1011版高中物理 第5章磁场与回旋加速器课时讲练通课件 沪科版选修31.pptVIP

考点一 安培力大小的计算1 2010 上海高考 如图 长为2l的直导线拆成边长相等 夹角为60 的v形 并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为b 当在该导线中通以电流强度为i的电流时 该v形通电导线受到的安培力大小为 a 0b 0 5bilc bild 2bil 解析 选c 导线有效长度为2lsin30 l 所以该v形通电导线受到的安培力大小为bil c对 2 2009 全国高考 如图 一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l 且 abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 a 方向沿纸面向上 大小为 1 iblb 方向沿纸面向上 大小为 1 iblc 方向沿纸面向下 大小为 1 ibld 方向沿纸面向下 大小为 1 ibl 解析 选a 该导线可以用a和d之间的直导线长为 1 l来等效代替 根据f bil 可知大小为 1 bil 方向根据左手定则判定沿纸面向上 a正确 3 2009 海南高考 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如图中箭头所示 当没有磁场时 导线呈直线状态 当分别加上方向竖直向上 水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时 描述导线状态的四个图示中正确的是 解析 选d a图中导线不受力 故它不会弯曲 a错 b图中导线受到垂直纸面向里的安培力 它不会向右弯曲 b错 c中导线受到水平向右的安培力 导线不会向左弯曲 c错 d中导线受到水平向右的安培力 故它向右弯曲 d对 4 2009 重庆高考 在如图所示电路中 电池均相同 当电键s分别置于a b两处时 导线mm 与nn 之间的安培力的大小分别为fa fb 可判断这两段导线 a 相互吸引 fa fbb 相互排斥 fa fbc 相互吸引 fa fbd 相互排斥 fa fb 解析 选d 电键s闭合后 mm nn 中产生平行反向电流 据安培定则和左手定则可知 两导线相互排斥 a c错 电键s置于b处时 两段导线中的电流较大 导线产生较强的磁场 对另一导线产生较大的安培斥力 即fa fb 故b错 d对 5 2008 宁夏高考 在等边三角形的三个顶点a b c处 各有一条长直导线垂直穿过纸面 导线中通有大小相等的恒定电流 方向如图 过c点的导线所受安培力的方向 a 与ab边平行 竖直向上b 与ab边平行 竖直向下c 与ab边垂直 指向左边d 与ab边垂直 指向右边 解析 选c 本题考查了左手定则的应用 导线a在c处产生的磁场方向由安培定则可判断 即垂直ac向左 同理导线b在c处产生的磁场方向垂直bc向下 则由平行四边形定则 过c点的合场方向平行于ab 根据左手定则可判断导线c受到的安培力垂直ab边 指向左边 c正确 考点二 带电粒子在磁场中的圆周运动问题6 2010 重庆高考 如图所示 矩形mnpq区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场 有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场 在纸面内做匀速圆周运动 运动轨迹为相应的圆弧 这些粒子的质量 电荷量以及速度大小如下表所示 由以上信息可知 从图中a b c处进入的粒子对应表中的编号分别为 a 3 5 4b 4 2 5c 5 3 2d 2 4 5 解析 选d 根据半径公式r 结合表格中数据可求得1 5各组粒子的半径之比依次为0 5 2 3 3 2 说明第一组正粒子的半径最小 该粒子从mq边界进入磁场逆时针运动 由图a b粒子进入磁场也是逆时针运动 则都为正电荷 而且a b粒子的半径比为2 3 则a一定是第2组粒子 b是第4组粒子 c顺时针运动 都为负电荷 半径与a相等是第5组粒子 d正确 7 2010 江苏高考 如图所示 在匀强磁场中附加另一匀强磁场 附加磁场位于图中阴影区域 附加磁场区域的对称轴oo 与ss 垂直 a b c三个质子先后从s点沿垂直于磁场的方向射入磁场 它们的速度大小相等 b的速度方向与ss 垂直 a c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为 且 三个质子经过附加磁场区域后能达到同一点s 则下列说法中正确的有 a 三个质子从s运动到s 的时间相等b 三个质子在附加磁场以外区域运动时 运动轨迹的圆心均在oo 轴上c 若撤去附加磁场 a到达ss 连线上的位置距s点最近d 附加磁场方向与原磁场方向相同 解析 选c d 三个质子从s运动到s 过程 运动轨迹的长度从a b c依次增大 由于洛伦兹力对质子不做功 三个质子速度大小始终相等 运动时间不相等 a错误 三个质子在附加磁场以外区域及附加磁场区域运动时 以质子b为例画出其运动轨迹图两种情况 r r和r r 如图 所示 由图可以看出质子b的运动轨迹的圆心不在oo 轴上 所以b错误 用作图法可知 若撤去附加磁场 a到达ss 连线上的位置距s点距离为xa 2rsin 2rcos b到达ss 连线上的位置距s点距离为xb 2r c到达ss 连线上的位置距s点距离为xc 2rsin 2rcos 可知a到达ss 连线上的位置距s点最近 c正确 因b要增大曲率 才能使到达ss 连线上的位置向s点靠近 所以附加磁场方向与原磁场方向相同 d正确 8 2009 安徽高考 下图是科学史上一张著名的实验照片 显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹 云室放置在匀强磁场中 磁场方向垂直照片向里 云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用 分析此径迹可知粒子 a 带正电 由下往上运动b 带正电 由上往下运动c 带负电 由上往下运动d 带负电 由下往上运动 解析 选a 粒子穿过金属板后 速度变小 由半径公式r 可知 半径变小 粒子运动方向为由下向上 又由于洛伦兹力的方向指向圆心 由左手定则 粒子带正电 a正确 9 2010 新课标全国卷 如图所示 在0 x a 0 y 范围内有垂直于xy平面向外的匀强磁场 磁感应强度大小为b 坐标原点o处有一个粒子源 在某时刻发射大量质量为m 电荷量为q的带正电粒子 它们的速度大小相同 速度方向均在xy平面内 与y轴正方向的夹角分布在0 90 范围内 已知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a 2到a之间 从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一 求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的 1 速度的大小 2 速度方向与y轴正方向夹角的正弦 解析 1 设粒子的发射速度为v 粒子做圆周运动的轨道半径为r 由牛顿第二定律和洛伦兹力公式 得 2分 由 解得 r 1分 画出沿 y方向以a 2为半径做匀速圆周运动轨迹如图 所示 再画出从坐标原点o沿与y轴正方向成一定夹角以半径r0 a 2 r0 a 做匀速圆周运动且圆弧轨迹与磁场上边界相切时的临界轨迹 然后将临界轨迹 以o为圆心顺时针或逆时针旋转 根据在磁场中的轨迹线的长度即可判断运动时间的长短 如下图所示 从图中不难看出临界轨迹 对应的运动时间最长 当 r a时 在磁场中运动时间最长的粒子 其轨迹是圆心为c的圆弧 圆弧与磁场的上边界相切 如图所示 设该粒子在磁场中运动的时间为t 依题意t 得 oca 设最后离开磁场的粒子的发射速度方向与y轴正方向的夹角为 由几何关系可得 rsin r rsin a rcos 又sin2 cos2 1 由 式解得 r 2 a 由 式得 v 2 2 由 式得 sin 答案 1 2 2 考点三 带电粒子在电磁场中的运动问题10 2009 北京高考 如图所示的虚线区域内 充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场 一带电粒子a 不计重力 以一定的初速度由左边界的o点射入磁场 电场区域 恰好沿直线由区域右边界的o 点 图中未标出 穿出 若撤去该区域内的磁场而保留电场不变 另一个同样的粒子b 不计重力 仍以相同初速度由o点射入 从区域右边界穿出 则粒子b a 穿出位置一定在o 点下方b 穿出位置一定在o 点上方c 运动时 在电场中的电势能一定减小d 在电场中运动时 动能一定减小 解析 选c a粒子要在电场 磁场的复合场区内做直线运动 则该粒子一定做匀速直线运动 故对粒子a有 bqv eq即只要满足e bv无论粒子带正电还是负电 粒子都可以沿直线穿出复合场区 当撤去磁场只保留电场时 粒子b由于电性不确定 故无法判断从o 点的上方或下方穿出 故a b错误 粒子b在穿过电场区的过程中必然受到电场力的作用而做类似于平抛的运动 电场力做正功 其电势能减小 动能增大 故c正确d错误 11 2009 广东高考 下图是质谱仪的工作原理示意图 带电离子被加速电场加速后 进入速度选择器 速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为b和e 平板s上有可让离子通过的狭缝p和记录离子位置的胶片a1a2 平板s下方有强度为b0的匀强磁场 下列表述正确的是 a 质谱仪是分析同位素的重要工具b 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外c 能通过狭缝p的带电离子的速率等于e bd 离子打在胶片上的位置越靠近狭缝p 离子的荷质比越小 解析 选a b c 由加速电场可见离子所受电场力向下 即离子带正电 在速度选择器中 电场力水平向右 洛伦兹力水平向左 如图所示 因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外 b正确 经过速度选择器时满足qe qvb 可知能通过狭缝p的带电离子的速率等于e b 带电离子进入磁场做匀速圆周运动 则有r mv qb 可见当v相同时 r 所以可以用来区分同位素 且r越大 荷质比就越小 d错误 12 1930年 劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器 其原理如图所示 这台加速器由两个铜质d形盒d1 d2构成 其间留有空隙 下列说法正确的是 a 离子由加速器的中心附近进入加速器b 离子由加速器的边缘进入加速器c 离子从磁场中获得能量d 离子从电场中获得能量 解析 选a d 回旋加速器的两个d形盒间隙分布周期性变化的电场 不断地给带电粒子加速使其获得能量 而d形盒处分布匀强磁场 具有一定速度的带电粒子在d形盒内受到洛伦兹力提供的向心力而做匀速圆周运动 洛伦兹力不做功不能使离子获得能量 c错 离子源在回旋加速器的中心附近 a d对 b错 13 2010 福建高考 如图所示的装置 左半部为速度选择器 右半部为匀强的偏转电场 一束同位素离子流从狭缝s1射入速度选择器 能够沿直线通过速度选择器并从狭缝s2射出的离子 又沿着与电场垂直的方向 立即进入场强大小为e的偏转电场 最后打在照相底片d上 已知同位素离子的电荷量为q q 0 速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为e0的匀强电场和磁感应强度大小为b0的匀强磁场 照相底片d与狭缝s1 s2连线平行且距离为l 忽略重力的影响 1 求从狭缝s2射出的离子速度v0的大小 2 若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x 求出x与离子质量m之间的关系式 用e0 b0 e q m l表示 解析 1 能从速度选择器中飞出 则有qe0 qv0b0 解得v0 2 离子进入电场后作类平抛运动则qe ma x v0t l at2 联立 解得答案 1 2 14 2010 安徽高考 如图1所示 宽度为d的竖直狭长区域内 边界为l1 l2 存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场 如图2所示 电场强度的大小为e0 e 0表示电场方向竖直向上 t 0时 一带正电 质量为m的微粒从左边界上的n1点以水平速度v射入该区域 沿直线运动到q点后 做一次完整的圆周运动 再沿直线运动到右边界上的n2点 q为线段n1n2的中点 重力加速度为g 上述d e0 m v g为已知量 1 求微粒所带电荷量q和磁感应强度b的大小 2 求电场变化的周期t 3 改变宽度d 使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域 求t的最小值 解析 1 微粒做直线运动 则mg qe0 qvb 微粒做圆周运动 则mg qe0 联立 式解得 2 设微粒从n1运动到q的时间为t1 做圆周运动的周期为t2 则 qvb 2 r vt2 联立 式解得 电场变化的周期t t1 t2 答案 15 2010 山东高考 如图所示 以两虚线为边界 中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场 宽度为d 两侧为相同的匀强磁场 方向垂直纸面向里 一质量为m 带电量 q 重力不计的带电粒子 以初速度v1垂直边界射入磁场做匀速圆周运动 后进入电场做匀加速运动 然后第二次进入磁场中运动 此后粒子在电场和磁场中交替运动 已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍 第三次是第一次的三倍 以此类推 求 1 粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功w1 2 粒子第n次经过电场时电场强度的大小en 3 粒子第n次经过电场所用的时间tn 解析 1 设磁场的磁