高考物理一轮复习 第十五单元 磁场（带电粒子在组合场复合场中的运动）真题与模拟单元重组卷 新人教版

“讲忠诚、严纪律、立政德”三者相互贯通、相互联系。忠诚是共产党人的底色，纪律是不能触碰的底线，政德是必须修炼的素养。永葆底色、不碰底线第十五单元磁场(带电粒子在组合场、复合场中的运动)测试时间：90分钟满分：110分第卷(选择题，共48分)一、选择题(本题共12小题，共48分。在每小题给出的四个选项中，第18小题只有一个选项正确，第912小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)12016广西模拟关于电场力与洛伦兹力，下列说法中正确的是()A电荷只要处在电场中，就会受到电场力的作用B电荷只要处在磁场中，就会受到磁场力的作用C洛伦兹力的方向在磁感线上D运动的电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用答案A解析电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，电荷只要在电场中就会受到电场力作用，故A正确；只有运动电荷在磁场中才可能受到洛伦兹力作用，故B错误；由左手定则可知，洛伦兹力与磁场线相互垂直，故C错误；运动的电荷在磁场中平行于磁场的方向运动时，不会受到洛伦兹力的作用，故D错误。22016长沙月考在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取正交坐标系Oxyz(z轴正方向竖直向上)，如图所示，已知电场方向沿z轴正方向，电场强度大小为E，磁场方向沿y轴正方向，磁感应强度的大小为B。若质量为m、带电量为q的质点从原点沿不同的方向射出，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A若沿x轴正方向射出，速度一定会变化B若沿y轴正方向射出，动能一定会变化C若沿z轴正方向射出，速度一定会变化D若沿z轴正方向射出，动能一定会变化答案C解析若沿x轴正方向射出，重力竖直向下，电场力与洛伦兹力向上，可能平衡，速度不一定变化，故A错误；若沿y轴正方向射出，重力可能和电场力平衡，动能不一定变化，故B错误；若沿z轴正方向射出，重力竖直向下，电场力向上，洛伦兹力垂直速度方向，一定沿曲线运动，速度一定变化，当做匀速圆周运动时，动能不变，故C正确，D错误。3. 2016湖南十校联考1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是()A该束带电粒子带负电B速度选择器的P1极板带负电C在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大D在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小答案D解析通过粒子在质谱仪中的运动轨迹和左手定则可知该束带电粒子带正电，故A错误；带电粒子在速度选择器中匀速运动时受到向上的洛伦兹力和向下的电场力，可知速度选择器的P1极板带正电，故B错误；由洛伦兹力充当向心力有：qvBm，得粒子在B2磁场中的运动半径r，又粒子的运动速度v大小相等，电荷量q未知，故在磁场中运动半径越大的粒子，质量不一定越大，但比荷越小，故C错误，D正确。42016天津模拟回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示。它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。如果用同一回旋加速器分别加速氚核(H)和粒子(He)，比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有()A加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大B加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小C加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小D加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大答案B解析带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，根据T，知氚核(H)的质量与电量的比值大于粒子(He)，所以氚核在磁场中运动的周期大，则加速氚核的交流电源的周期较大。根据qvBm得，最大速度v，则最大动能Ekmmv2，氚核的质量是粒子的倍，氚核的电量是倍，则氚核的最大动能是粒子的倍，即氚核的最大动能较小。故B正确，A、C、D错误。5. 2017哈尔滨六中模拟如图所示，有一范围足够大的水平匀强磁场，磁感应强度为B，一个质量为m、电荷量为q的带电小圆环套在一根固定的绝缘竖直长杆上，环与杆间的动摩擦因数为。现使圆环以初速度v0向上运动，经时间t0圆环回到出发点。不计空气阻力，取竖直向上为正方向，下列描述该过程中圆环的速度v随时间t、摩擦力f随时间t、动能Ek随位移x、机械能E随位移x变化规律的图象中，一定错误的是()答案C解析小圆环向上运动过程中受力分析如图甲所示，由于mg和f做负功，v减小，洛伦兹力减小，N减小，则f减小，a减小，当v0时，向上位移最大，f0，而ag，所以小圆环向下运动，受力分析如图乙所示，v变大，N变大，f变大，a减小。由以上分析可知，上升阶段v变小，a变小，f变小，下降阶段v变大，a变小，f变大，正负号表示方向，故A、B正确。机械能E随x变化的斜率表示f，故D正确。而Ekx图象的斜率表示合外力，上升阶段合力变小，故Ekx斜率应变小，故C错误。6. 2017河南模拟如图，空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电场和磁场相互垂直。在电磁场区域中，有一个竖直放置的光滑绝缘圆环，环上套有一个带正电的小球，小球可沿圆环自由运动。O点为圆环的圆心，a、b、c为圆环上的三个点，a点为最高点，c点为最低点，Ob沿水平方向。已知小球所受电场力与重力大小相等。现将小球从环的顶端a点由静止释放。下列判断不正确的是()A当小球运动的弧长为圆周长的时，洛伦兹力最大B当小球运动的弧长为圆周长的时，洛伦兹力最大C小球从a点到b点，重力势能减小，电势能减小D小球从b点运动到c点，电势能增大，动能先增大后减小答案A解析A项，小球受到水平向左的电场力和竖直向下的重力，二力大小相等，故二力的合力方向于水平方向成45向左下，如图，故小球运动到圆弧bc的中点时，速度最大，此时的洛伦兹力最大，故A错误；B项，由A的分析可知，小球运动的弧长为圆周长的时，洛伦兹力最大，故B正确；C项，小球由a到b的过程中，电场力和重力均做正功，重力势能和电势能都减小，故C正确；D项，小球从b点运动到c点，电场力做负功，电势能增加；因力的合力方向与水平方向成45向左下，当小球运动到圆弧bc的中点时速度最大，所以小球从b点运动到c点过程中，动能先增大，后减小，故D正确。72016全国卷现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比值约为()A11 B12 C121 D144答案D解析设加速电压为U，质子做匀速圆周运动的半径为r，原来磁场的磁感应强度为B，质子质量为m，一价正离子质量为M。质子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，eUmv，质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，ev1Bm；一价正离子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，eUMv，该正离子在磁感应强度为12B的匀强磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径仍为r，洛伦兹力提供向心力，ev212BM；联立解得Mm1441，选项D正确。82017辽师大附中模拟电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称“霍尔转把”，属于传感器非接触控制。转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲。开启电源时，在霍尔器件的上下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙。随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙。以下关于“霍尔转把”叙述正确的是()A为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为N、S极B按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快C图乙中从霍尔器件的左右侧面输出控制车速的霍尔电压D若霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制答案B解析A项，因为霍尔器件的上下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上下端分别为N、S极时，磁场与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，那么霍尔器件不能输出控制车速的电势差，故A错误；B项，当按图甲顺时针转动把手，导致霍尔器件周围的磁场增加，那么霍尔器件输出控制车速的电势差增大，因此车速变快，故B正确；C项，根据题意，结合图乙的示意图，那么永久磁铁的N、S极可能在左、右侧面，或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的电势差，不一定在霍尔器件的左右侧面，也可能在前后表面，故C错误；D项，当霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的电势差正负号相反，但由图丙可以知道，不会影响车速控制，故D错误。9. 2017吉林模拟如图所示，空间中存在正交的匀强电场E和匀强磁场B(匀强电场水平向右)，在竖直平面内从a点沿ab、ac方向抛出两带电小球(不考虑两带电球的相互作用，两球电荷量始终不变)，关于小球的运动，下列说法正确的是()A沿ab、ac方向抛出的带电小球都可能做直线运动B只有沿ab抛出的带电小球才可能做直线运动C若有小球能做直线运动，则它一定是匀速运动D两小球在运动过程中机械能均守恒答案AC解析沿ab方向抛出的带正电小球，或沿ac方向抛出的带负电的小球，在重力、电场力、洛伦兹力作用下，都可能做匀速直线运动，故A正确，B错误。在重力、电场力、洛伦兹力三力都存在时的直线运动一定是匀速直线运动，故C正确。两小球在运动过程中除重力做功外还有电场力做功，故机械能不守恒，D错误。102016焦作一模如图所示，质量为m、电荷量为e的质子以某一初动能Ek从坐标原点O沿x轴正方向进入场区，若场区仅存在平行于y轴向上的匀强电场，质子通过P(d，d)点时的动能为5Ek；若场区仅存在垂直于xOy平面的匀强磁场，质子也能通过P点，不计质子的重力。设上述匀强电场的电场强度大小为E、匀强磁场的磁感应强度大小为B，下列说法中正确的是()AE BECB DB答案AC解析质子在只有电场存在时，动能由Ek变为5Ek，由动能定理可知电场力做功为：WeEd5EkEk，解得：E由此可判断，选项A正确，B错误；质子在只有磁场存在时，质子做匀速圆周运动，由题意可知，运动半径为d，由半径公式有：rd，设质子进入磁场时的速度为v，则速度为：v 。以上两式联立得：B ，所以选项C正确，选项D错误。112016黄山一模如图所示，两个半径相同的半圆形光滑轨道分别竖直放在匀强磁场和匀强电场中，轨道两端在同一高度上。两个相同的带正电小球(可视为质点)同时分别从轨道的左端最高点由静止释放，M、N分别为两轨道的最低点，则()A两小球到达轨道最低点的速度vMvNB两小球到达轨道最低点时对轨道的压力FMFNC两小球第一次到达最低点的时间相同D两小球都能到达轨道的另一端答案AB解析小球在磁场中运动，在最低点进行受力分析可知：FMmgBqvMm解得：FMmgBqvM小球在电场中运动，在最低点受力分析可知：FNmg，解得：FNmgA、C项，由于小球在磁场中运动，磁场力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒；而小球在电场中运动受到的电场力对小球做负功，到达最低点时的速度的大小变小，所以在电场中运动的时间也长，故A正确，C错误；B项，因为vMvN，结合可知：FMFN，故B正确；D项，由于小球在磁场中运动，磁场力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒，所以小球可以到达轨道的另一端，而电场力对小球做负功，所以小球在达到轨道另一端之前速度就减为零了，故不能到达最右端，故D错误。122016邵阳一模如图甲所示，在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场，电场的方向水平向右(图甲中由B到C)，场强大小随时间变化情况如图乙所示；磁感应强度方向垂直于纸面、大小随时间变化情况如图丙所示。在t1 s时，从A点沿AB方向(垂直于BC)以初速度v0射出第一个粒子，并在此之后，每隔2 s有一个相同的粒子沿AB方向均以初速度v0射出，并恰好均能击中C点，若ABBCl，且粒子由A运动到C的运动时间小于1 s。不计重力和空气阻力，对于各粒子由A运动到C的过程中，以下说法正确的是()A电场强度E0和磁感应强度B0的大小之比为3v01B第一个粒子和第二个粒子运动的加速度大小之比为 13C第一个粒子和第二个粒子运动的时间之比为2D第一个粒子和第二个粒子通过C的动能之比为15答案CD解析A项，在t1 s时，空间区域存在匀强磁场，粒子做匀速圆周运动，如图2所示；由牛顿第二定律得：qv0B0m，粒子的轨道半径Rl，则：B0；带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，如图1所示，竖直方向：lv0t，水平方向：lat2t2，E0，则：，故A错误；B项，第一个粒子和第二个粒子运动的加速度大小之比：，故B错误；C项，第一个粒子的运动时间：t1T，第二个粒子的运动时间：t2，第一个粒子和第二个粒子运动的时间之比t1t22，故C正确；D项，第二个粒子，由动能定理得：qE0lEk2mv，Ek2mv，第一个粒子的动能Ek1mv，第一个粒子和第二个粒子通过C的动能之比为15，故D正确。第卷(非选择题，共62分)二、填空题(本题共2小题，共12分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答)132017河南安阳月考(6分)如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、带电荷量为q的质子，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。(1)加速器中匀强磁场的B_，方向_。(2)设两D形盒间的距离为d，其间电压为U，电场视为匀强电场，质子每次经电场加速后能量增加，则粒子要加速到上述能量E所需的回旋周数为_。(3)粒子加速到上述能量所需时间为_(粒子在电场中的运动时间不计)。答案(1)(1分)垂直于纸面向里(1分)(2)(2分)(3)(2分)解析(1)由质子回旋的最大半径R、动能E及题意可知：qvBm，Emv2，解得：B。由左手定则知，匀强磁场的方向垂直于纸面向里。(2)质子每经电场加速1次，能量增加qU，每周加速两次，加速到能量为E时，需回旋周。(3)质子回旋的周期T，该周期与粒子的回旋半径r及速度v(当vc时)无关，故加速到能量E所需的时间为：tnT。142017浙江检测(6分)如图所示，环形对撞机是研究高能粒子的重要装置。正、负离子由静止开始，经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环形空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞。(1)当环形空腔中的磁场一定时，为保证不同离子都能顺利通过环形空腔，对比荷越大的离子，其加速电压应_(填“越大”或“越小”)。(2)对于给定的离子，为保证离子能通过环形空腔，加速电压越大时，磁场的磁感应强度应_(填“越大”或“越小”)。(3)实验时，正、负离子同时进入环形空腔做完全对称的运动，并在正对直线加速器的碰撞区发生撞击，则正、负离子的比荷_(填“可能相同”“可能不同”或“一定相同”)。答案(1)越大(2分)(2)越大(2分)(3)一定相同(2分)解析离子经电压U加速，根据动能定理，有mv2qU，离子进入环形空腔，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，有qvBm，得r 。因此，当环形空腔中的磁场一定时，为保证不同离子都能顺利通过环形空腔，对比荷越大的离子，其加速电压应越大；对于给定的离子，为保证离子能通过环形空腔，加速电压越大时，磁场的磁感应强度应越大；要使同时进入环形空腔的正、负离子同时到达碰撞区，要求离子在磁场中做圆周运动的周期相同，根据T，正、负离子的比荷一定相同。三、计算题(本题共4小题，共50分。解答应写出必要的文字说明和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)152016北京高考(10分)如图所示，质量为m、电荷量为q的带电粒子，以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动。不计带电粒子所受重力。(1)求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T；(2)为使该粒子做匀速直线运动，还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场，求电场强度E的大小。解(1)洛伦兹力提供向心力，有F洛qvBm(2分)带电粒子做匀速圆周运动的半径R(2分)匀速圆周运动的周期T(2分)(2)粒子受电场力F电qE，洛伦兹力F洛qvB。粒子做匀速直线运动，则qEqvB(2分)电场强度的大小EvB(2分)162016郑州一模(10分)如图所示，水平地面上放有一张正方形桌子，桌面abcd边长为L，桌面水平、光滑、绝缘，距地面高度为h，正方形桌面内有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在桌面以外有竖直向下的匀强电场，电场强度为E。(电场、磁场图中没有画出)一质量为m，电荷量为q的带正电小球(可看做质点)，从桌面边缘ad中点M，以垂直于ad边的速度v进入磁场区域，重力加速度为g。(1)要使小球能够从ab边飞离桌面，求小球进入磁场时速度大小的范围；(2)若小球恰好能从桌面上b点飞出，求小球落地点到桌面上b点的距离。解(1)对小球受力分析可知，小球在桌面上运动时重力与支持力平衡，小球在磁场作用下做匀速圆周运动。当小球从a点飞离桌面时，速度最小，设此时小球运动半径为r1，由几何关系可得r1(1分)已知洛伦兹力提供向心力qv1Bm解得v1(1分)当小球从b点飞离桌面时，速度最大，设此时小球运动半径为r2，由几何关系可得rL22解得r2(1分)已知洛伦兹力提供向心力qv2Bm解得v2(1分)可得速度大小范围v(1分)(2)小球飞出桌面后受重力和电场力作用，可知mgqEma(1分)小球做类平抛运动，可知hat2(1分)xv2t(1分)由几何关系可知落地点到桌面上b点的距离为s(1分)由以上各式可得s (1分)172016大连质检(15分)如图所示，真空中有一个点状的放射源P，它能向各个方向发射速率都相同的同种正粒子，ab为P点附近的一条水平直线，P到直线ab的距离PC1 m，Q为直线ab上一点，它与P点相距PQ m(只研究与放射源P和直线ab在同一个平面内的粒子的运动)，当直线ab以上区域只存在垂直平面向里、磁感应强度为B2 T的匀强磁场时，放射源P水平向左射出的粒子恰到达Q点；当直线ab以上区域只存在平行于纸面的匀强电场时，沿不同方向发射的粒子若能到达ab直线，则到达ab直线时它们的速度大小都相等，已知放射源P水平向左射出的粒子也恰好到达Q点，粒子比荷为q/m1106 C/kg，粒子重力不计。(1)求粒子的发射速率；(2)当仅加上述电场时，求到达ab直线上粒子的速度大小和电场强度的大小(结果可用根号表示)；(3)当仅加上述磁场时，求粒子从P运动到直线ab所用的最短时间。解(1)作PQ的中垂线交PQ、PC于A、O两点，O点即为圆心，如图甲所示。设圆的半径为r，由相似三角形知识有(2分)由直角三角形知识有AO(1分)对粒子由牛顿第二定律得qv0Bm(2分)解以上方程并代入数据得v01.25106 m/s(2分)(2)因所有粒子到达ab直线的速度大小相等，故电场的方向应由P指向C，水平向左发射的粒子应做类平抛运动，所以QCv0t，PCt2，v(2分)联立解以上方程并代入数据得v106 m/s，E1.25107 V/m(2分)(3)从P运动到直线ab所用时间最短的粒子，PC必为其运动轨迹的一条弦，如图乙所示，由几何关系得sinPOP1，所以POP153(2分)得POC106(1分)则其运动时