统考版2024届高考物理二轮专项分层特训卷第二部分核心热点专项练专项8磁场及带电粒子在磁场中的运动

专项8磁场及带电粒子在磁场中的运动

一、单项选择题

1.［2023•全国乙卷］如图，一磁感应强度大小为6的匀强磁场，方向垂直于纸面（x沙

平面）向里，磁场右边界与x轴垂直.一带电粒子由。点沿x正向入射到磁场中，在磁场另

一侧的S点射出，粒子离开磁场后，沿直线运动打在垂直于x轴的接收屏上的P点;SP=1,

S与屏的距离为与x轴的距离为a如果保持所有条件不变，在磁场区域再加上电场强度

大小为£的匀强电场，该粒子入射后则会沿x轴到达接收屏.该粒子的比荷为（）

EEBB

A-WB-WD-葭

2.

：2023•河北押题卷］如图所示，某物理兴趣小组制作了一种可“称量”磁感应强度大小

的实验装置.〃形磁铁置于水平电子测力计上，〃形磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁

场，不计两极间以外区域磁场.一水平导体棒垂直磁场方向放入〃形磁铁两极之间（未与磁

铁接触），导体棒由两根绝缘杆固定于铁架台上.导体棒没有通电时，测力计的示数为G；

导体棒通以图示方向电流I（如图所示）时，测力计的示数为G.测得导体棒在两极间的长度

为£,磁铁始终静止，不考虑导体棒电流对磁铁磁场的影响.下列说法正确的是（）

A.导体棒所在处磁场的磁感应强度大小为8=0泮

B.导体棒所在处磁场的磁感应强度大小为6=9”

C.若使图示方向电流增大，被“称量”的磁感应强度将减小

D.若通以图示大小相等方向相反的电流/,测力计示数将变为2a一G

3.［2022•全国甲卷］空间存在着匀强磁场和匀强电场，磁场的方向垂直于纸面（xOy平

面）向里，电场的方向沿y轴正方向.一带正电的粒子在电场和磁场的作用下，从坐标原点

。由静止开始运动.下列四幅图中，可能正确描述该粒子运动轨迹的是（）

OxOx

AB

OOXO0X

CD

4.[2023•广东广州联考]如图所示，圆形虚线框内有一垂直纸面向里的匀强磁场，施、

Ob、0c、勿是以不同速率对准圆心入射的正电子或负电子的运动径迹，a、b、"三个出射点

和圆心的连线分别与竖直方向成90°、60°、45°的夹角，则下列判断正确的是（）

A.沿径迹0c运动的粒子在磁场中运动时间最短

B.沿径迹依、比运动的粒子均为正电子

c.沿径迹施、外运动的粒子速率比值为叩

D.沿径迹0b、宓运动的粒子时间之比为9:8

5.[2022•广东卷]如图所示，一个立方体空间被对角平面W0划分成两个区域，两区

域分布有磁感应强度大小相等、方向相反且与z轴平行的匀强磁场.一质子以某一速度从立

方体左侧垂直4z平面进入磁场，并穿过两个磁场区域.下列关于质子运动轨迹在不同坐标

平面的投影中，可能正确的是（）

6.[2023•河北石家庄高三模拟]如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图乙为

质谱仪原理图，图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在

图丁的〃形盒狭缝中的加速时间，下列说法正确的是（）

A.图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A,8板间产生电压，/板电势高

B.图乙中；H、；H、；H三种粒子经加速电场射入磁场，；H在磁场中的偏转半径最大

C.图丙中，加速电压越大，粒子获得的能量越高，比回旋加速器更有优势

D.图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大

二、多项选择题

7.[2022•广东卷]

XX々XX

XX忠XX

XX®X

如图所示，磁控管内局部区域分布有水平向右的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁

场.电子从〃点由静止释放，沿图中所示轨迹依次经过小户两点.已知我户在同一等势面

上，下列说法正确的有（）

A.电子从7V到P,电场力做正功

B.”点的电势高于2点的电势

C.电子从〃到“洛伦兹力不做功

D.电子在〃点所受的合力大于在尸点所受的合力

8.[2022•全国乙卷]

安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度6.如图，在手机

上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为x分面.某同学在某地对地磁场进行了四次测量,

每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上.根据表中测量结果可推知

（）

测量序号ft/L1T氏/PTA/uT

1021-45

20-20-46

3210-45

4-210-45

A.测量地点位于南半球B.当地的地磁场大小约为50uT

C.第2次测量时y轴正向指向南方D.第3次测量时y轴正向指向东方

9.[2023•全国甲卷]

光滑刚性绝缘圆筒内存在着平行于轴的匀强磁场，筒上户点开有一个小孔，过户的横截

面是以。为圆心的圆，如图所示.一带电粒子从户点沿田射入，然后与筒壁发生碰撞.假

设粒子在每次碰撞前、后瞬间，速度沿圆上碰撞点的切线方向的分量大小不变，沿法线方向

的分量大小不变、方向相反；电荷量不变.不计重力.下列说法正确的是（）

A.粒子的运动轨迹可能通过圆心。

B.最少经2次碰撞，粒子就可能从小孔射出

C.射入小孔时粒子的速度越大，在圆内运动时间越短

D.每次碰撞后瞬间，粒子速度方向一定平行于碰撞点与圆心。的连线

三、非选择题

io.如图所示，真空中有一平行板电容器水平放置，电容器极板长度小鸣1,上极板

5

固定于X轴，左端位于坐标原点，两板间距离足够大且带等量异种电荷.“V”形槽由两块

长的绝缘挡板组成，倾斜挡板的与水平挡板77夹角为60°并相交于/,其中〃位

于x轴，/位于电容器右端正下方.两挡板的角平分线"■上有一以a为圆心，半径用=年

的圆形匀强磁场，磁感应强度大小6=o.8T,方向垂直于平面向外.在p轴上的K处沿

X轴正方向发射一电荷量g=l.OX1(T"C,质量〃=8.OXlO^kg,速度及=1.5X104m/s的

带正电粒子.不计电容器极板及挡板的厚度，不计重力和边缘效应.

0MH

To

(1)若平行板电容器的电场强度^2X103N/C,求粒子离开电容器时的竖直位移几

(2)若改变电场强度£的大小使粒子恰好能垂直挡板的从挡板正中央的小孔S穿入“V”

形槽，求带电粒子出发的位置为.

(3)若在(2)的条件下，粒子经磁场偏转后垂直打到〃挡板上，求圆心2到了的距离1.

11.[2022•湖南卷]如图，两个定值电阻的阻值分别为尼和兄，直流电源的内阻不计，

平行板电容器两极板水平放置，板间距离为"，板长为44极板间存在方向水平向里的匀

强磁场.质量为以带电荷量为的小球以初速度/沿水平方向从电容器下板左侧边缘/

点进入电容器，做匀速圆周运动，恰从电容器上板右侧边缘离开电容器.此过程中，小球未

与极板发生碰撞，重力加速度大小为g,忽略空气阻力.

XXXX；

xxx>q£

X“Xxxj

(1)求直流电源的电动势笈；

⑵求两极板间磁场的磁感应强度所

(3)在图中虚线的右侧设计一匀强电场，使小球离开电容器后沿直线运动，求电场强度

的最小值少.

专项8磁场及带电粒子在磁场中的运动

1.解析：由题知，一带电粒子由。点沿x正向入射到磁场中，在磁场另一侧的S点射

出，则根据几何关系可知粒子做圆周运动的半径r=2a

V2

则粒子做圆周运动有qvB=m—

则有9=——

如果保持所有条件不变，在磁场区域再加上电场强度大小为£的匀强电场，该粒子入射

后则会沿x轴到达接收屏，则有为协

联立有8=^^

m2a*b

故选A.

答案：A

2.解析：当导体棒通以图示方向电流/时，根据左手定则可知，导体棒受安培力向上，

则磁铁受到向下的作用力，由平衡可知

方安=67Z=G—G

r一r

解得8=以五竺，选项A、B错误；磁体两极间的磁感应强度只与磁体本身有关，若使图

示方向电流增大，被“称量”的磁感应强度不变，选项C错误；若通以图示大小相等方向相

反的电流/,则安培力反向，此时测力计示数将变为4合一尸安=2合一G,选项D正确.

答案：D

3.解析：带正电粒子从原点。由静止释放，在电场力作用下，获得向上的速度后，会

受到向左的洛伦兹力，故粒子向左侧偏转，排除A、C选项；当粒子再回到x轴时，电场力

整体做功为零，洛伦兹力始终不做功，故此时速度为零，以后会重复原来的运动，不可能运

动到x轴下方，故B正确，D错误.

答案：B

4.解析：因为正电子和负电子的电荷量g和质量R均相等，而带电粒子在磁场中做匀

2n777

速圆周运动的周期？，所以四种径迹的周期相等，而沿径迹应运动的粒子的速度偏

=qrb

e

转角最大，径迹对应的圆心角也最大，设偏转角为0,由右=寿7可知，沿径迹龙运动的

粒子在磁场中运动时间最长，选项A错误；由左手定则可判断沿径迹龙、运动的粒子均

带负电，选项B错误；设圆形磁场半径为r,根据几何关系可得沿径迹。a、团运动的粒子

轨道半径分别为心="『小r,根据可得£=£=坐，选项C正确；由A项分

析可知，运动时间之比为偏转角之比，所以选项D错误.

tdd4b3

答案：C

5.解析：根据题述情境，质子垂直。彩平面进入磁场，由左手定则可知，质子先向y

轴正方向偏转穿过腕电平面，再向x轴正方向偏转，所以A可能正确，B错误；该轨迹在

馥2平面上的投影为一条平行于x轴的直线，C、D错误.

答案：A

6.解析：由左手定则知正离子向下偏转，所以下极板带正电，A板是电源的负极，B

板是电源的正极，故A错误；由＜?〃=即次和右，解得仁/

种粒子经加速电场射入磁场，；H在磁场中的偏转半径最大，故B正确；粒子通过多极直线

加速器加速,加速电压越大,粒子获得的能量越高，但要产生这种高压所需的技术要求很高，

同时加速装置的长度也要很长,故多级直线加速器不一定比回旋加速器更有优势，故C错误;

mv2兀r2兀〃z

在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则qvB=~,T=——,联立解得

rv7=—qb,

故理论上，粒子做圆周运动的周期没变，故交流电的频率不变，故D错误.

答案：B

7.解析：电子从〃点由静止释放，从〃到“电场力做正功，M、户在同一等势面上，

可知电子从从到户，电场力做负功，A错误；根据沿电场线方向电势降低，可知"点电势高

于户点电势，B正确；根据洛伦兹力方向与速度方向垂直，对带电粒子永远不做功，可知电

子从〃到从洛伦兹力不做功，C正确；洛伦兹力不做功，且从户在同一等势面上，可知电

子在〃点和户点速度都是零，即电子在〃点和户点都是只受到电场力作用，所以电子在〃

点所受的合力等于在户点所受的合力，D错误.

答案：BC

8.解析：依题意，z轴正向保持竖直向上，测量结果表明z轴方向的磁感应强度为负，

即测量地点的磁感应强度的竖直分量是向下的，说明测量地点位于北半球，A错误；每次测

量得到的地磁场的两个分量互相垂直，任选一组数据根据平行四边形定则可以求出当地的地

磁场磁感应强度大小约为50B正确；在北半球，地磁场的水平分量是由南向北的，第

2次测量时得到的水平分量即用是负值，说明y轴正向与地磁场的水平分量方向相反，即指

向南方，C正确；第3次测量时用为零，说明y轴沿东西方向，又因民为正，即x轴正向指

北方，则y轴正向应指向西方，D错误.

答案：BC

9.解析:

假设粒子带负电，第一次从4点和筒壁发生碰撞如图，a为圆周运动的圆心

由几何关系可知为直角，即粒子此时的速度方向为OA,说明粒子在和筒壁碰撞

时速度会反向，由圆的对称性在其它点撞击同理，D正确；

假设粒子运动过程过。点，则过户点的速度的垂线和如连线的中垂线是平行的不能交

于一点确定圆心，由圆形对称性撞击筒壁以后的4点的速度垂线和连线的中垂线依旧平

行不能确定圆心，则粒子不可能过。点，A错误；

由题意可知粒子射出磁场以后的圆心组成的多边形应为以筒壁的内接圆的多边形，最少

应为三角形如图所示，即撞击两次，B正确；

速度越大粒子做圆周运动的半径越大，碰撞次数可能会增多,粒子运动时间不一定减少,

C错误.

故选BD.

答案：BD

10.解析：(1)粒子在极板间做类平抛运动，竖直位移为防=<•8'•,=().6m.

(2)设粒子在电容器右侧N点飞出，到上极板的距离为必由几何关系可得

oL

d^-Lcos30To~0.5m

2cos30

由速度反向延长线过水平位移中点可得粒子在电场中竖直位移为V=ftan300=

0.3m

则有y^—d—y1=0.2m.

(3)设粒子出电场后的速度为%有〃=赤而

在匀强磁场区域，粒子做匀速圆周运动，如图所示，

由洛伦兹力提供向心力可得1历=,，解得r=专m

由速度偏向角为60°及