在磁场中运动为圆周，t＝T＝·＝。 10、【答案】BC 解析　带电粒子在沿直线通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力大小相等、方向相反；即：qvB＝qE，所以：v＝，可知从粒子速度选择器中射出的粒子具有相等的速度。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，所以：qvB＝，所以：r＝＝·，可知粒子的比荷越大，则运动的半径越小，所以打在P1点的粒子是H，打在P2点粒子是H和 He。故A错误，B正确；由题中的数据可得， H的比荷是 H和 He的比荷的2倍，所以 H的轨道半径是 H和 He的半径的倍，即O2P2的长度是O2P1长度的2倍。故C正确；粒子运动的周期：T＝＝，三种粒子的比荷不全相同，所以粒子在偏转磁场中运动的时间不全相等，故D错误。 11、【答案】AD 解析　由粒子在电场或磁场中的运动可知，粒子带正电，故UMN＞0，才能使粒子加速，故A正确。由qU＝mv2和qE＝m联立解得U＝ER，故B错误。在磁场中，PQ＝2×＝ ，可见C错、D对。 12、【答案】B 解析　由A、B相碰时动量守恒mv＝2mv′，有v′＝。据题意碰后A、B合成的大油滴仍受重力与电场力平衡，合外力是洛伦兹力，所以继续做匀速圆周运动，且有r＝＝＝，T＝＝。选项B正确。 13、【答案】BC 解析　粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，Bqv＝m，得r＝，由左手定则可知沿OA方向射入的一定是质子，A