2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 考前保溫訓(xùn)練6 磁場(chǎng)和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（含解析）.doc

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2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 考前保溫訓(xùn)練6 磁場(chǎng)和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（含解析） 1．關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力，下列說法正確的是(　　) A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線 B．安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)的方向 C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角無關(guān) D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话? 答案：B 解析：由左手定則可知，安培力的方向一定與磁場(chǎng)方向和直導(dǎo)線垂直，選項(xiàng)A錯(cuò)，B正確；安培力的大小F＝BILsin θ 與直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，假設(shè)原來直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直，若折成直角后一段與磁場(chǎng)仍垂直，另一段與磁場(chǎng)平行，則安培力的大小變?yōu)樵瓉淼囊话耄粽鄢芍苯呛?，兩段都與磁場(chǎng)垂直，則安培力的大小變?yōu)樵瓉淼?，因此安培力大小不一定是原來的一半，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 2．如圖，兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點(diǎn)，且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點(diǎn)在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直．磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)是(　　) A．a(chǎn)點(diǎn)　　　　 B．b點(diǎn)　　　　 C．c點(diǎn)　　　　 D．d點(diǎn) 答案：C 解析：由安培定則畫出a、b、c、d的磁感線的分布圖，由圖可知電流I1、I2在a、c兩點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相反，這兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零，又I1>I2，故磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的點(diǎn)距I1距離應(yīng)比I2大，故C正確，A、B、D均錯(cuò)誤． 3．如圖所示，金屬棒MN兩端由等長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通以由M向N的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為θ.如果僅改變下列某一個(gè)條件，θ角的相應(yīng)變化情況是(　　) A．棒中的電流變大，θ角變大 B．兩懸線等長(zhǎng)變短，θ角變小 C．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，θ角變小 答案：A 解析：金屬棒MN受力分析及其側(cè)視圖如圖所示，由平衡條件可知F安＝mgtan θ，而F安＝BIL，即BIL＝mgtan θ，則I↑?θ↑，m↑?θ↓，B↑?θ↑，故A正確，C、D錯(cuò)誤．θ角與懸線長(zhǎng)度無關(guān)，B錯(cuò)誤． 4．圖甲所示有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ的寬度與圖乙所示圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅱ的半徑相等，一不計(jì)重力的粒子從左邊界的M點(diǎn)以一定初速度水平向右垂直射入磁場(chǎng)Ⅰ，從右邊界射出時(shí)速度方向偏轉(zhuǎn)了θ角，該粒子以同樣的初速度沿半徑方向垂直射入磁場(chǎng)Ⅱ，射出磁場(chǎng)時(shí)速度方向偏轉(zhuǎn)了2θ角，已知磁場(chǎng)Ⅰ、Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B1、B2，則B1與B2的比值為(　　) 　 甲　　　　　　　　　　乙 A．2cos θ B．sin θ C．cos θ D．tan θ 答案：C 解析：設(shè)有界磁場(chǎng)Ⅰ寬度為d，則粒子在磁場(chǎng)Ⅰ和磁場(chǎng)Ⅱ中的運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖(a)、(b)所示，由洛倫茲力提供向心力知Bqv＝m，得B＝，由幾何關(guān)系知d＝r1sin θ，d＝r2tan θ，聯(lián)立得＝cos θ，C正確． 　　　　 　　　　 　　(a)　　　　　　 　　　(b) 5．如圖所示是回旋加速器的工作原理圖，兩個(gè)半徑為R的中空半圓金屬盒D1、D2間窄縫寬為d，兩金屬電極間接有高頻電壓U，中心O處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子在兩盒間被電壓U加速，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直兩盒面，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，令粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)行的總時(shí)間為t，則下列說法正確的是(　　) A．粒子的比荷越小，時(shí)間t越大 B．加速電壓U越大，時(shí)間t越大 C．磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，時(shí)間t越大 D．窄縫寬度d越大，時(shí)間t越大 答案：C 解析：帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力Bqv＝m及粒子最大偏轉(zhuǎn)半徑為R得帶電粒子獲得的最大動(dòng)能為Ekm＝，令加速次數(shù)為n，則nqU＝Ekm，粒子每加速一次后，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，所以粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)行的總時(shí)間t＝n＝，聯(lián)立得t＝，C正確，A、B、D錯(cuò)誤． 6．如圖所示，水平線上方存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，不計(jì)重力的兩個(gè)粒子從O點(diǎn)均以方向與水平方向成30角斜向上、大小相等的速度垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子甲擊中水平線上的M點(diǎn)，粒子乙擊中水平線上的N點(diǎn)，且ON＝，則下列說法中正確的有(　　) A．甲、乙兩粒子電性相反，且甲粒子一定帶正電 B．甲、乙兩粒子的比荷大小之比為2∶1 C．甲、乙兩粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期之比為1∶2 D．甲、乙兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為2∶5 答案：D 解析：粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由左手定則可判定粒子甲帶負(fù)電，粒子乙?guī)д?，A錯(cuò)誤；兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示，由幾何關(guān)系知r甲＝OM、r乙＝ON，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，Bqv＝m，即＝，所以甲、乙兩粒子的比荷大小之比等于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑的反比，為1∶2，B錯(cuò)誤；由T＝知甲、乙兩粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期之比等于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比，為2∶1，C錯(cuò)誤；由t＝T知甲、乙兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為t甲∶t乙＝T甲∶T乙＝2∶5，D正確． 7．如圖所示，在平面直角坐標(biāo)系xOy內(nèi)，第Ⅰ象限的等腰直角三角形MNP區(qū)域內(nèi)存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，y<0的區(qū)域內(nèi)存在著沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)．一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從電場(chǎng)中Q(－2h，－h(huán))點(diǎn)以速度v0水平向右射出，經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)O處射入第Ⅰ象限，最后以垂直于PN的方向射出磁場(chǎng)．已知MN平行于x軸，N點(diǎn)的坐標(biāo)為(2h,2h)，不計(jì)粒子的重力，求： (1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小以及帶電粒子從O點(diǎn)射出勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)與水平方向夾角α的正切值； (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。? (3)帶電粒子從Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到射出磁場(chǎng)的時(shí)間t. 答案：見解析 解析：(1)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，由類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律及牛頓運(yùn)動(dòng)定律得2h＝v0t① h＝at2② 又qE＝ma③ 聯(lián)立①②③解得E＝④ 設(shè)粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)的速度為v，沿y軸正方向的分速度為vy，則有vy＝at＝＝v0，v＝＝v0⑤ 速度v與x軸正方向的夾角α滿足tan α＝＝1 即α＝45，因此粒子從MP的中點(diǎn)垂直于MP進(jìn)入磁場(chǎng)． (2)又因?yàn)榱Ｗ哟怪庇赑N射出磁場(chǎng)，所以P點(diǎn)為圓心，軌道半徑R＝＝h⑥ 由牛頓第二定律有qvB＝m⑦ 聯(lián)立解得B＝. (3)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1＝，從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)邊界的時(shí)間t2＝＝，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：t3＝＝ 帶電粒子從Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到射出磁場(chǎng)的時(shí)間t＝t1＋t2＋t3＝＋＋＝. 8.如圖所示，一個(gè)帶負(fù)電的粒子沿磁場(chǎng)邊界從A點(diǎn)射出，粒子質(zhì)量為m、電荷量為－q，其中區(qū)域Ⅰ、Ⅲ內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)寬為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，垂直紙面向里，區(qū)域Ⅱ?qū)捯矠閐，粒子從A點(diǎn)射出后經(jīng)過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)域后能回到A點(diǎn)，不計(jì)粒子重力． (1)求粒子從A點(diǎn)射出到回到A點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間t. (2)若在區(qū)域Ⅱ內(nèi)加一水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)且區(qū)域Ⅲ的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)?B，粒子也能回到A點(diǎn)，求電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小． (3)若粒子經(jīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)域后返回到區(qū)域Ⅰ前的瞬間使區(qū)域Ⅰ的磁場(chǎng)反應(yīng)且磁感應(yīng)強(qiáng)度減半，則粒子的出射點(diǎn)距A點(diǎn)的距離為多少？ 答案：見解析 解析：(1)因粒子從A點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)域后能回到A點(diǎn)，由對(duì)稱性可知粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r＝d 由Bqv＝m得v＝ 所以運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t＝＝. (2)在區(qū)域Ⅱ內(nèi)由動(dòng)能定理得 qEd＝mv－mv2 由題意知在區(qū)域Ⅲ內(nèi)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑仍為r＝d 由2Bqv1＝m得 v1＝ 聯(lián)立解得E＝. (3)改變區(qū)域Ⅰ內(nèi)磁場(chǎng)后，粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示． 由Bqv＝m得R＝2d 所以O(shè)C＝＝d 粒子的出射點(diǎn)距A點(diǎn)的距離為s＝r＋R－OC＝(3－)d.