2019年高考物理二轮复习 专题强化十 带电粒子在磁场中的运动

专题强化十带电粒子在磁场中的运动一、选择题：本题共10小题，每小题5分，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求的，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分12018温州适应性考试如图所示是“探究影响通电导线受力的因素”的实验装置图实验时，先保持导体棒通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流不变，改变导体棒通电部分的长度则该实验可获得的直接结论为()A导体棒中电流越大，导体棒受到的安培力越小B导体棒受到的安培力大小与电流大小成反比C导体棒受到的安培力大小与磁感应强度大小成正比D导体棒通电部分长度越长，导体棒受到的安培力越大22018抚顺市期末如图所示，条形磁铁放置在水平地面上，在其右端上方固定一根水平长直导线，导线与磁体垂直，当导线中通以垂直纸面向内的电流时，则()A磁铁对地的压力减小，磁铁受到向左的摩擦力B磁铁对地的压力减小，磁铁受到向右的摩擦力C磁铁对地的压力增大，磁铁受到向左的摩擦力D磁铁对地的压力增大，磁铁受到向右的摩擦力3(多选)2018株洲市高三二模如图甲所示，长度l远大于半径R的通电螺线管内部为匀强磁场，其轴线上的磁感应强度分布如图乙所示，已知端口截面中心处磁感应强度为管内的一半则端口截面上距其中心r(0rR)处的磁感应强度可能为()A. B.CB0 D1.2B042018沈阳市模拟如图所示，质量为m，长度为L的金属棒MN两端由等长轻质绝缘细线水平悬挂，棒中通以由M指向N的电流，电流强度的大小为I，金属棒处于与其垂直的匀强磁场中，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为30.下列判断正确的是()A匀强磁场的方向一定是竖直向上B匀强磁场的方向一定是水平向左C匀强磁场的磁感应强度大小可能为D匀强磁场的磁感应强度大小可能为5(多选)2018太原期末关于洛伦兹力，下列说法不正确的是()A带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力的作用B由于安培力是洛伦兹力的宏观表现，所以洛伦兹力也会做功C洛伦兹力方向一定与电荷运动方向垂直，但磁场方向不一定与电荷运动方向垂直D若运动电荷在空间某点不受洛伦兹力，则该点的磁感应强度一定为零62018广州市二模如图，同一平面内有两根互相平行的长直导线M和N，通有等大反向的电流，该平面内的a、b两点关于导线N对称，且a点与两导线的距离相等若a点的磁感应强度大小为B，则下列关于b点磁感应强度Bb的判断正确的是()ABb2B，方向垂直该平面向里BBb，方向垂直该平面向外C.BbB，方向垂直该平面向里DBBb2B，方向垂直该平面向外72018福建省漳州市二模空间存在方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场，图中的正方形abcd为其边界一束速率不同的带正电粒子从左边界ad中点P垂直射入磁场，速度方向与ad边夹角30，已知粒子质量为m、电荷量为q，粒子间的相互作用和粒子重力不计，则()A粒子在磁场中运动的最长时间为B从bc边射出的粒子在磁场中的运动时间都相等C入射速度越大的粒子，在磁场中的运动时间越长D运动时间相等的粒子，在磁场中的运动轨迹可能不同82018河南濮阳市二模把一根绝缘导线PQ弯成两个半圆形状，每个半圆的半径都为R，放置在粗糙的水平桌面上，在桌面上加有竖直向下且磁感应强度为B的匀强磁场，如图所示(俯视图)现给导线通入由P到Q的电流，并逐渐增大电流强度，导线PQ始终处于静止状态，则下列说法正确的是()A增大电流强度的过程中，导线PQ对桌面的摩擦力增大B增大电流强度的过程中，导线PQ对桌面的压力增大C当电流强度为I时，导线PQ受到的安培力为2BIRD当电流强度为I时，导线PQ受到的安培力为BIR92018贵阳市第一中学二模如图所示，在半径为R的圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场，A点为磁场边界上的一点，在A点有大量的相同粒子，以大小相同的速度在纸面内沿不同的方向射入磁场区域内已知粒子质量为m，电量为q，不计粒子的重力，磁场的磁感应强度大小为B，粒子在磁场中运动的最长时间为，则粒子的速度大小为()A. B.C. D.10(多选)2018中原名校联考如图所示，在空间由一坐标系xOy，直线OP与轴正方向的夹角为30，第一象限内有两个方向都垂直纸面向外的匀强磁场区域和，直线OP上方区域中磁场的磁感应强度为B，一质量为m，电荷量为q的质子(不计重力)以速度v从O点沿与OP成30角的方向垂直磁场进入区域，质子先后通过强磁场区域和后，恰好垂直打在x轴上的Q点(图中未画出)，则()A粒子在第一象限中运动的时间为B粒子在第一象限中运动的时间为CQ点的横坐标为DQ点的横坐标为二、计算题：本题共4小题，共50分11(12分)2018北京市朝阳区一模如图所示，空间中存在一个矩形区域MNPQ，PQ的长度为MQ长度的两倍，有一个带正电的带电粒子从M点以某一初速度沿MN射入，若矩形区域MNPQ中加上竖直方向且场强大小为E的匀强电场，则带电粒子将从P点射出，若在矩形区域MNPQ中加上垂直于纸面且磁感应强度大小为B的匀强磁场，则带电粒子仍从P点射出，不计带电粒子的重力，求：带电粒子的初速度的大小12(12分)2018长春市二次质检如图所示，光滑绝缘的水平桌面上有一个带正电的小球，用长为L的轻质绝缘丝线系于O点，做俯视为顺时针方向的匀速圆周运动，空间中存在着竖直向下的匀强磁场，磁场的右边界为图中直线CD，圆心O和直线CD距离OE2L，已知小球运动过程中所受丝线拉力的大小为其所受洛伦兹力大小的3倍，当小球运动到图中所示位置时，丝线突然断开(此瞬间小球速度不变)，求小球离开磁场时的位置与E点的距离13(12分)2018江西师大附中二模据有关资料介绍，受控核聚变装置中有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场约束带电粒子运动，使之束缚在某个区域内如图所示，环状磁场的内半径为R1，外半径为R2，被束缚的带电粒子的比荷为k，中空区域内带电粒子具有各个方向的速度，速度大小为v.中空区域中的带电粒子都不会穿出磁场的外边缘而被约束在半径为R2的区域内，求：环状区域内磁场的磁感应强度的取值范围14(14分)2018甘肃一模如图所示，两平行金属板AB中间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场A板带正电荷，B板带等量负电荷，电场强度为E；磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B1.平行金属板右侧有一挡板M，中间有小孔O，OO是平行于两金属板的中心线挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B2.CD为磁场B2边界上的一绝缘板，它与M板的夹角45，OCa，现有大量质量均为m，含有各种不同电荷量、不同速度的带电粒子(不计重力)，自O点沿OO方向进入电磁场区域，其中有些粒子沿直线OO方向运动，并进入匀强磁场B2中，求：(1)进入匀强磁场B2的带电粒子的速度；(2)能击中绝缘板CD的粒子中，所带电荷量的最大值；(3)绝缘板CD上被带电粒子击中区域的长度专题强化十带电粒子在磁场中的运动1D根据控制变量法可知，保持导体棒通电部分的长度不变，改变电流的大小，则导体棒中电流越大，导体棒受到的安培力越大；保持电流不变，改变导体棒通电部分的长度，通电部分长度越长，导体棒受到的安培力越大，D选项正确2D研究导线的受力情况，根据安培定则判断条形磁铁周围磁场的分布，根据左手定则判断可知，导线所受安培力方向斜向右上方，根据牛顿第三定律，导线对磁铁的安培力方向斜向左下方，磁铁有向左运动的趋势，受到向右的摩擦力，磁铁对地的压力增大，D选项正确3BCD根据磁感线的特征可知，磁感线的疏密表示磁感应强度的大小，端口截面上距其中心r(0rR)处磁感线比端口截面中心处磁感线多，则此处的磁感应强度B，A选项错误；端口截面上距其中心r处磁感线取值范围可能为BB0，也可能BB0，B、C、D选项正确4C金属棒MN处于平衡状态，受到重力、绳子拉力和安培力作用，根据力的合成与分解知识可知，安培力方向未知，当安培力垂直于绳子拉力时，磁感应强度的方向沿着绳子方向，此时安培力最小，磁感应强度最小，mgsinBminIL，解得Bmin，C选项正确5ABD当带电粒子平行于磁场中运动时，不受洛伦兹力作用，该处的磁感应强度不为零，A、D选项错误；洛伦兹力的方向总是与粒子运动的方向垂直，不做功，B选项错误；根据左手定则可知，洛伦兹力的方向一定与电荷运动方向垂直，磁场方向不一定与电荷运动方向垂直，C选项正确6B空间某点的磁感应强度等于M、N两个电流在该点产生的磁感应强度的矢量和，根据安培定则可知，M、N两导线中电流在a点产生的磁感应强度大小相等，方向均垂直纸面向里，BMBN，根据对称性可知，N导线中电流在b点产生的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外，M导线中电流在b点产生的磁感应强度小于，方向垂直纸面向里，根据叠加原理可知，b点的磁感应强度方向垂直平面向外，Bb，B选项正确7D粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，运动时间t，粒子对应的圆心角越大，在磁场中运动的时间越长，轨迹如图所示：圆心角为300，最长时间t，A选项错误；从bc边射出的粒子的速度不同，圆周运动的半径不同，圆心角不同，所用的时间不相等，B选项错误；轨迹圆心角越大，在磁场中运动时间越长，入射速度较大时，粒子从dc边射出，圆心角很小，时间较短，C选项错误；从Pa边射出的粒子运动时间均为，轨迹不同，D选项正确8A根据安培力公式可知，FBIL，其中L为导线的有效长度，导线PQ的有效长度为4R，增大电流强度的过程中，安培力增大，导线PQ始终处于静止状态，对桌面的摩擦力增大，压力不变，A选项正确，B选项错误；当电流为I时，导线PQ受到的安培力为FBIL4BIR，C、D选项错误9B粒子以大小相同的速度沿不同方向射入磁场区域，则粒子运动的轨迹半径相等，粒子在磁场中运动最长时间时，对应的弦长最长，为磁场圆的直径2R，如图所示：圆心角为，根据几何关系可知，O1AB为等边三角形，轨迹圆的半径r2R，根据洛伦兹力提供向心力可知，qvBm，解得粒子运动的速度v，B选项正确10BC质子在磁场和中做匀速圆周运动，根据几何关系画出运动的轨迹如图所示：粒子在磁场中运动的圆心角为60，在磁场中运动的圆心角为90，OO1A为等边三角形，则轨迹半径r12r2，解得B22B，运动时间t1，t2，粒子在第一象限中运动的时间为tt1t2，A选项错误，B选项正确；OQr1cos30r2，C选项正确，D选项错误11.解析：带电粒子在电场中做类平抛运动，设MQ长度为L，根据运动的合成与分解法则可知，竖直方向上，Lt2.水平方向上，2Lv0t.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，画出轨迹如图所示：洛伦兹力提供向心力，qvBm，根据几何关系可知，(rL)2(2L)2r2.联立上述各式可知，v.12.L解析：小球在丝线拉力和洛伦兹力作用下，做匀速圆周运动，FqvBm.其中，F3qvB.丝线突然断开时，洛伦兹力提供向心力，qvBm.联立各式解得，小球运动的轨迹半径R2L.画出运动轨迹如图所示：根据几何关系可知，R2(RL)2x.联立解得，xEF L13B解析：粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力要使所有的粒子都不能穿出磁场，则与内圆相切的方向进入磁场的粒子在磁场运动的轨迹刚好与外圆相切，轨迹如图所示：此时2rR2R1，解得粒子运动的最大半径r.qvBm，联立解得，B.14(1)(2)(3)2a解析：(1)平行金属板间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，沿直线OO运动的带电粒子，处于受力平衡状态，qvB1qE.解得，v.(2)带电粒子进入匀强磁场B2后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力qvB2m.电荷量最大的带电粒子，运动的轨迹半径最小，带正电，轨迹向下偏转，与CD板相切，如图所示：根据几何关系可知，r1r1a.依题意解得，r1，q.(3)带负电的粒子在磁场B2中向上偏转，击中绝缘板CD的临界情况是轨迹与CD相切根据几何关系可知，r2ar2.解得，r2.CD板上被带电粒子击中区域的长度为xr2r12a.9