高二物理磁场对运动电荷的作用习题及答案

1、学习必备欢迎下载高二物理磁场对运动电荷的作用习题及答案、选择题（本大题共9小题，每小题6分，共计54分.每小题至少一个答案正确 ）1 .有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是A.通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用8 .安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现C.带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功D.通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行解析当通电直导线放置的方向与匀强磁场的方向平行时，其不受安培力的作用，则A错；安培力是导线中所有电荷所受的洛伦兹力的宏观表现，B正确；由于带电粒子所受的洛伦兹力的方向与粒子的速度方向始终是垂直的关系，因此洛伦兹力不做功，C错误；磁场的

2、方向与安培力的方向垂直，D错误.答案 BX x X X2. 一带电粒子以垂直于磁场方向的初速度飞入匀强磁场后做圆周运动，磁场方向和运卜1动轨迹如图8 216所示，下列情况可能的是x x x .汉A.粒子带正电，沿逆时针方向运动B.粒子带正电，沿顺时针方向运动* xx xC.粒子带负电，沿逆时针方向运动D.粒子带负电，沿顺时针方向运动解析 由左手定则可判定，如粒子带正电，则沿逆时针方向运动；如粒子带负电，则沿顺时针方向运动，故选项 A、D正确.答案 AD3. （2010广东四校联考）质量为m、带电荷量为q的粒子（忽略重力）在磁感应弓II度为 B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，形成空间环形电流.已知

3、粒子的运动速率为v、半径为R、周期为T,环形电流的大小为I.则下面说法中正确的是a.该带电粒子的比荷为q=BR一.，、 一qBtB.在时间t内，粒子转过的圆弧对应的圆心角为0=毛C.当速率v增大时，环形电流的大小 I保持不变D,当速率v增大时，运动周期 T变小2 7tmT= qB，qBt. 2. m，2解析在磁场中，由qvB = %得合会选项A错误；在磁场中运动周期与速率无关，选项 D错误；在时间t内，粒子转过的圆弧对应的圆心角0=，选工B正确；电流定义I=T =关，与速率无关，选项C正确.答案BC4. 回旋加速器是加速带电粒子的装置.其主体部分是两个D形金属盒，两金属盒处于垂直于盒底的匀强磁

4、场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图 时的动能，下列方法可行的是A.增大金属盒的半径C.增大高频交流电压8217所示，现要增大带电粒子从回旋加1B.减小狭缝间的距离D.减小磁场的磁感应强度E2解析由qvB = mV-,得R2 2 2Ekm=2mvm= q宾.可知A正确.答案 A5. （2010浙江杭州一模）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图8-2-18所示，离子源 S产生的各种不同正离子束（速度可看做零）,经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片磁场的位置到入口处 S1的距离为x,下列判断正确

5、的是A.若离子束是同位素，则 x越大，离子进入磁场时速度越小B.若离子束是同位素，则 x越大，离子质量越小C.只要x相同，则离子质量一定不相同P上，设离仔射出D.只要x相同，则离子的比荷一定相同1c斛析 在加速电场中，qU = 2mv ;在磁场中qvB = mv;由几何关系知x = 2R;以上三 R式联立可得x=2mv=2 q2mU只有选项d正确.答案D6 .如图8- 219所示，一个质量为 m、电荷量为+ q的带电粒子，不计重力，在 a点 以某一初速度水平向左射入磁场区域I ,沿曲线 abcd运动，ab、bc、cd都是半径为R 的圆弧.粒子在每段圆弧上运动的时间都为 t.规定垂直于纸面向外的

6、磁感应强度方向为正，则磁场区域I、n、出三部分的磁感应强度B随x变化的关系可能是图 8-2-20中的图 8-2- 19图 8 2 20向里和向外,解析由左手定则可知，I、n、出三部分的磁感应强度方向分别为向外、即正、负和正，故b、d错.由于粒子做匀速圆周运动，所以4T=瑞口故B=U，C正确.答案 C4q It;若该区域7 . （2010辽宁锦州期末）如图82 21所示，圆柱形区域的横截面在没有磁场的情况下，带 电粒子（不计重力）以某一初速度沿截面直径方向入射时，穿过此区域的时间为 加沿轴线方向的匀强磁场， 磁感应弓虽度为B,带电粒子仍以同一初速度沿截河期空入四，子飞出此区域时，速度方向偏转了兀

7、/3根据上述条件可求得的物理量为A.带电粒子的初速度B.带电粒子在磁场中运动的半径or解析设圆柱形区域的半径为 2RR,粒子的初速度为 V0,则Vo=2R,由于R未知，无法求出带电粒子的初速度，选项A错误；若加上磁场，粒子在磁场中的运动轨迹如图所C.带电粒子在磁场中运动的周期D,带电粒子的比荷示，设运动轨迹半径为r,运动周期为T，则T=T;速度方向偏转了兀/3由几何关系得，轨迹圆弧所对的圆心角0=兀/3 r = */3R,联立以上式子得 T = J3兀1由T =一22兀m/qB导q/m = J3Bf，故选项C、D正确；由于 R未知，无法求出干电粒子在磁场中做圆周运动的半径，选项 B错误.答案

8、CDa的等边三角形，磁场垂直纸面欲使电子能经过 BC边，则磁感应8 .如图82 22所示，ABC为与匀强磁场垂直的边长为向外，比荷为焉的电子以速度v0从A点沿AB方向射入,强度B的取值应为3mvoA. B ae2mvoB. B-T ae,3mvo2mvoC- B=a解析 如右图所示，当电子正好经过fi c C点时，做圆周运动的半径R=a/cos 30 = %, a 要想电子从 BC边经过，圆周运动的半径要大于 赤，由带电粒子在磁场中运动的半径公式/有才鬻即B生”选项正确答案C9 .如图82 23所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正负离子（不计重力）,从点O以相同

9、的速率先后射入磁场中，入射方向与边界成。角，则正负离子在磁场中A.运动时间相同B.运动轨道的半径相同C.重新回到边界时速度的大小和方向相同% 乂算乂D .重新回到边界的位置与 。点距离相等J k /晨.解析 如右图所示，正离子的轨迹为磁场边界上方的OB ,五离子的轨迹为磁场边界上方的OA,轨道半径 OOi=OO2=mv,二者相同，B正确；运动时间和轨道对应的 qB圆心角（回旋角 ”成正比，所以正离子运动时间较长，A错误；由几何知识可知 OOiBA OO2A,所以 OA = OB, D 正确；由于 OiB/ O2A,且 va，O2A, vbOiB,所以Va/vb, C正确.答案 BCD10. （

10、2011海南）.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解析：在磁场中半径 r =mv运动时间：t =（。为转过圆心角），故BD正确，当粒子 qBqB从。点所在的边上射出的粒子时：轨迹可以不同，但圆心角相同

11、为1800,因而AC错11. （2011浙江）.利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MNk方是磁感应强度大小为 B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端相距为 L。一群质量为 m电荷量为q,具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MNe入磁场，对于能够从宽度为d的缝射出的粒子，下列说法正确的是A.粒子带正电B.射出粒子的最大速度为 qB（L *3d）2mC.保持d和L不变，增大B,射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D.保持d和B不变，增大L,射出粒子的最大速度与最小速度之差增大答案：BC解析：由左手定则可判断粒子带负电，故 A错误；由题

12、意知：粒子的最大半径L 3d 4,曰-L 3g mv “口qB(L 3d)rmax = 、粒子的取小半径rmin =,根据 r =一二,可得 vmax =22qB2mqBL 3qBd-，vmin ,则 vmax _vmin = ,故可知 B C正确，D车日证。2m2m、计算题（本大题共3小题，共46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）12. （13分）如图8 224所示，a点距坐标原点的距离为 L,坐标平面内有边界过a点和坐标原点 O的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直坐标平面向里.有一电子（质量为m、电荷量为e）从a点以初速度vo平行x轴正方向射入磁场区域，在磁场中运行，

13、从 x轴上的b点（图中未画出）射出磁场区域，此时速度方向与60,求：磁场的磁感应强度；口 一（2）磁场区域的圆心 Oi的坐标；电子在磁场中运动的时间.X解析（1）磁场区域及电子运动轨迹如图所示，由几何关系得x轴的正方向之间的夹角为R=2L,由牛顿第二定律（2）x轴坐标x=Qsin 60=粤y 轴坐标为 y = L aO icos 60 = 2Oi点坐标为，2.2 mv0 得 Bev0=- R（1）荧光屏上光斑的长度;（2）所加磁场范围的最小面积.60T 2 7tLmv0A/3L 12 7tL粒子在磁场中飞行时间为U嬴=菰.答案（1）2eLC23L，-j菰13. （15分）电子质量为m,电荷量为

14、e,从坐标原点 。处沿xOy平面射入第一象限, 射入时速度方向不同，速度大小均为 Vo,如图82 25所示.现在某一区域加一方向向外且垂直于 xOy平面的匀强磁场，磁感应强度为B,若这些电子穿过磁场后都能垂直射到荧光屏 MN上，荧光屏与y轴平行，求:解析（1）如图所示，求光斑长度，关键是找翻两个边界点，初速度方而沿的电子，沿弧 OB运动到P;初速度方向沿 y轴正方向的电子，沿弧 OC运动到Q.电子在磁场中的半径 R= mv0,由图可知PQ= R= mv0. BeBe(2)沿任一方向射入第一象限的电子经磁场偏转后都能垂直打到荧光屏MN上，所加最小面积的磁场的边界是以O (0, R)为圆心、R为半

15、径的圆的一部分， 如图中实线所示，所以磁场范围的最小面积S= 4兀 R2+R21 兀 R2答案10(2)伊德)14. (2010全国I )(18分)如图8226所示，在 0WxW3a区域内存在与 xy平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.在t=0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y轴正方向的夹角分布在0180范围内.已知沿y轴正方向发射的粒子在t= to时刻刚好从磁场边界上P( ,3a, a)点离开磁场.求：粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷q/m；(2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围；(3

16、)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间.图 8-2-26解析 (1)初速度与y轴正方向平行的粒子在磁场中的运动轨迹如下图中的弧-OP所示,其圆心为C.由题给条件可以得出 /OCP = *D此粒子飞出磁场所用的时间为3to = T式中T为粒子做圆周运动的周期.3此粒子运动速度的大小为 v,半径为R.由几何关系可得R=a由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有qvB = mvT=%3Rv联立式，得9 =言.m 3Bt0(2)依题意，同一时刻仍在磁场内的粒子到。点距离相同.在t0时刻仍在磁场中的粒子应位于以。点为圆心、OP为半径的弧 MN上，如上图所示.设此时位于P、M、N三点的粒子的初速度分别为Vp、Vm

17、、Vn.由对称性可知 vp与OP、vm与OM、vn与ON的夹角均为 兀/3设Vm、vn与y轴正方向的夹角分别为0m、由一 ,兀2兀一几何关系有心 =3氏=彳33对于所有此时仍在磁场中白粒子，其初速度与y轴正方向所成的夹角 。应满足产3尬(3)在磁场中飞行时间最长的粒子的运动轨迹应与磁场右边界相切，其轨迹如右图所示.由几何关系可知om = op由对称性可知 1ME = op ?从粒子发射到全部粒子飞出磁场所用的时间tm= 2t0.答案(1)所a 急 (2)00)的粒子a于某时刻从y轴上的P点射入区域I,其速度方向沿 x轴正向。已知a在离开区域I时， 速度方向与x轴正方向的夹角为 30 ;因此，另

18、一质量和电荷量均与 a相同的粒子b也从p 点沿x轴正向射入区域I,其速度大小是 a的1/3。不计重力和两粒子之间的相互作用力。求(1)粒子a射入区域I时速度的大小；(2)当a离开区域II时，a、b两粒子的y坐标之差。解析：（1）设粒子a在I内做匀速圆周运动的圆心为C （在y轴上），半径为Rai,粒子速率为va,运动轨迹与两磁场区域边界的交点为P,如图，由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得v2d 一qVaAB=m由几何关系得/PCP =8Rai =Rais iun式中，e= 30,由式得va1 =2m（2）设粒子a在II内做圆周运动的圆心为 Oa,半径为Rai ,射出点为Pa （图中未画出轨2迹），/P Oa Pa = e。由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得qVa（2B） = mRa2由式得Ra2 = a1C、P和Oa三点共线，且由