2019年高考物理二輪復習 磁場、帶電粒子在磁場中運動提能專訓.doc
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2019年高考物理二輪復習 磁場、帶電粒子在磁場中運動提能專訓 一、選擇題(本題共11小題，每小題4分，共44分．多選全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分) 1．(xx·沈陽市協(xié)作校期中聯(lián)考)地球是一個大磁體：①在地面上放置一個小磁鐵，小磁鐵的南極指向地磁場的南極；②地磁場的北極在地理南極附近；③赤道附近地磁場的方向和地面平行；④北半球地磁場方向相對地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁場方向都是和地面平行的．以上關(guān)于地磁場的描述正確的是( ) A．①②④ B．②③④ C．①⑤ D．②③ 答案：D 解析：地球本身是一個巨大的磁體，地磁北極在地理南極附近，地磁南極在地理北極附近；北半球的磁場斜向下，南半球磁場斜向上，赤道處的磁場與地面平行． 2．(xx·河南十校高三聯(lián)考)有兩根長直導線a、b互相平行放置，如圖所示為垂直于導線的截面圖．在如圖所示的平面內(nèi)，O點為兩根導線連線的中點，M、N為兩導線連線的中垂線上的兩點，與O點的 距離相等，aM與MN夾角為θ.若兩導線中通有大小相等、方向相反的恒定電流I，單根導線中的電流在M處產(chǎn)生的磁感應強度為B0，則關(guān)于線段MN上各點的磁感應強度，下列說法中正確的是( ) A．M點和N點的磁感應強度方向一定相反 B．M點和N點的磁感應強度大小均為2B0cos θ C．M點和N點的磁感應強度大小均為2B0sin θ D．在線段MN上有磁感應強度為零的點 答案：C 解析：根據(jù)安培定則，手握通電直導線，大拇指指向電流方向，四指環(huán)繞方向即磁場方向，如圖：a的磁場以a為圓心沿逆時針方向，b的磁場以b為圓心沿順時針方向，a、b在M、N點的磁場方向如圖所示． 兩導線中通有大小相等的電流，且關(guān)于MN對稱分布，幾何關(guān)系如圖，磁場的合成是矢量合成，遵循平行四邊形法則，M點和N點的磁感應強度方向一定相同，A項錯誤．且根據(jù)對稱性，大小都等于2B0sin θ，C項正確，B項錯誤．在MN上面找不到兩個磁場方向相反的點，因此合磁場不可能等于0，D項錯誤． 3．(xx·河北石家莊質(zhì)檢)(多選)如圖所示，水平長直導線MN中通以M到N方向的恒定電流，用兩根輕質(zhì)絕緣細線將矩形線圈abcd懸掛在其正下方．開始時線圈內(nèi)不通電流，兩細線內(nèi)的張力均為T，當線圈中通過的電流為I時，兩細線內(nèi)的張力均減小為T′.下列說法正確的是( ) A．線圈中通過的電流方向為a→d→c→b→a B．線圈中通過的電流方向為a→b→c→d→a C．當線圈中電流變?yōu)镮時，兩細線內(nèi)的張力均為零 D．當線圈中電流變?yōu)镮時，兩細線內(nèi)的張力均為零 答案：BC 解析：線圈不通電流時，由力的平衡有2T＝mg，當通過的電流為I時，張力減小為T′，由安培定則知通電導線MN在ab處產(chǎn)生的磁場比dc處強，則可判知ab上必受向上的安培力，且大于cd上所受向下的安培力，再結(jié)合左手定則判斷電流順時針流動，所以A項錯，B項正確．當兩細線內(nèi)張力均為T′時，BabIL－BcdIL＋2T′＝mg，當兩細線內(nèi)的張力均為零時，BabI′L－BcdI′L＝mg，且又知2T＝mg，聯(lián)立以上方程得I′＝I，故C項對，D項錯． 4. 如圖所示，兩根平行放置、長度均為L的直導線a和b，放置在與導線所在平面垂直的勻強磁場中．當a導線通有電流強度為I、b導線通有電流強度為2I、且電流方向相反時，a導線受到的磁場力大小為F1，b導線受到的磁場力大小為F2.則a通電導線的電流在b導線處產(chǎn)生的磁感應強度大小為( ) A. B. C. D. 答案：C 解析：設(shè)a、b兩電流間的相互作用力大小為F，則對導線a，有F＋ILB＝F1，對導線b，有F＋2ILB＝F2，聯(lián)立可得F＝2F1－F2，設(shè)導線a在b線的磁感強度為B′，可變形為2ILB′＝2F1－F2，所以B′＝，選項C正確． 5．(xx·山東臨沂高三質(zhì)檢)(多選)如圖所示，兩根長直導線豎直插入光滑絕緣水平桌面上的M、N兩小孔中，O為M、N連線中點，連線上a、b兩點關(guān)于O點對稱．導線通有大小相等、方向相反的電流．已知通電長直導線在周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應強度B＝k，式中k是常數(shù)、I是導線中電流、r為點到導線的距離．一帶正電的小球以初速度v0從a點出發(fā)沿連線運動到b點．關(guān)于上述過程，下列說法正確的是( ) A．小球先做加速運動后做減速運動 B．小球一直做勻速直線運動 C．小球?qū)ψ烂娴膲毫ο仍龃蠛鬁p小 D．小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃? 答案：BC 解析：由題意可知桌面內(nèi)的磁場方向，進而可知小球所受洛倫茲力的方向垂直桌面向上，對小球受力分析，受重力、桌面的支持力、洛倫茲力三個力作用，小球沿桌面方向不受力，故從a點到b點，小球一直做勻速直線運動，A錯誤，B正確；由于從a至b合磁感應強度先減小后增大，則小球所受洛倫茲力先減小后增大，桌面對小球的支持力先增大后減小，由作用力與反作用力的關(guān)系知小球?qū)ψ烂娴膲毫ο仍龃蠛鬁p小，C正確，D錯誤． 6．(xx·新課標全國卷Ⅱ)(多選) 如圖為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖．圖中，永磁鐵提供勻強磁場，硅微條徑跡探測器可以探測粒子在其中運動的軌跡．宇宙射線中有大量的電子、正電子和質(zhì)子．當這些粒子從上部垂直進入磁場時，下列說法正確的是( ) A．電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定不同 B．電子與正電子在磁場中運動軌跡的半徑一定相同 C．僅依據(jù)粒子運動軌跡無法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子 D．粒子的動能越大，它在磁場中運動軌跡的半徑越小 答案：AC 解析：根據(jù)洛倫茲力提供向心力，利用左手定則解題．根據(jù)左手定則，電子、正電子進入磁場后所受洛倫茲力的方向相反，故兩者的偏轉(zhuǎn)方向不同，選項A正確；根據(jù)qvB＝，得r＝，若電子與正電子在磁場中的運動速度不相等，則軌跡半徑不相同，選項B錯誤；對于質(zhì)子、正電子，它們在磁場中運動時不能確定mv的大小，故選項C正確；粒子的mv越大，軌道半徑越大，而mv＝，粒子的動能大，其mv不一定大，選項D錯誤． 7．如圖所示，在y>0的區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，磁場垂直于圖中的xOy平面向外，原點O處有一離子源，沿各個方向射出速率相等的同價負離子，對于進入磁場區(qū)域的離子，它們在磁場中做圓周運動的圓心所在的軌跡，可用下面給出的四個半圓中的一個來表示，其中正確的是( ) 答案：C 解析：磁場垂直xOy平面向外并位于y軸上方，離子帶負電，利用左手定則判斷出離子運動方向，并畫出草圖找出圓心，可判斷出C圖是正確的． 8．(xx·河北高陽模擬) 兩個帶電粒子以同一速度、同一位置進入勻強磁場，在磁場中它們的運動軌跡如圖所示．粒子a的運動軌跡半徑為r1，粒子b的運動軌跡半徑為r2，且r2＝2r1，q1、q2分別是粒子a、b所帶的電荷量，則( ) A．a(chǎn)帶負電、b帶正電，比荷之比為∶＝2∶1 B．a(chǎn)帶負電、b帶正電，比荷之比為∶＝1∶2 C．a(chǎn)帶正電、b帶負電，比荷之比為∶＝2∶1 D．a(chǎn)帶正電、b帶負電，比荷之比為∶＝1∶2 答案：C 解析：由粒子的運動軌跡及左手定則可判斷，a帶正電、b帶負電，根據(jù)Bvq＝，可得＝，所以∶＝r2∶r1＝2∶1，選項C正確． 9．如圖所示，在紙面內(nèi)半徑為R的圓形區(qū)域中充滿了垂直于紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場，一點電荷從 圖中A點以速度v0垂直磁場射入，當該電荷離開磁場時，速度方向剛好改變了180°，不計電荷的重力，下列說法正確的是( ) A．該點電荷離開磁場時速度方向的反向延長線通過O點 B．該點電荷的比荷為＝ C．該點電荷在磁場中的運動時間t＝ D．該點電荷帶正電 答案：B 解析： 根據(jù)左手定則可知，該點電荷帶負電，選項D錯誤；粒子在磁場中做勻速圓周運動，其速度方向的偏向角等于其運動軌跡所對應的圓心角，根據(jù)題意，該粒子在磁場中的運動軌跡剛好是半個圓周，畫出其運動軌跡并找出圓心O1，如圖所示．根據(jù)幾何關(guān)系可知，軌道半徑r＝，根據(jù)r＝和t＝＝可求出，該點電荷的比荷為＝和該點電荷在磁場中的運動時間t＝，所以選項B正確，C錯誤；該點電荷離開磁場時速度方向的反向延長線不通過O點，選項A錯誤．本題答案為B項． 10．(xx·湖南四縣一中聯(lián)考)如圖所示，一個理想邊界為PQ、MN的勻強磁場區(qū)域，磁場寬度為d，方向垂直紙面向里，一電子從O點沿紙面垂直PQ以速度v0進入磁場，若電子在磁場中運動的軌道半徑為2d.O′在MN上，且OO′與MN垂直．下列判斷正確的是( ) A．電子將向右偏轉(zhuǎn) B．電子打在MN上的點與O′點的距離為d C．電子打在MN上的點與O′點的距離為d D．電子在磁場中運動的時間為 答案：D 解析：電子帶負電，進入磁場后，根據(jù)左手定則判斷可知，所受的洛倫茲力方向向左，電子將向左偏轉(zhuǎn)，如圖所示，A項錯誤；設(shè)電子打在MN上的點與O′點的距離為x，則由幾何知識得： x＝r－＝2d－＝(2－)d，故B、C項錯誤；設(shè)軌跡對應的圓心角為θ，由幾何知識得：sin θ＝＝0.5，得θ＝，則電子在磁場中運動的時間為t＝＝，故D項正確． 11．(xx·湖北省重點中學聯(lián)考)(多選)如圖，在x>0，y>0的空間中有恒定的 勻強磁場，磁感應強度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B，現(xiàn)有四個相同的帶電粒子，由x軸上的P點以不同初速度平行于y軸射入此磁場，其出射方向如圖所示，不計重力影響，則( ) A．初速度最大的粒子是沿①方向出射的粒子 B．初速度最大的粒子是沿②方向出射的粒子 C．在磁場中運動經(jīng)歷時間最長的是沿③方向出射的粒子 D．在磁場中運動經(jīng)歷時間最長的是沿④方向出射的粒子 答案：AD 解析：由R＝可知，速度越大，粒子在磁場中做圓周運動的半徑越大，A項正確，B項錯誤；由T＝知，各粒子的運動周期相同，沿④方向出射的粒子的軌跡對應的圓心角最大，用時最長，C項錯誤，D項正確． 二、計算題(本題包括4小題，共56分．解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分) 12．(xx·山西四校第二次聯(lián)考)(12分)如圖所示，三角形區(qū)域磁場的三個頂點a、b、c在直角坐標系內(nèi)的坐標分別為(0，2 cm)，(－2 cm,0)，(2 cm,0)，磁感應強度B＝4×10－4 T，大量比荷＝2.5×105 C/kg、 不計重力的正離子，從O點以v＝2 m/s相同的速率沿不同方向垂直磁場射入該磁場區(qū)域．求： (1)離子運動的半徑； (2)從ac邊離開磁場的離子，離開磁場時距c點最近的位置坐標； (3)從磁場區(qū)域射出的離子中，在磁場中運動的最長時間． 答案：見解析 解析：(1)由qvB＝m得，R＝，代入數(shù)據(jù)可解得R＝2 cm (2)沿Oc方向入射的粒子離開磁場時距c點最近，設(shè)從ac邊離開磁場的離子距c最近的點的坐標為M(x，y)， 則x＝Rsin 30°＝ cm y＝R－Rcos 30°＝(2－3) cm 離c最近的點的坐標為M[ cm，(2－3) cm] (3)從a點離開磁場的離子在磁場中運動時間最長，其軌跡所對的圓心角為60° T＝＝ s t＝＝ s. 13．(14分)如圖所示，在一個邊長為a的正六邊形區(qū)域內(nèi)存在磁感應強度為B、方向垂直于紙面向里的勻 強磁場，三個相同帶正電的粒子，比荷為，先后從A點沿AD方向以大小不等的速度射入勻強磁場區(qū)域，粒子在運動過程中只受磁場力作用．已知編號為①的粒子恰好從F點飛出磁場區(qū)域，編號為②的粒子恰好從E點飛出磁場區(qū)域，編號為③的粒子從ED邊上的某一點垂直邊界飛出磁場區(qū)域，求： (1)編號為①的粒子進入磁場區(qū)域的初速度大??； (2)編號為②的粒子在磁場區(qū)域內(nèi)運動的時間； (3)編號為③的粒子在ED邊上飛出的位置與E點的距離． 答案：見解析 解析：(1)設(shè)編號為①的粒子在正六邊形區(qū)域磁場中做圓周運動的半徑為r1，初速度大小為v1，則qv1B＝m 由幾何關(guān)系可得，r1＝ 解得v1＝ (2)設(shè)編號為②的粒子在正六邊形區(qū)域磁場中做圓周運動的半徑為r2，線速度大小為v2，周期為T2，則 qv2B＝m，T2＝ 解得T2＝ 由幾何關(guān)系可得，粒子在正六邊形區(qū)域磁場運動過程中，轉(zhuǎn)過的圓心角為60°，則粒子在磁場中運動的時間t＝＝ (3)設(shè)編號為③的粒子在正六邊形區(qū)域磁場中做圓周運動的半徑為r3，由幾何關(guān)系可得 AE＝2acos 30°＝a r3＝＝2a OE＝＝3a EG＝r3－OE＝(2－3)a 14．(xx·大連模擬)(14分) 如圖所示，在一半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直紙面向外．一束質(zhì)量為m、電量為q帶正電的粒子沿平行于直徑MN的方向進入勻強磁場，粒子的速度大小不同，重力不計．入射點P到直徑MN的距離為h，求： (1)某粒子經(jīng)過磁場射出時的速度方向恰好與其入射方向相反，求粒子的入射速度是多大？ (2)恰好能從M點射出的粒子速度是多大？ (3)若h＝，粒子從P點經(jīng)磁場到M點的時間是多少？ 答案：(1) (2) (3) 解析：(1)粒子出射方向與入射方向相反，即在磁場中運動了半個周期，其半徑r1＝h 則qv1B＝m 解得v1＝. (2) 粒子從M點射出，其運動軌跡如圖，在△MQO1中 r＝(R－)2＋(h－r2)2 得r2＝ qv2B＝m 所以v2＝. (3)若h＝，sin∠POQ＝，可得∠POQ＝ 由幾何關(guān)系得粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)所對圓心角為α＝ 周期T＝ 所以t＝T＝. 15．(xx·廣西四校調(diào)研) (16分)如圖所示，以O(shè)為原點建立平面直角坐標系Oxy，沿y軸放置一平面熒光屏，在y>0,0下載提示(請認真閱讀)
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