高考物理总复习《磁场对运动电荷的作用》专项检测卷及答案

第第页高考物理总复习《磁场对运动电荷的作用》专项检测卷及答案学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________A级基础对点练对点练1对洛伦兹力的理解和应用1.如图1是电子射线管的示意图，接通电源后，电子由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏上的亮线向上(z轴正方向)偏转，现在射线管的正下方附近放一通电直导线，导线中的电流方向应该是()图1A.沿x轴正方向 B.沿x轴负方向C.沿y轴正方向 D.沿y轴负方向2.图2中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相等的电流，方向如图2所示。一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是()图2A.向上 B.向下C.向左 D.向右对点练2带电粒子在匀强磁场中的运动3.(多选)(2024·广东东莞高三校联考)如图3甲所示，用强磁场将百万开尔文的高温等离子体(等量的正离子和电子)约束在特定区域实现受控核聚变的装置叫托克马克。我国托克马克装置在世界上首次实现了稳定运行100秒的成绩。多个磁场才能实现磁约束，图乙为其中沿管道方向的一个磁场，越靠管的右侧磁场越强。不计离子重力，关于离子在图乙磁场中运动时，下列说法正确的是()图3A.离子从磁场右侧区域运动到左侧区域，磁场对其做负功B.离子在磁场中运动时，磁场对其一定不做功C.离子从磁场右侧区域运动到左侧区域，速度变大D.离子由磁场的左侧区域向右侧区域运动时，运动半径减小4.如图4所示，虚线框MNQP内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。a、b、c三个带电粒子，它们在纸面内从PQ边的中点垂直于PQ边射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。若不计粒子所受重力，则()图4A.粒子a带负电，粒子b、c带正电B.若三个粒子比荷相同，则粒子c在磁场中的加速度最大C.若三个粒子入射的速度相同，则粒子c在磁场中的加速度最大D.若三个粒子入射的动量相同，则粒子b的带电荷量最大5.(多选)如图5所示，质量相同的带电粒子M、N分别沿x轴和y轴正方向从坐标原点O飞入匀强磁场，两粒子恰好均能通过第一象限内的P点，已知M、N粒子的速度分别为vM、vN，且vM＝vN，O、P两点连线与x轴正方向之间的夹角为θ＝eq\f(π,3)，不计粒子的重力，则下列说法正确的是()图5A.M粒子带负电，N粒子带正电B.M、N粒子运动的轨迹半径之比为eq\r(3)∶3C.M、N粒子所带电荷量大小之比为eq\r(3)∶1D.M、N粒子从O点运动到P点所用时间之比为eq\r(3)∶16.(2024·广东韶关高三联考)如图6所示，在直角三角形abc区域(含边界)内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，ac＝2ab，边长bc＝L，一个粒子源在a点将质量为3m、电荷量为q的带正电粒子以大小和方向不同的速度射入磁场，在磁场中运动时间最长的粒子中，下列说法正确的是()图6A.粒子运动时间为eq\f(πm,3qB)B.入射点与出射点的间距为eq\r(3)LC.粒子运动速度的最大值为eq\f(\r(3)qBL,6m)D.与ac边的最大距离为eq\f(\r(3)L,6)7.(2024·福建福州高三月考)如图7所示，圆形区域内存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，比荷相同的两个粒子沿直径AB方向从A点射入磁场中，分别从圆弧上的P、Q两点射出，下列说法正确的是()图7A.两粒子分别从A到P、Q经历时间之比为3∶1B.粒子在磁场中做匀速圆周运动周期之比为2∶1C.粒子在磁场中速率之比为1∶3D.粒子在磁场中运动轨道半径之比为3∶18.(2024·四川成都模拟)如图8所示，边长为L的正方形区域ABCD内存在着垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。一带电粒子以速度v从D点射入磁场，速度方向与CD边夹角为60°，垂直BC边射出磁场，则下列说法正确的是()图8A.粒子一定带正电B.粒子的比荷为eq\f(\r(3)v,BL)C.粒子在磁场中的运动时间为eq\f(2\r(3)πL,9v)D.减小粒子的速度，粒子不可能从CD边射出B级综合提升练9.如图9所示，平行边界区域内存在匀强磁场，比荷相同的带电粒子a和b依次从O点垂直于磁场的左边界射入，经磁场偏转后从右边界射出，带电粒子a和b射出磁场时与磁场右边界的夹角分别为30°和60°。不计粒子的重力，下列判断正确的是()图9A.粒子a带负电，粒子b带正电B.粒子a和b在磁场中运动的半径之比为1∶eq\r(3)C.粒子a和b在磁场中运动的速率之比为eq\r(3)∶1D.粒子a和b在磁场中运动的时间之比为1∶210.如图10所示，边长为L的正方形ABCD边界内有垂直纸面向里的匀强磁场B，E为AD上一点，ED＝eq\f(\r(3),3)L。完全相同的两个带电粒子a、b以不同速度分别从A、E两点平行AB向右射入磁场，且均从C点射出磁场。已知a粒子在磁场中运动的时间为t，不计粒子的重力和相互作用，则b粒子在磁场中运动的时间为()图10A.eq\f(1,3)t B.eq\f(1,2)tC.eq\f(2,3)t D.eq\f(3,4)tC级培优加强练11.如图11所示，有一磁感应强度B＝9.1×10－3T的匀强磁场，C、D为垂直于磁场方向的同一平面内的两点，它们之间的距离l＝0.1m，今有一电子在此磁场中运动，它经过C点的速度v的方向和磁场垂直，且与CD之间的夹角θ＝30°(电子的质量m＝9.1×10－31kg，电荷量e＝1.6×10－19C)。图11(1)电子在C点时所受的磁场力的方向如何？(2)若此电子在运动过程中经过D点，则它的速度应是多大？(3)电子从C点到D点所用的时间是多少？参考答案1.A[要使荧光屏上的亮线向上偏转，即使电子受到向上的洛伦兹力，据左手定则可知，射线管处的磁场应沿y轴负方向，结合通电直导线产生的磁场特点可知，在射线管正下方放置的通电直导线的电流方向应沿x轴正方向，故A正确。]2.B[根据题意，由安培定则可知，b、d两通电直导线在O点产生的磁场相互抵消，a、c两通电直导线在O点产生的磁场方向均向左，所以四根通电直导线在O点产生的合磁场方向向左，由左手定则可判断带正电粒子所受洛伦兹力的方向向下，B正确。]3.BD[离子在磁场中运动时，由于洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，可知磁场对其一定不做功，故A错误，B正确；因洛伦兹力不做功，则离子从磁场右侧区域运动到左侧区域，速度大小不变，C错误；离子在磁场中，由洛伦兹力提供向心力可得qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)，离子由磁场的左侧区域向右侧区域运动时，磁感应强度变大，可知离子运动半径减小，故D正确。]4.C[由左手定则可知a带正电，b、c带负电，由图可知Rb>Ra>Rc，由粒子在磁场中运动时洛伦兹力提供向心力有qvB＝meq\f(v2,R)＝ma，解得R＝eq\f(mv,qB)，a＝eq\f(qvB,m)，若三个粒子比荷相同，则粒子c在磁场中的运动速度最小，加速度最小，故A、B错误；若三个粒子入射的速度相同，则粒子c的比荷最大，粒子c在磁场中的加速度最大，故C正确；若三个粒子入射的动量相同，则粒子c的带电荷量最大，故D错误。]5.BC[根据题图及左手定则可知，M粒子带正电，N粒子带负电，故A错误；设OP之间的距离为L，画出粒子轨迹如图所示，由几何关系可得RN＝eq\f(L,2cosθ)，RM＝eq\f(L,2sinθ)，解得RM∶RN＝eq\r(3)∶3；由洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力有qvB＝meq\f(v2,R)，又vM＝vN，解得qM∶qN＝eq\r(3)∶1；由几何关系可知，M、N两粒子转过的圆心角α分别为2θ和π－2θ，又由粒子做圆周运动的周期T＝eq\f(2πr,v)，在第一象限从O点到P点运动的时间t＝eq\f(α,2π)T，两式联立解得tM∶tN＝2∶eq\r(3)，故B、C正确，D错误。]6.D[根据题意可知，粒子沿ab边界方向射入磁场从ac边射出磁场时转过的圆心角最大，粒子在磁场中的运动时间最长，粒子速度最大时运动轨迹与bc相切，粒子运动轨迹如图所示，由几何关系可得∠a＝60°，∠b＝90°，bc＝L，则ab＝eq\f(\r(3),3)L，因为四边形abdO是正方形，所以粒子做圆周运动的半径r＝eq\f(\r(3),3)L，粒子做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvmB＝3meq\f(veq\o\al(2,m),r)，解得vm＝eq\f(\r(3)qBL,9m)，从ac边出射的粒子在磁场中运动的时间为t＝eq\f(1,3)T＝eq\f(2πm,qB)，其中速度最大的粒子入射点与出射点的间距为d＝eq\r(3)r＝L，与ac边的最大距离为dm＝r－rsin30°＝eq\f(\r(3)L,6)，故D正确。]7.D[作出带电粒子运动轨迹如图所示，根据几何关系可知，到达Q点的粒子在磁场中转过的角度为120°，到达P点的粒子在磁场中转过的角度为60°，而粒子在磁场中做圆周运动的周期T＝eq\f(2πm,qB)，比荷相同且在同一磁场中做圆周运动，因此周期相同，则可得tP＝eq\f(1,6)T＝eq\f(πm,3qB)，tQ＝eq\f(T,3)＝eq\f(2πm,3qB)，可得tP∶tQ＝1∶2，故A、B错误；设圆形磁场的半径为R，根据几何关系可得eq\f(R,rP)＝tan30°，eq\f(rQ,R)＝tan30°，解得rP∶rQ＝3∶1，而根据v＝eq\f(2πr,T)，可得vP∶vQ＝3∶1，故C错误，D正确。]8.C[由图可知，粒子所受洛伦兹力垂直速度方向向下，根据左手定则可知粒子带负电，故A错误；如图所示，根据几何关系可得粒子做圆周运动的半径r＝eq\f(L,cos30°)＝eq\f(2\r(3),3)L，根据洛伦兹力提供向心力qvB＝meq\f(v2,r)，联立解得粒子的比荷eq\f(q,m)＝eq\f(\r(3)v,2BL)，故B错误；由几何关系可知粒子在磁场中做圆周运动转过的圆心角为60°，粒子在磁场中的运动时间t＝eq\f(2πr,v)×eq\f(60°,360)＝eq\f(2\r(3)πL,9v)，故C正确；粒子的速度减小，粒子在磁场中做圆周运动的半径减小，粒子可能从CD边射出，故D错误。]9.B[粒子a向上偏转，由左手定则可判断，粒子a带正电，而粒子b向下偏转，则粒子b带负电，故A错误；由几何关系可知，磁场宽度d＝Rasin60°＝Rbsin30°，解得Ra∶Rb＝1∶eq\r(3)，故B正确；由qvB＝meq\f(v2,R)，可得v＝eq\f(qBR,m)，比荷相同，磁场相同，则va∶vb＝Ra∶Rb＝1∶eq\r(3)，故C错误；粒子运动的周期T＝eq\f(2πm,qB)，则Ta＝Tb，a运动的时间ta＝eq\f(60°,360°)Ta＝eq\f(1,6)Ta＝eq\f(1,6)T，b运动的时间tb＝eq\f(30°,360°)Tb＝eq\f(1,12)Tb＝eq\f(1,12)T，有ta∶tb＝2∶1，故D错误。]10.C[根据题意可知粒子做圆周运动的轨迹如图所示，由图可知a粒子运动轨迹所对的圆心角为θa＝90°。对b粒子根据几何知识有eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R2－\f(\r(3),3)L))eq\s\up12(2)＋L2＝Req\o\al(2,2)，得b粒子的轨道半径R2＝eq\f(2\r(3),3)L，sinθb＝eq\f(L,\f(2\r(3),3)L)＝eq\f(\r(3),2)，所以b粒子运动轨迹所对的圆心角为θb＝60°，根据T＝eq\f(2πm,qB)，t＝eq\f(θ,360°)T所以eq\f(tb,ta)＝eq\f(θb,θa)＝eq\f(2,3)，b粒子在磁场中运动的时间为tb＝eq\f(2,3)ta＝eq\f(2,3)t，故C正确。]11.(1)见解析(2)1.6×108m/s(3)6.5×10－10s解析(1)电子以垂直磁场方向的速度在磁场中做匀速圆周运动，电子质量较小，重力可忽略，洛伦兹力提供向心力，根据左