2022年高考物理大二轮复习 专题三 电场和磁场 专题跟踪训练9 磁场及带电粒子在磁场中的运动

2022年高考物理大二轮复习 专题三 电场和磁场 专题跟踪训练9 磁场及带电粒子在磁场中的运动一、选择题1(2018全国卷) (多选)如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导体L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0，方向也垂直于纸面向外则()A流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0B流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0C流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0D流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0解析由对称性可知，流经L1的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等，设为B1，流经L2的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等但方向相反，设其大小为B2，由磁场叠加原理有B0B1B2B0，B0B1B2B0，联立解得B1B0，B2B0，所以A、C正确答案AC2(2018河南六市一联)如图所示，PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L1 mP、M间接有一个电动势为E6 V内阻不计的电源和一只滑动变阻器，导体棒ab跨放在导轨上并与导轨接触良好，棒的质量为m 0.2 kg，棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连，物体的质量M0.4 kg.棒与导轨的动摩擦因数为0.5(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，导轨与棒的电阻不计，g取10 m/s2)，匀强磁场的磁感应强度B2 T，方向竖直向下，为了使物体保持静止，滑动变阻器连入电路的阻值不可能的是()A2 B2.5 C3 D4 解析对棒ab受力分析可知，其受绳的拉力TMg、安培力F安BIL和水平方向的摩擦力若摩擦力向左，且满足mgMg，代入数据解得R14 ；若摩擦力向右，且满足mgMg，代入数据解得R22.4 ，所以R的取值范围为2.4 R4 ，则选A.答案A3(2018广东佛山质检)(多选)如图所示，在空间内有垂直纸面向里的匀强磁场，质子和某种粒子从磁场下边界MN上的O点以相同的速度v0(v0在纸面内，v0与MN的夹角为锐角)射入磁场中，发现质子从边界上的F点离开磁场，另一粒子从E点离开磁场已知2d，d，不计粒子的重力和粒子间的相互作用力下列说法正确的是()A从E点飞出的可能是粒子B从E点飞出的可能是氚核C两种粒子在磁场中的运动时间相等D两种粒子在磁场中的运动轨迹所对应的圆心角相等解析设质子在磁场中做圆周运动的轨道半径为r1，另一种粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为r2，两种粒子的运动轨迹如图所示，则由几何关系可知，d2r1sin，3d2r2sin，两式联立可解得r23r1，由洛伦兹力提供向心力可得r1，另一种粒子的半径r2，可得3，故从E点飞出的可能是氚核，选项A错误，B正确；由几何知识可知，两粒子在磁场中运动时，转过的圆心角均为2()，故选项D正确；根据T可知两种粒子的周期不同，由tT可知，两粒子在磁场中的运动时间不相等，选项C错误答案BD4(2018安徽示范高中质检)(多选)电磁动力发射装置原理如图所示，把待发射导体放置在强磁场中的M、N两平行导轨中并与导轨良好接触，导轨长度为x(不变)，再给导体通以大电流，使导体在安培力作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去已知磁场方向垂直两导轨所在平面向上，下列说法正确的是()A要把导体向右发射出去，应将N接电源正极，M接电源负极B在导体质量、电流大小和磁感应强度大小一定时，要增大发射速度，应减小导轨间距和导体直径C在其他条件不变时，可改变磁感应强度B的方向，使之与导轨所在平面平行来增大发射速度D在其他条件不变时，可增大电流来增大发射速度解析由左手定则可知，要把导体向右发射出去，导体中的电流方向应垂直纸面向里，则应将N接电源正极，M接电源负极，A正确；导体发射的过程中，安培力对导体做正功，则由动能定理BILxmv2可知，v，在导体的质量、电流大小和磁感应强度大小一定时，要增大发射速度，应增大导轨间距和导体直径，B错误；在其他条件不变时，若磁感应强度的方向与导轨所在平面平行，导体所受的安培力在垂直导轨所在平面方向上，则导体不能发射出去，C错误；由v可知，在其他条件不变时，可增大电流来增大发射速度，D正确答案AD5(2018衡水中学高三调研)如图所示，纸面内有宽为L，水平向右飞行的带电粒子流，粒子质量均为m、电荷量均为q、速率均为v0，不考虑粒子的重力及相互间的作用，要使粒子都会聚到一点，可以在粒子流的右侧虚线框内设计一匀强磁场区域，则磁场区域的形状及对应的磁感应强度可以是哪一种(其中B0，A、C、D选项中曲线均为半径是L的圆弧，B选项中曲线为半径是的圆)()解析若带电粒子水平向右射入选项A所示的匀强磁场中，根据洛伦兹力提供向心力，qv0B0，解得粒子运动的轨迹半径RL，恰好等于磁场圆形边界的半径，所以可以使粒子都会聚到一点(梭形磁场区域的最下方点)，选项A正确；对于选项B中的图象，粒子运动的轨迹半径是磁场圆半径的2倍，所以带电粒子流无法从磁场区域的同一点离开，选项B错误；同理可知，选项D的图象也不符合题意，选项D错误；对选项C的图象分析，可知粒子都从磁场区域的下边界离开，但不能会聚到同一点，选项C错误答案A6(2018石家庄质检一) (多选)如图所示，等腰直角三角形abc区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，直角边bc的长度为L.三个相同的带正电粒子从b点沿bc方向分别以速率v1、v2、v3射入磁场，在磁场中运动的时间分别为t1、t2、t3，且t1t2t3332.不计粒子的重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是()A粒子的速率关系一定是v1v2v3B粒子的速率关系可能是v2v1v2、v1v2或v1v2，则选项A错误，B正确；根据题述t1t2t3332，可知速率为v1和v2的粒子从ab边射出，轨迹所对的圆心角相同，速率为v3的粒子从ac边射出，从ab边射出的粒子的运动轨迹所对的圆心角为，其时间t2t1，粒子比荷为，选项C错误；速率为v3的粒子的运动轨迹所对的圆心角为，由几何关系可得Rcos30L，解得RL，代入R，解得粒子比荷，选项D正确答案BD7(2018昆明市高三摸底)(多选)如图所示，在一磁感应强度大小为B0、方向水平向右的匀强磁场中，有一通电直导线abc从中点折成夹角为120的两段(abc平面位于纸面内)，为使两段通电导线ab、bc所受安培力大小相等，在纸面内abc所在区域再加上另一磁感应强度也为B0的匀强磁场，此时，合磁场的磁感应强度大小变为B，则()ABB0 BBB0CBB0 DBB0解析假设选项A正确，即BB0，考虑到另一匀强磁场的大小也为B0，应用平行四边形定则可得，合磁场B的方向与水平方向成30角，这样将合磁场分别沿着通电导线和垂直通电导线分解，则FabBcos30ILB0IL，FbcBcos30ILB0IL，符合题设要求，因此，选项A正确；同理可分析，选项C正确，B、D均错误答案AC8(2018沈阳市高三质检一)(多选)如图所示，垂直纸面向里的匀强磁场区域宽度为d，纵向范围足够大现有一群电子从坐标原点O以相同的速率v沿纸面不同方向进入磁场，并从右侧射出若电子在磁场中运动的轨迹半径为d，忽略电子间的相互作用，则下列判断正确的是()A右边界有电子射出的范围为dydB右边界有电子射出的范围为0ydC电子在磁场内运动的最短时间为D电子在磁场内运动的最短时间为解析沿y轴正方向射入磁场的电子从右边界上yd处射出，沿x轴正方向射入磁场的电子运动轨迹刚好与右边界在yd处相切，所以右边界有电子射出的范围为dyd，选项A正确，B错误；电子射入点和射出点的连线越短，电子在匀强磁场中运动轨迹所对的圆心角越小，运动时间越短，当电子射出点在x轴上时运动轨迹所对的最小圆心角为，电子在磁场中运动的最短时间t，选项C正确，D错误答案AC9(多选)如图所示，在正方形abcd内充满方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场a处有比荷相等的甲、乙两种粒子，甲粒子以速度v1沿ab方向垂直射入磁场，经时间t1从d点射出磁场，乙粒子沿与ab成30角的方向以速度v2垂直射入磁场经时间t2垂直cd射出磁场，不计粒子重力和粒子间的相互作用力，则下列说法中正确的是()Av1v212 Bv1v24Ct1t221 Dt1t231解析甲、乙两粒子的运动轨迹如图所示，粒子在磁场中的运行周期为T，因为甲、乙两种粒子的比荷相等，故T甲T乙设正方形的边长为L，则由图知甲粒子运行半径为r1，运行时间为t1，乙粒子运行半径为r2，运行时间为t2，而r，所以v1v2r1r24，选项A错误、B正确；t1t231，选项C错误、D正确答案BD二、非选择题10(2018全国卷)如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用求(1)磁场的磁感应强度大小；(2)甲、乙两种离子的比荷之比解析(1)设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1，磁场的磁感应强度大小为B，由动能定理有q1Um1v由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有q1v1Bm1由几何关系知2R1l由式得B(2)设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2，射入磁场的速度为v2，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R2.同理有q2Um2vq2v2Bm2由题给条件有2R2由式得，甲、乙两种离子的比荷之比为14答案(1)(2)1411(2018江苏卷)如图所示，真空中四个相同的矩形匀强磁场区域，高为4d，宽为d，中间两个磁场区域间隔为2d，中轴线与磁场区域两侧相交于O、O点，各区域磁感应强度大小相等某粒子质量为m、电荷量为q，从O沿轴线射入磁场当入射速度为v0时，粒子从O上方处射出磁场取sin530.8，cos530.6.(1)求磁感应强度大小B；(2)入射速度为5v0时，求粒子从O运动到O的时间t；(3)入射速度仍为5v0，通过沿轴线OO平移中间两个磁场(磁场不重叠)，可使粒子从O运动到O的时间增加t，求t的最大值解析(1)粒子圆周运动的半径r0，由题意知r0，解得B(2)设粒子在矩形磁场中的偏转角为由drsin，得sin，即53在一个矩形磁场中的运动时间t1，解得t1直线运动的时间t2，解得t2则t4t1t2(3)将中间两磁场分别向中央移动距离x粒子向上的偏移量y2r(1cos)xtan由y2d，解得xd则当xmd时，t有最大值粒子直线运动路程的最大值sm(2d2xm)3d增加路程的最大值smsm2dd增加时间的最大值tm答案(1)(2)(3)