《（江蘇專(zhuān)用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第八章 第2講 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)（含解析）》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《（江蘇專(zhuān)用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第八章 第2講 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)（含解析）（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2講　帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 一、單項(xiàng)選擇題 1.(2018南通期末)初速度為v0的電子(重力不計(jì)),沿平行于通電長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)的方向射出,直導(dǎo)線(xiàn)中電流方向與電子的初始運(yùn)動(dòng)方向如圖所示,則(　　) A.電子將向右偏轉(zhuǎn),速率不變 B.電子將向左偏轉(zhuǎn),速率改變 C.電子將向左偏轉(zhuǎn),速率不變 D.電子將向右偏轉(zhuǎn),速率改變 答案　A　由安培定則可知導(dǎo)線(xiàn)右側(cè)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,然后根據(jù)左手定則可知運(yùn)動(dòng)電子所受洛倫茲力方向向右,因此電子將向右偏轉(zhuǎn),洛倫茲力不做功,故其速率不變,故B、C、D錯(cuò)誤,A正確。 2.(2018射陽(yáng)聯(lián)考)如圖所示,矩形虛線(xiàn)框MNPQ內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面

2、向里。a、b、c是三個(gè)質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子,它們從PQ邊上的中點(diǎn)沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng),圖中畫(huà)出了它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。粒子重力不計(jì)。下列說(shuō)法正確的是(　　) A.粒子a帶負(fù)電 B.粒子c的動(dòng)能最大 C.粒子b在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng) D.粒子b在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的向心力最大 答案　D　由左手定則可知,α粒子帶正電,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;由qvB=mv2r,可得r=mvqB,由題圖可知粒子c的軌跡半徑最小,粒子b的軌跡半徑最大,又m、q、B相同,所以粒子c的速度最小,粒子b的速度最大,由Ek=12mv2,知粒子c的動(dòng)能最小,根據(jù)洛倫茲力提供向心力有F向=qvB,則可知粒子b的向心力最大

3、,故D項(xiàng)正確、B項(xiàng)錯(cuò)誤;由T=2πmqB,可知粒子a、b、c的周期相同,但是粒子b的軌跡所對(duì)的圓心角最小,則粒子b在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。 3.(2018銅山中學(xué)模擬)如圖所示,在邊長(zhǎng)為2a的正三角形區(qū)域內(nèi)存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為-q的帶電粒子(重力不計(jì))從AB邊的中心O以速度v進(jìn)入磁場(chǎng),粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向垂直于磁場(chǎng)且與AB邊的夾角為60°,若要使粒子能從AC邊穿出磁場(chǎng),則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B需滿(mǎn)足(　　) A.B>3mv3aq B.B<3mv3aq C.B>3mvaq D.B<3mvaq 答案　B　若粒子剛好達(dá)到C點(diǎn)時(shí),其運(yùn)動(dòng)軌跡

4、與AC相切,如圖所示,則粒子運(yùn)動(dòng)的半徑為r0=atan30°=3a。由r=mvqB得,粒子要能從AC邊射出,粒子運(yùn)行的半徑應(yīng)滿(mǎn)足r>r0,解得B<3mv3aq,選項(xiàng)B正確。 4.(2018常州一模)如圖所示,在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),邊界上的A點(diǎn),有一粒子源能在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)沿不同方向向磁場(chǎng)中發(fā)射速率相同的同種帶電粒子,在磁場(chǎng)邊界的16圓周上可觀(guān)測(cè)到有粒子飛出,則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為(　　) A.R B.R2 C.R3 D.R6 答案　B　粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓與圓形磁場(chǎng)圓相交為粒子做圓周運(yùn)動(dòng)圓的直徑時(shí)為出射的一個(gè)極點(diǎn),當(dāng)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓與圓形磁場(chǎng)圓相切于A點(diǎn)時(shí)為

5、出射的另一極點(diǎn),由題可知兩極點(diǎn)對(duì)應(yīng)圓形磁場(chǎng)圓的圓心角為60°,由幾何關(guān)系可知:粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R2,故B項(xiàng)正確。 5.(2017南京模擬)如圖所示,在x>0,y>0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里,大小為B?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子,從x軸上的某點(diǎn)P沿著與x軸正方向成30°角的方向射入磁場(chǎng)。不計(jì)重力的影響,則下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是(　　) A.只要粒子的速率合適,粒子就可能通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn) B.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間一定為5πm3qB C.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間可能為πmqB D.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間可能為πm6q

6、B 答案　C　帶正電的粒子從P點(diǎn)沿與x軸正方向成30°角的方向射入磁場(chǎng)中,則圓心在過(guò)P點(diǎn)與速度方向垂直的直線(xiàn)上,如圖所示,粒子在磁場(chǎng)中要想到達(dá)O點(diǎn),轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角肯定大于180°,因磁場(chǎng)有邊界,故粒子不可能通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于P點(diǎn)的位置不確定,所以粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角也不同,最大的圓心角是粒子從x軸射出時(shí)即300°,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為56T,而最小的圓心角為P點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)即120°,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為13T,而T=2πmqB,故粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間最長(zhǎng)為5πm3qB,最短為2πm3qB,C項(xiàng)正確,B、D項(xiàng)錯(cuò)誤。 二、多項(xiàng)選擇題 6.(2018徐州六校聯(lián)考)有關(guān)電荷所受

7、電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的說(shuō)法中,正確的是(　　) A.電荷在磁場(chǎng)中一定受磁場(chǎng)力的作用 B.電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力的作用 C.電荷受電場(chǎng)力的方向與該處的電場(chǎng)方向一致 D.電荷若受磁場(chǎng)力,則受力方向與該處的磁場(chǎng)方向垂直 答案　BD　帶電粒子受洛倫茲力的條件:運(yùn)動(dòng)電荷且速度方向與磁場(chǎng)方向不平行,故電荷在磁場(chǎng)中不一定受磁場(chǎng)力作用,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電場(chǎng)具有對(duì)放入其中的電荷有力的作用的性質(zhì),B項(xiàng)正確;正電荷受力方向與電場(chǎng)方向一致,而負(fù)電荷受力方向與電場(chǎng)方向相反,C項(xiàng)錯(cuò)誤;磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力垂直磁場(chǎng)方向且垂直速度方向,D項(xiàng)正確。 7.(2018南通調(diào)研)如圖所示,有一垂直于紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),A、B

8、為邊界上兩點(diǎn)。一帶電粒子從A點(diǎn)以初速度v0、與邊界成角度θ(θ<90°)沿紙面射入磁場(chǎng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后從B點(diǎn)射出?，F(xiàn)撤去磁場(chǎng),加一垂直于邊界、沿紙面向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),其他條件不變,粒子仍從B點(diǎn)射出。粒子重力忽略不計(jì),則粒子(　　) A.帶負(fù)電 B.在磁場(chǎng)中和電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡相同 C.從磁場(chǎng)中離開(kāi)時(shí)速度方向與從電場(chǎng)中離開(kāi)時(shí)速度方向相同 D.從磁場(chǎng)中離開(kāi)時(shí)速度大小與從電場(chǎng)中離開(kāi)時(shí)速度大小相同 答案　ACD　根據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)的方向,由左手定則可以判斷出該粒子帶負(fù)電,A項(xiàng)正確;在磁場(chǎng)中,粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是一段圓弧,則其離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度與邊界的夾角仍為θ,速度大小不變;在電場(chǎng)中,粒子做類(lèi)斜拋運(yùn)動(dòng),運(yùn)

9、動(dòng)軌跡是拋物線(xiàn),運(yùn)動(dòng)軌跡與在磁場(chǎng)中不同,粒子的運(yùn)動(dòng)可以分解為豎直方向的勻變速運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速運(yùn)動(dòng),粒子到達(dá)與A點(diǎn)同一高度的B點(diǎn),其豎直方向的速度大小不變,方向向下,水平方向速度不變,故粒子在B點(diǎn)的速度大小仍等于v0,方向與邊界的夾角為θ,B項(xiàng)錯(cuò)誤,C、D項(xiàng)正確。 8.空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),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(chǎng)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(jì)重力。下列說(shuō)法正確的是(　　) A.入射速度不同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不同 B.入射速度相同的粒子在磁場(chǎng)

10、中的運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同 C.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的粒子,其運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同 D.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的粒子,其軌跡所對(duì)的圓心角一定越大 答案　BD　由于粒子比荷相同,由R=mvqB可知速度相同的粒子軌跡半徑相同,運(yùn)動(dòng)軌跡也必相同,B項(xiàng)正確;入射速度不同的粒子在磁場(chǎng)中可能的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,由圖可知,粒子的軌跡直徑不超過(guò)磁場(chǎng)邊界一半時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角都相同,運(yùn)動(dòng)時(shí)間都為半個(gè)周期,而由T=2πmqB知所有粒子在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的周期都相同,A、C項(xiàng)錯(cuò)誤;再由t=θ2π、T=θmqB可知,D項(xiàng)正確。 三、非選擇題 9.如圖所示,虛線(xiàn)圓所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一束電子沿

11、圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場(chǎng),電子束經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)后,其運(yùn)動(dòng)方向與原入射方向成θ角。設(shè)電子質(zhì)量為m、電荷量為e,不計(jì)電子之間相互作用力及所受的重力,求: (1)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑R; (2)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t; (3)圓形磁場(chǎng)區(qū)域的半徑r。 答案　(1)mveB　(2)mθeB　(3)mveBtanθ2 解析　(1)由牛頓第二定律和洛倫茲力公式得 evB=mv2R解得R=mveB。 (2)設(shè)電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T(mén),則T=2πRv=2πmeB 由如圖所示的幾何關(guān)系得圓心角α=θ 所以t=θ2πT=mθeB。 (3)由如圖所示幾何關(guān)系可知, ta

12、nθ2=rR,解得r=mveBtanθ2。 10.(2018泰州中學(xué)模擬)如圖所示,在xOy直角坐標(biāo)系原點(diǎn)O處有一粒子源,它能向與y軸正方向夾角0~90°范圍平面內(nèi)的各個(gè)方向均勻發(fā)射速率相等、質(zhì)量m、電荷量+q的帶電粒子,x=3a處垂直于x軸放置熒光屏MN,空間有垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫(huà)出)。不計(jì)粒子重力和粒子間相互影響。 (1)設(shè)磁場(chǎng)范圍足夠大,已知從O點(diǎn)沿-x方向發(fā)射的粒子,經(jīng)t0時(shí)間到達(dá)熒光屏上x(chóng)=3a,y=3a的P點(diǎn),求粒子運(yùn)動(dòng)速度v和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B; (2)求出(1)問(wèn)情景下粒子打到熒光屏MN上的坐標(biāo)范圍以及從O點(diǎn)到達(dá)熒光屏最長(zhǎng)時(shí)間與最短時(shí)間對(duì)應(yīng)粒子的初

13、速度方向; (3)若從O點(diǎn)發(fā)射所有粒子速度大小是v0,磁場(chǎng)區(qū)為一個(gè)圓形區(qū)域,要使得從O點(diǎn)射出粒子都能垂直打到熒光屏上,求磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B滿(mǎn)足的條件。 答案　(1)8πa3t0　4πm3qt0 (2)13a≥y≥-a　方向見(jiàn)解析 (3)B≥3mv03qa 解析　(1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖甲,則有r+r2-(3a)2=3a 得r=2a 所以由O到P點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為4π3,粒子運(yùn)動(dòng)速度v=43πrt0=8πa3t0 又qvB=mv2r,B=mvqr=4πm3qt0 (2)如圖乙,當(dāng)粒子在MN上的落點(diǎn)與O點(diǎn)的連線(xiàn)為軌跡圓的直徑時(shí),粒子在MN上落點(diǎn)最

14、高,設(shè)此落點(diǎn)縱坐標(biāo)為y1 y1=(2r)2-(3a)2=13a 沿x軸正方向射出粒子在MN上落點(diǎn)最低,設(shè)此點(diǎn)縱坐標(biāo)為y2(<0) (r+y2)2+(3a)2=r2 解得y2=-a 所以粒子打在MN上范圍13a≥y≥-a 粒子從O點(diǎn)射出到達(dá)MN最長(zhǎng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的是沿-x方向發(fā)射到達(dá)P點(diǎn)的粒子 粒子從O點(diǎn)射出到達(dá)MN最短時(shí)間對(duì)應(yīng)的粒子軌跡如圖丙,設(shè)初速度方向與x正方向夾角為θ sinθ=32ar=34 (3)從O點(diǎn)以相同速度v0射出粒子都垂直打到MN上,偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在圖丁中虛線(xiàn)圓形區(qū)域內(nèi),磁場(chǎng)區(qū)半徑R等于粒子回旋半徑r 　　根據(jù)牛頓第二定律和洛倫茲力公式得qv0B=mv02r B=mv0qr B越小,r越大,r最大值是3a,即r≤3a 得B≥3mv03qa 9