高考物理 能力提升知识点优化 9.2磁场对运动电荷的作用.doc

2013高考物理能力提升知识点优化：9.2磁场对运动电荷的作用一、单项选择题(本大题共4小题，每小题6分，共24分，每小题只有一个选项符合题意)1.(2012揭阳模拟)如图所示，在示波管下方有一根水平放置的通电直导线，则示波管中的电子束将()a.向上偏转b.向下偏转c.向纸外偏转 d.向纸里偏转2.一束带电粒子以同一速度，并从同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的轨迹如图所示.粒子q1的轨迹半径为r1，粒子q2的轨迹半径为r2，且r22r1，q1、q2分别是它们的带电量，则()a.q1带负电、q2带正电，比荷之比为21b.q1带负电、q2带正电，比荷之比为12c.q1带正电、q2带负电，比荷之比为21d.q1带正电、q2带负电，比荷之比为113.(创新题)质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场.如图所示为质谱仪的原理图.设想有一个静止的质量为m、带电荷量为q的带电粒子(不计重力)，经电压为u的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为b的偏转磁场中，带电粒子打到底片上的p点，设opx，则在图中能正确反映x与u之间的函数关系的是()4.(2012衡水模拟)如图所示，一半径为r的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m，电荷量为q的正电荷(重力忽略不计)以速度v沿正对着圆心o的方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向改变了角.磁场的磁感应强度大小为()a.b. c. d.二、双项选择题(本大题共5小题，每小题8分，共40分，每小题有两个选项符合题意)5.(创新题)如图所示，匀强磁场的方向竖直向下.磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管.试管在水平拉力f作用下向右匀速运动，带电小球能从管口处飞出.关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确的是()a.小球带正电b.洛伦兹力对小球做正功c.小球运动的轨迹是一条曲线d.小球的轨迹是一条直线6.电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是()a.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同b.如果把q改为q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变c.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直d.粒子只受到洛伦兹力作用时，运动的动能不变7.(2011海南高考)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图中的正方形为其边界.一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从o点入射.这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子，不计重力.下列说法正确的是()a.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同b.入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同c.在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同d.在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大8.(易错题)如图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个d形金属盒.在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连.带电粒子在磁场中运动的动能ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是()a.在ek-t图中应有t4t3t3t2t2t1b.高频电源的变化周期应该等于tntn1c.粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大d.要想粒子获得的最大动能越大，可增加d形盒的面积9.(易错题)长为l的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，磁感应强度为b，板间距离也为l，板不带电，现有质量为m，电荷量为q的正电粒子(不计重力)，从极板间左边中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是()a.使粒子的速度vb.使粒子的速度vc.使粒子的速度vd.使粒子的速度v三、计算题(本大题共2小题，共36分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)10.(2011广东高考)(16分)如图(a)所示，在以o为圆心，内外半径分别为r1和r2的圆环区域内，存在辐射状电场和垂直纸面的匀强磁场，内外圆间的电势差u为常量，r1r0，r23r0.一电荷量为q，质量为m的粒子从内圆上的a点进入该区域，不计重力.(1)已知粒子从外圆上以速度v1射出，求粒子在a点的初速度v0的大小.(2)若撤去电场，如图(b)，已知粒子从oa延长线与外圆的交点c以速度v2射出，方向与oa延长线成45角，求磁感应强度的大小及粒子在磁场中运动的时间.(3)在图(b)中，若粒子从a点进入磁场，速度大小为v3，方向不确定，要使粒子一定能够从外圆射出，磁感应强度应小于多少？11.(预测题)(20分)在实验室中，需要控制某些带电粒子在某区域内的滞留时间，以达到预想的实验效果.现设想在xoy的纸面内存在如图所示的匀强磁场区域，在o点到p点区域的x轴上方，磁感应强度为b，方向垂直纸面向外，在x轴下方，磁感应强度大小也为b，方向垂直纸面向里，op两点距离为x0.现在原点o处以恒定速度v0不断地向第一象限内发射氘核粒子.(1)设粒子以与x轴成45角从o点射出，第一次与x轴相交于a点，第n次与x轴交于p点，求氘核粒子的比荷(用已知量b、x0、v0、n表示)，并求oa段粒子运动轨迹的弧长(用已知量x0、v0、n表示).(2)求粒子从o点到a点所经历时间t1和从o点到p点所经历时间t(用已知量x0、v0、n表示).答案解析1.【解析】选a.根据安培定则，通电导线在上方产生垂直纸面向外的磁场，又根据左手定则，电子束受到向上的洛伦兹力，向上偏转，a正确.2.【解析】选c.根据qvbm，r知，半径与比荷成反比.故r2r121.再根据左手定则知，q1带正电，q2带负电，故c正确.3.【解析】选b.带电粒子先经加速电场加速，故qumv2，进入磁场后偏转，opx2r，两式联立得，opx，所以b为正确答案.4.【解析】选b.粒子轨迹如图，根据几何关系rrcot，再根据qvb，解得b，故b正确.5.【解析】选a、c.试管向右匀速运动，所受洛伦兹力指向管口，由左手定则可知，小球带正电，a正确；小球同时参与两个运动，洛伦兹力总是垂直于合运动的方向，洛伦兹力不做功，故b错误；由于小球的速度大小和方向都发生变化，所以小球的运动轨迹是一条曲线，故c正确，d错误.6.【解析】选b、d.因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度方向有关，如当粒子速度与磁场垂直时fbqv，当粒子速度与磁场平行时f0.再者由于洛伦兹力的方向永远与粒子速度方向垂直，因此速度方向不同时，洛伦兹力的方向也不同，所以a选项错误.因为q改为q且速度反向时所形成的电流方向与原q运动形成的电流方向相同，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由fbqv知大小不变，所以b选项正确.因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场成任意夹角，所以c选项错误.因为洛伦兹力总与速度垂直，所以洛伦兹力不做功，粒子动能不变，洛伦兹力只改变粒子的运动方向，所以d选项正确.7.【解析】选b、d.根据带电粒子在磁场中运动的周期t，由此可知两种粒子在磁场中的运动周期相同，若速度不同的粒子在磁场中转过的圆心角相同时，轨迹可以不同，但运动时间相同，由半径公式r可知，入射速度相同的粒子轨迹相同，粒子在磁场中运动的时间tt，即由轨迹所对的圆心角决定，故b、d正确，a、c错误.【变式备选】(双选)如图所示，在半径为r的圆形区域内有匀强磁场.在边长为2r的正方形区域里也有匀强磁场，两个磁场的磁感应强度大小相同.两个相同的带电粒子以相同的速率分别从m、n两点射入匀强磁场.在m点射入的带电粒子，其速度方向指向圆心；在n点射入的带电粒子，速度方向与边界垂直，且n点为正方形边长的中点，则下列说法正确的是()a.带电粒子在磁场中飞行的时间一定不同b.从m点射入的带电粒子可能先飞出磁场c.从n点射入的带电粒子可能先飞出磁场d.从n点射入的带电粒子不可能比m点射入的带电粒子先飞出磁场【解析】选b、d.画轨迹草图如图所示，容易得出粒子在圆形磁场中的轨迹长度(或轨迹对应的圆心角)不会大于在正方形磁场中的，故b、d正确.8.【解析】选a、d.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关，因此，在ek-t图中应有t4t3t3t2t2t1，选项a正确；带电粒子在回旋加速器中每运行一周加速两次，高频电源的变化周期应该等于2(tntn1)，选项b错；由r可知，粒子获得的最大动能取决于d形盒的半径，当轨道半径与d形盒半径相等时就不能继续加速，故选项c错d对.9.【解题指南】粒子不打在极板上，可以从左侧或右侧射出磁场，然后由运动轨迹边界条件确定粒子半径，由圆周运动规律确定临界条件.【解析】选a、c.依题意粒子打在板上的临界状态如图所示.由几何关系有r1l，rl2(r2)2，故r2l. 根据r，则v1，v2.那么欲使粒子不打在极板上，可使粒子速度v或v.10.【解析】(1)根据动能定理，qumvmv， (2分)所以v0. (1分)(2)如图所示，设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，由几何知识可知r2r2(r2r1)2，解得rr0. (2分)根据洛伦兹力公式qv2bm， (1分)解得b. (1分)设粒子在磁场中圆周运动转过的圆心角为，则根据公式，2rv2t， (1分)解得t (2分)(3)考虑临界情况，如图所示qv3b1m，解得b1， (2分)qv3b2m，解得b2， (2分)综合得：b. (2分)答案：(1) (2) (3)11.【解析】(1)氘核粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得qbv0 (3分)解得粒子运动的半径r (3分)由几何关系知，粒子从a点到o点的弦长为r，由题意知nrx0(3分)解得氘核粒子的比荷： (3分)由几何关系得，oa段粒子运动轨迹的弧长：r，圆心角：，由以上各式解得 (2分)(2)粒子从o点到a点所经历的时间：t1 (3分)从o点到p点所经历的时间tnt1 (3分)答案：(1) (2) 【总结