《2021届高考物理一轮复习9第2讲磁吃运动电荷的作用练习含解析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021届高考物理一轮复习9第2讲磁吃运动电荷的作用练习含解析.doc（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2讲 磁场对运动电荷的作用考点一对洛伦兹力的理解1.如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是()A.a、b为粒子的径迹B.a、b为粒子的径迹C.c、d为粒子的径迹D.c、d为粒子的径迹【解析】选D。由于粒子带正电，粒子带负电，粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为粒子的径迹，c、d可能为粒子的径迹，选项D正确。2.目前，我国柔性直流输电技术世界领先。上海南汇风电场柔性直流输电工程，输送容量为2104 kW，直流电压等级30 kV。设某段输电线路的两导线在同一竖直平面内，若宇宙射线中的质子、电子以速率v
2、0到达输电线所在处，不考虑地磁场的影响和粒子速率的变化，质子的运动轨迹大致是图中的()【解析】选B。上面导线电流向右，下面导线电流向左，根据右手定则可判断输电线间磁场方向垂直纸面向里，且靠近导线磁场增强，根据r=知粒子的轨道半径减小；两导线下方磁场垂直纸面向外，离导线越远，磁场越弱，质子轨道半径越大，不可能为圆周，由左手定则可判断质子轨迹偏转方向，故A、C、D错误；B正确。3.两个带电粒子以同一速度、同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的运动轨迹如图所示。粒子a的运动轨迹半径为r1，粒子b的运动轨迹半径为r2，且r2=2r1，q1、q2分别是粒子a、b所带的电荷量，则()A.a带负电、b带正电，
3、两粒子的比荷之比为21B.a带负电、b带正电，两粒子的比荷之比为12C.a带正电、b带负电，两粒子的比荷之比为21D.a带正电、b带负电，两粒子的比荷之比为11【解析】选C。根据磁场方向及两粒子在磁场中的偏转方向可判断出a带正电、b带负电，由qvB=得r=，则=。由此可得=21，故选项C正确。1.洛伦兹力的特点：(1)利用左手定则判断洛伦兹力的方向，注意区分正、负电荷。(2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化。(3)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。(4)洛伦兹力一定不做功。2.洛伦兹力与安培力的联系及区别：(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，都是磁场力。
4、(2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。3.洛伦兹力与电场力的比较：项目洛伦兹力电场力性质磁场对在其中运动的电荷的作用力电场对放入其中电荷的作用力产生条件v0且v不与B平行电场中的电荷一定受到电场力作用大小F=qvB(vB)F=qE力方向与场方向的关系一定是FB，Fv正电荷受力与电场方向相同，负电荷受力与电场方向相反项目洛伦兹力电场力做功情况任何情况下都不做功可能做正功、负功，也可能不做功力为零时场的情况F为零，B不一定为零F为零，E一定为零作用效果只改变电荷运动的方向，不改变速度大小既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向【加固训练】1.在同一匀强磁场中，粒子He)和
5、质子H)做匀速圆周运动，若它们的动量大小相等，则粒子和质子()A.运动半径之比是21B.运动周期之比是21C.运动速度大小之比是41D.受到的洛伦兹力之比是21【解析】选B。粒子He)和质子H)的质量之比=，动量大小相等，即mv=mHvH，运动速度大小之比=，选项C错误；根据qvB=m，得r=，所以运动半径之比=，选项A错误；由T=知，运动周期之比=，选项B正确；根据F=qvB，洛伦兹力之比=，选项D错误。2.如图所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场。现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对
6、滑动地向左做加速运动，则在加速运动阶段()A.a对b的压力不变B.a对b的压力变大C.a、b物块间的摩擦力变大D.a、b物块间的摩擦力不变【解析】选B。a、b整体受总重力、拉力F、向下的洛伦兹力qvB、地面的支持力FN和摩擦力Ff，竖直方向有FN=(ma+mb)g+qvB，水平方向有F-Ff=(ma+mb)a，Ff=FN。在加速阶段，v增大，FN增大，Ff增大，加速度a减小。对a受力分析，a受重力mag、向下的洛伦兹力qvB、b对a向上的支持力FN、b对a向左的静摩擦力Ff，竖直方向：FN=mag+qvB，水平方向：Ff=maa。随着v的增大，FN增大，选项A错误，B正确；加速度a减小，所以a
7、、b物块间的摩擦力变小，选项C、D均错误。考点二带电粒子在匀强磁场中的运动直线边界【典例1】(多选)(2019海南高考)如图，虚线MN的右侧有方向垂直于纸面向里的匀强磁场，两电荷量相同的粒子P、Q从磁场边界的M点先后射入磁场，在纸面内运动。射入磁场时，P的速度vP垂直于磁场边界，Q的速度vQ与磁场边界的夹角为45。已知两粒子均从N点射出磁场，且在磁场中运动的时间相同，则()A.P和Q的质量之比为12B.P和Q的质量之比为1C.P和Q速度大小之比为1D.P和Q速度大小之比为21【通型通法】1.题型特征：带电粒子在单边界磁场中运动问题。2.思维导引：(1)模型构建：匀速圆周运动规律应用。(2)解题
8、方法：圆周运动向心力公式和几何关系解题。【解析】选A、C。作出两粒子在磁场中的运动图象如图所示，可知其半径rP、rQ之比为1，因为两粒子在磁场中运动的时间相同，所以TPTQ=12，根据qvB=得r=，则T=，=，选项A正确，B错误；=1，所以选项C正确，D错误。平行边界【典例2】(2018江苏高考)如图所示，真空中四个相同的矩形匀强磁场区域，高为4d，宽为d，中间两个磁场区域间隔为2d，中轴线与磁场区域两侧相交于O、O点，各区域磁感应强度大小相等。某粒子质量为m、电荷量为+q，从O沿轴线射入磁场。当入射速度为v0时，粒子从O上方处射出磁场。取sin 53=0.8，cos 53=0.6。(1)求
9、磁感应强度大小B。(2)入射速度为5v0时，求粒子从O运动到O的时间t。(3)入射速度仍为5v0，通过沿轴线OO平移中间两个磁场(磁场不重叠)，可使粒子从O运动到O的时间增加t，求t的最大值。【解析】(1)粒子圆周运动的半径r0=由题意知r0=，解得B=(2)设粒子在矩形磁场中的偏转角为，半径为r，由r=得r=5r0=d由d=rsin ，得sin =，即=53在一个矩形磁场中的运动时间t1=，解得t1=直线运动的时间t2=，解得t2=则t=4t1+t2=(3)将中间两磁场分别向中央移动距离x，粒子向上的偏移量y=2r(1-cos )+xtan 由y2d，解得xd则当xm=d时，t有最大值粒子做
10、直线运动路程的最大值sm=+(2d-2xm)=3d增加路程的最大值sm=sm-2d=d增加时间的最大值tm=答案：(1)(2)(3)【多维训练】(多选)如图所示，在区域和区域内分别存在与纸面垂直但方向相反的匀强磁场，区域内磁感应强度大小是区域内磁感应强度大小的2倍，一带正电粒子在区域左侧边界处以垂直边界的速度进入区域，发现粒子离开区域时速度方向改变了30，然后进入区域，测得粒子在区域内的运动时间与区域内的运动时间相等，则下列说法正确的是()A.粒子在区域和区域中的速率之比为11B.粒子在区域和区域中的角速度之比为21C.粒子在区域和区域中的圆心角之比为12D.区域和区域的宽度之比为11【解析】
11、选A、C、D。由于洛伦兹力对带电粒子不做功，故粒子在两磁场中的运动速率不变，故A正确；由洛伦兹力F=qBv=ma和a=v可知，粒子运动的角速度之比为12=B1B2=12，则B错误；由于粒子在区域和区域内的运动时间相等，由t=可得t=，且B2=2B1，所以可得12=12，则C正确；由题意可知，粒子在区域中运动的圆心角为30，则粒子在区域中运动的圆心角为60，由R=可知粒子在区域中的运动半径是在区域中运动半径的2倍，设粒子在区域中的运动半径为r，作粒子运动的轨迹如图所示，则由图可知，区域的宽度d1=2rsin30=r；区域的宽度d2=rsin30+rcos(180-60-60)=r，故D正确。圆形
12、边界【典例3】如图所示，半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面)，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。一电荷量为q(q0)、质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域，射入点与ab的距离为，已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60，则粒子的速率为(不计重力)()A.B.C.D.【解析】选B。如图所示，粒子做圆周运动的圆心O2必在过入射点垂直于入射速度方向的直线EF上，由于粒子射入、射出磁场时运动方向间的夹角为60，故圆弧ENM对应圆心角为60，所以EMO2为等边三角形。由于O1D=，所以EO1D=60，O1ME为等边三角形，所以可得到粒子做圆周运动的半径EO2=O
13、1E=R，由qvB=，得v=，B正确。举一反三1.在【典例3】中，带电粒子在圆柱形匀强磁场区域中的运行时间为()A.B.C.D.【解析】选B。由T=，t=T可得：t=，故选项B正确。2.在【典例3】中，若带电粒子对准圆心沿直径ab的方向射入磁场区域，粒子射出磁场与射入磁场时运动方向的夹角仍为60，则粒子的速率为()A.B.C.D.【解析】选C。粒子进入磁场后做匀速圆周运动的轨迹如图所示，根据几何关系可知，粒子做圆周运动的半径r=R，由qvB=m可得，v=。选项C正确。3.在【典例3】中，若带电粒子速率不变，磁场方向改为垂直纸面向里，带电粒子从磁场射出时与射入磁场时运动方向的夹角为()A.30B
14、.45C.60D.120【解析】选D。磁场方向改为垂直纸面向里，粒子进入磁场后向左偏转，运动轨迹如图所示，OAB和OBC都是等边三角形，所以AOC=120，带电粒子从磁场射出时与射入磁场时运动方向的夹角也是120。选项D正确。其他边界【典例4】(2019全国卷)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，kBlB.kBl，kBlC.kBl，kBlD.kBl，kBl【通型通法】1.题型特征：正方形区域的带电粒子在磁场中运动。2.思维导引：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动解题“三步法”。【解析】选B。电子的运动轨迹如图所示，由牛顿第二定律得evB=m，得r=，电子从a点射出，r=，联立解得v1=kBl；电子从d点射出，由几何关系得l2+(r-)2=r2，解得r=l，联立解得v2=kBl，故B正确，A、C、D错误。1.有界磁场三种情况：(1)直线边界。粒子进出磁场具有对称性(如图所示)。图a中粒子在磁场中运动的时间t=图b中粒子在磁场中运动的时间t=T=图c中粒子在磁
