高考物理 得分關鍵題增值增分特訓 帶電粒子在磁場中的運動.doc

帶電粒子在磁場中的運動(限時：45分鐘)一、單項選擇題1 (2013重慶5)如圖1所示，一段長方體形導電材料，左右兩端面的邊長都為a和b，內有帶電量為q的某種自由運動電荷導電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強磁場中，內部磁感應強度大小為b.當通以從左到右的穩(wěn)恒電流i時，測得導電材料上、下表面之間的電壓為u，且上表面的電勢比下表面的低，由此可得該導電材料單位體積內自由運動電荷數(shù)及自由運動電荷的正負分別為()圖1a.，負 b.，正c.，負 d.，正答案c解析當粒子帶負電時，粒子定向向左運動才能形成向右的電流，由左手定則判斷負粒子受洛倫茲力的方向向上，上表面電勢較低，符合題意由粒子做勻速運動知|q|vb|q|e|q|因in|q|vsn|q|vab解得n，選項c正確2 速度相同的一束粒子由左端射入質譜儀后的運動軌跡如圖2所示，則下列相關說法中正確的是()圖2a該束帶電粒子帶負電b速度選擇器的p1極板帶負電c能通過狹縫s0的帶電粒子的速率等于d粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫s0，粒子的比荷越小答案c解析由左手定則可知，該束帶電粒子帶正電，速度選擇器的p1極板帶正電，選項a、b錯誤；由qeqvb1可得能通過狹縫s0的帶電粒子的速率v，選項c正確；由r可知，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫s0，r越小，粒子的比荷越大，選項d錯誤3 如圖3所示，兩個相同的半圓形光滑絕緣軌道分別豎直放置在勻強電場e和勻強磁場b中，軌道兩端在同一高度上，兩個相同的帶正電小球a、b同時從軌道左端最高點由靜止釋放，且在運動過程中始終能通過各自軌道的最低點m、n，則()圖3a兩小球某次到達軌道最低點時的速度可能有vnvmb兩小球都能到達軌道的最右端c小球b第一次到達n點的時刻與小球a第一次到達m點的時刻相同d小球a受到的電場力一定不大于a的重力，小球b受到的最大洛倫茲力可能大于b的重力答案d解析由于洛倫茲力不做功，電場力對帶電小球一定做負功，所以兩小球某次到達軌道最低點時的速度不可能有vnvm，選項a錯誤；由機械能守恒知小球b可以到達軌道的最右端，電場力對小球a做負功，故小球a不能到達軌道的最右端，選項b錯誤；由于兩個小球受力情況不同，運動情況不同，故小球b第一次到達n點的時刻與小球a第一次到達m點的時刻不相同，選項c錯誤；由于小球能到達最低點，對小球a有mgrqer0，所以有mgqe，由于洛倫茲力不做功，且洛倫茲力沿半徑向外，則小球b受到的洛倫茲力沒有條件限制，選項d正確4 如圖4所示，一束電子以大小不同的速率沿圖示方向垂直飛入橫截面是一正方形的勻強磁場區(qū)域，下列判斷正確的是()圖4a電子在磁場中運動時間越長，其軌跡線越長b電子在磁場中運動時間越長，其軌跡線所對應的圓心角越大c在磁場中運動時間相同的電子，其軌跡線一定重合d電子的速率不同，它們在磁場中運動時間一定不相同答案b解析電子以大小不同的速率沿圖示方向垂直飛入勻強磁場，根據周期公式，電子在磁場中運動時間越長，其軌跡線所對應的圓心角越大，選項b正確，a、c錯誤；電子的速率不同，它們在磁場中運動軌跡不相同，3、4、5的圓心角相同，則在磁場中運動時間相同，選項d錯誤5 如圖5所示，三個速度大小不同的同種帶電粒子，沿同一方向從圖中長方形區(qū)域的勻強磁場上邊緣射入，當它們從下邊緣飛出時相對入射方向的偏角分別為90、60、30，則它們在磁場中運動的時間之比為()圖5a111 b123c321 d1答案c解析由于粒子運動的偏向角等于圓弧軌跡所對的圓心角，由t可知，它們在磁場中運動的時間之比為906030321，選項c正確6 如圖6所示，一個靜止的質量為m、電荷量為q的粒子(重力忽略不計)，經加速電壓u加速后，垂直進入磁感應強度為b的勻強磁場中，粒子打到p點，opx，能正確反映x與u之間關系的是()圖6ax與u成正比bx與u成反比cx與成正比dx與成反比答案c解析由x2r，qumv2，可得x與成正比，選項c正確7 如圖7所示，在x軸上方存在垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為b.在xoy平面內，從原點o處沿與x軸正方向成角(0)以速率v發(fā)射一個帶正電的粒子(重力不計)則下列說法正確的是()圖7a若v一定，越大，則粒子在磁場中運動的時間越短b若v一定，越大，則粒子在離開磁場的位置距o點越遠c若一定，v越大，則粒子在磁場中運動的角速度越大d若一定，v越大，則粒子在磁場中運動的時間越短答案a解析由左手定則可知，帶正電的粒子向左偏轉若v一定，越大，則粒子在磁場中運動的時間越短，選項a正確；若v一定，等于90時，粒子在離開磁場的位置距o點最遠，選項b錯誤；若一定，粒子在磁場中運動的周期與v無關，粒子在磁場中運動的角速度與v無關，粒子在磁場中運動的時間與v無關，選項c、d錯誤8 如圖8所示，在半徑為r的圓形區(qū)域內，有勻強磁場，方向垂直于圓平面(未畫出)一群相同的帶電粒子(不計重力)以相同速率v0由p點在紙面內沿不同方向射入磁場當磁感應強度大小為b1時，所有粒子出磁場的區(qū)域占整個圓周長的；當磁感應強度大小為b2時，這些粒子在磁場中運動時間最長的是.則磁感應強度b1、b2的比值是()圖8a1 b2 c3 d4答案d解析假設粒子帶正電，磁場方向垂直于紙面向外，粒子運動軌跡如圖所示，當磁感應強度為b1時，粒子從a點射出，pa為粒子運動軌跡所對應的直徑，由題意知poa120，則po1r，即r，得b1；當磁感應強度為b2時，粒子從q點射出，設粒子的軌跡半徑為r，則有sin ，r，顯然有60、r2r，則2r，b2.所以b1b24，d正確9 如圖9所示，帶異種電荷的粒子a、b以相同的動能同時從o點射入寬度為d的有界勻強磁場，兩粒子的入射方向與磁場邊界的夾角分別為30和60，且同時到達p點a、b兩粒子的質量之比為()圖9a12b21c34d43答案c解析如圖所示a、b粒子的圓心分別為oa、ob.由幾何關系可知ra，a所對的圓心角a120，a軌跡弧長為sa，運動時間ta.同理可得rbd，b60，sb，tb，又同時到達p點，則tatb，而且mavmbv聯(lián)立解得mamb34，選項c正確二、多項選擇題10圖10甲是回旋加速器的原理示意圖其核心部分是兩個d形金屬盒，在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中(磁感應強度大小恒定)，并分別與高頻電源相連加速時某帶電粒子的動能ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列判斷正確的是()圖10a在ekt圖象中t4t3t3t2t2t1b高頻電流的變化周期應該等于tntn1c粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動能一定越大dd形盒的半徑越大，粒子獲得的最大動能越大答案ad解析粒子在磁場中運動的周期t，與粒子的速度無關，粒子每次在d形盒內運動半個周期的時間都相等，故a正確；由于粒子每次在d形盒中偏轉半個圓周后就要加速一次，高頻電流就要反向一次，所以高頻電流的變化周期與粒子在磁場中運動的周期相等，即t電t2(tntn1)，故b錯誤；由nqumv可知，u不變時，粒子獲得的最大動能與加速次數(shù)n、電荷量q都有關，故粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動能不一定越大，c錯誤；粒子獲得的最大動能可由最后半個圓周的偏轉求得，設d形盒的半徑為r，則r，所以最大動能ekmmv，r越大，ekm越大，故d正確11如圖11所示，電視機的顯像管中，電子束的偏轉是用磁偏轉技術實現(xiàn)的電子束經過加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，磁場方向垂直于圓面不加磁場時，電子束將通過磁場中心o點而打到屏幕上的中心m，加磁場后電子束偏轉到p點外側現(xiàn)要使電子束偏轉回到p點，可行的辦法是()圖11a增大加速電壓b增加偏轉磁場的磁感應強度c將圓形磁場區(qū)域向屏幕靠近些d將圓形磁場的半徑增大些答案ac解析當射入圓形磁場的電子運動的半徑越大，由圓形磁場射出時偏轉角越小，故要使電子束偏轉回到p點，可以增大電子在磁場中運動的半徑，由r可知，速度增大或磁感應強度減小都可使運動半徑增大，故選項a正確，b錯誤由題圖可知c正確將圓形磁場的半徑增大些，電子束將偏轉到p點外側以外，選項d錯誤12如圖12所示為一個質量為m、帶電荷量為q的圓環(huán)，可在水平放置的粗糙細桿上自由滑動，細桿處于磁感應強度為b的勻強磁場中，圓環(huán)以初速度v0向右運動直至處于平衡狀態(tài)，則圓環(huán)克服摩擦力做的功可能為()圖12a0 b.mvc. d.m(v)答案abd解析若圓環(huán)所受洛倫茲力等于重力，圓環(huán)與粗糙細桿壓力為零，摩擦力為零，圓環(huán)克服摩擦力做的功為零，選項a正確；若圓環(huán)所受洛倫茲力不等于重力，圓環(huán)與粗糙細桿壓力不為零，摩擦力不為零，圓環(huán)以初速度v0向右做減速運動若開始圓環(huán)所受洛倫茲力小于重力，則一直減速到零，圓環(huán)克服摩擦力做的功為mv，選項b正確；若開始圓環(huán)所受洛倫茲力大于重力，則減速到洛倫茲力等于重力達到穩(wěn)定，穩(wěn)定速度v，由動能定理可得圓環(huán)克服摩擦力做的功為wmvmv2m(v)，選項c錯誤，d正確13 質量和電荷量都相等的帶電粒子m和n，以不同的速率經小孔s垂直進入勻強磁場，帶電粒子僅受洛倫茲力的作用，運行的半圓軌跡如圖13中虛線所示，下列表述正確的是()圖13am帶負電，n帶正電bm的速率小于n的速率c洛倫茲力對m、n不做功dm的運行時間大于n的運行時間答案ac解析由左手定則可知，m帶負電，n帶正電，選項a正確；由r可知，m的速率大于n的速率，選項b錯誤；洛倫茲力對m、n不做功，選項c正確；由t可知，m的運行時間等于n的運行時間，選項d錯誤14如圖14所示，在xoy平面內存在著磁感應強度大小為b的勻強磁場，第一、二、四象限內的磁場方向垂直紙面向里，第三象限內的磁場方向垂直紙面向外p(l,0)、q(0，l)為坐標軸上的兩個點現(xiàn)有一電子從p點沿pq方向射出，不計電子的重力，則()圖14a若電子從p點出發(fā)恰好經原點o第一次射出磁場分界線，則電子運動的路程一定為b若電子從p點出發(fā)經原點o到達q點，則電子運動的路程一定為lc若電子從p點出發(fā)經原點o到達q點，則電子運動的路程一定為2ld若電子從p點出發(fā)經原點o到達q點，則電子運動的路程可能為l，也可能為2l答案ad解析若電子從p點出發(fā)恰好經原點o第一次射出磁場分界線，畫出電子運動軌跡，軌跡所對的圓心角為90，軌跡半徑為l，則電子運動的路程一定為，選項a正確如圖，若電子到達o點時是第偶數(shù)次到達磁場邊界，則電子軌跡的半徑r，電子從p到q運動軌跡的長為2n個圓弧的長，即s2n2r2n2l.若電子到達o點時是第奇數(shù)次到達磁場邊界(如圖)，則電子軌跡的半徑r，電子由p到q的軌跡長為n個圓周的長即sn2rn22l，故選項d正確【解題方法技巧7】作圖分析法作圖法包括幾何作圖、軌跡作圖、運動示意圖，還有各種圖象(如vt圖象，pv圖象、pt圖