【名师一号】2020届高三物理一轮复习 8-2 磁场对带电粒子的作用课时检测 新人教版（通用）

第二讲磁场对带电粒子的作用 1带电粒子垂直磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用下列表述正确的是()A洛伦兹力对带电粒子做功B洛伦兹力不改变带电粒子的动能C洛伦兹力的大小与速度无关D洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向解析根据洛伦兹力的特点，洛伦兹力对带电粒子不做功，A选项错误，B选项正确；根据FqvB，可知大小与速度有关洛伦兹力的效果就是改变物体的运动方向，不改变速度的大小，C、D选项错误答案B2一个带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动，要想确定带电粒子的电荷量与质量之比，则只需要知道()A运动速度v和磁感应强度BB磁感应强度B和运动周期TC轨道半径R和运动速度vD轨道半径R和磁感应强度B解析由带电粒子的洛伦兹力充当向心力可得Bqvm可知A、C、D选项错误；由T可知选项B正确答案B3“月球勘探号”空间探测器运用高科技手段对月球近距离勘探，在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得了新成果月球上的磁场极其微弱，通过探测器拍摄电子在月球磁场中的运动轨迹，可分析月球磁场强弱的分布情况如图所示，是探测器通过月球表面的A、B、C、D、四个位置时拍摄到的电子的运动轨迹的照片设电子的速率相同，且与磁场的方向垂直，则可知磁场最强的位置应在()解析由r可知B较大的地方，r较小答案A4.如图是人工托克马克(人造核聚变)实验中，用环状匀强磁场约束高能带电粒子的原理图，下列说法正确的是()A沿半径方向飞入环状磁场的粒子最容易飞出磁场B沿内圆切线方向飞入环状磁场的粒子最容易飞出磁场C所有粒子在磁场中运动的时间都相同D不同速度的粒子在磁场中运动的时间一定不同解析粒子在匀强磁场中运动时间取决于圆弧所对的圆心角的大小，所以C、D错误；沿内圆切线方向飞入环状磁场的粒子，穿出磁场所需的半径最小，由R可知该粒子穿出磁场所需的速度最小，因而最容易飞出磁场，B正确；沿半径方向飞入环状磁场的粒子，飞出磁场所需的速度较大，因而不容易飞出磁场，A错误答案B5.如图所示，空间存在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，场内有一绝缘的足够长的直杆，它与水平面的倾角为，一带电量为q、质量为m的带负电的小球套在直杆上，从A点由静止沿杆下滑，小球与杆之间的动摩擦因数为，在小球以后运动的过程中，下列说法正确的是()A小球下滑的最大速度为vB小球下滑的最大加速度为amgsinC小球的加速度一直在减小D小球的速度先增大后减小解析小球开始下滑时有mgsin(mgcosqvB)ma，随v增大，a增大，当v时，a达最大值gsin，此后下滑过程中有mgsin(qvBmgcos)ma，随v增大，a减小，当vm时，a0.所以整个过程中，v先一直增大后不变；a先增大后减小，所以B选项正确答案B6.极光是由来自宇宙空间的高能带电粒子流进入地极附近的大气层后，由于地磁场的作用而产生的如图所示，科学家发现并证实，这些高能带电粒子流向两极做螺旋运动，旋转半径不断减小此运动形成的原因是()A可能是洛伦兹力对粒子做负功，其动能减小B可能是介质阻力对粒子做负功，使其动能减小C可能是粒子的带电量减小D南北两极的磁感应强度较强解析带电粒子流向两极旋转满足qvBm，即r，因此从此式看，旋转半径不断减小可能是速度变小、带电量变大或者磁感应强度变强造成的，而因为洛伦兹力对粒子不做功，故选项B、D正确答案BD7如图所示，在匀强磁场中附加另一匀强磁场，附加磁场位于图中阴影区域，附加磁场区域的对称轴OO与SS垂直a、b、c三个质子先后从S点沿垂直于磁场的方向射入磁场，它们的速度大小相等，b的速度方向与SS垂直，a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为、，且.三个质子经过附加磁场区域后能到达同一点S，则下列说法中正确的有()A三个质子从S运动到S的时间相等B三个质子在附加磁场以外区域运动时，运动轨迹的圆心均在OO轴上C若撤去附加磁场，a到达SS连线上的位置距S点最近D附加磁场方向与原磁场方向相同解析质子在磁场中运动时速度大小不变，由题图可知质子运动的轨迹长度不相等，所以三个质子运动的时间不等，选项A错误；由r知三个质子在附加磁场以外区域运动时轨道半径相等，又洛伦兹力的方向与速度方向垂直，所以从S点作出的圆心不均在OO轴上，选项B错误；若撤去附加磁场SS，距离为2rcos，为质子初速度方向与竖直方向的夹角，因为，所以a到达SS连线上的位置距S点最近，选项C正确；由题意知附加磁场与原磁场方向相同，选项D正确答案CD8.如图所示，在x0、y0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里，大小为B.现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子，在x轴上到原点的距离为x0的P点，以平行于y轴的初速度射入磁场在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出磁场不计重力的影响，由这些信息可以确定()A能确定粒子通过y轴的位置B能确定粒子速度的大小C能确定粒子在磁场中运动所经历的时间D以上三个判断都不对解析粒子在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出磁场，可知半径大小等于x0，A选项正确；由rx0v，所以B选项正确；画出轨迹可知粒子完成了四分之一圆周的路径，所以有tT，C选项正确，D选项错误答案ABC9.如图是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小解析本题考查质谱仪的工作原理，意在考查考生分析带电粒子在电场、磁场中的受力和运动的能力粒子先在电场中加速，进入速度选择器做匀速直线运动，最后进入磁场做匀速圆周运动在速度选择器中受力平衡：EqqvB得v，方向由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外，B、C正确；进入磁场后，洛伦兹力提供向心力，qvB0得R，所以荷质比不同的粒子偏转半径不一样，所以A对，D错答案ABC10如图所示，质量为m、带电荷量为q的P环套在固定的水平长直绝缘杆上，整个装置处在垂直于杆的水平匀强磁场中，磁场强度大小为B.现给环一向右的初速度v0，则()A环将向右减速，最后匀速B环将向右减速，最后停止运动C从环开始运动到最后达到稳定状态，损失的机械能是mvD从环开始运动到最后达到稳定状态，损失的机械能是mvm2解析由题意可知qv0Bmg，受力分析如图所示水平方向物体做减速运动，fFN(qvBmg)，当qvBmg，即v时，FN0，之后物体匀速直线运动，选项A、D正确而B、C错误答案AD三、非选择题11有一个放射源水平放射出、和三种射线，垂直射入如图所示磁场区域和的宽度均为d，各自存在着垂直纸面的匀强磁场，两区域的磁感应强度大小B相等，方向相反(粒子运动不考虑相对论效应)(1)若要筛选出速率大于v1的粒子进入区域，求磁场宽度d与B和v1的关系；(2)若B0.0034T，v10.1c(c是光速)，则可得d；粒子的速率为0.001c，计算和射线离开区域时的距离；并给出除去和射线的方法；(3)当d满足第(1)小题所给关系时，请给出速率在v1vv2区间的粒子离开区域时的位置和方向；(4)请设计一种方案，能使离开区域的粒子束在右侧聚焦且水平出射已知：电子质量me9.11031kg，粒子质量m6.71027kg，电子电荷量q1.61019 C，1(x1时)解析(1)根据带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用后做圆周运动的规律qvB 由临界条件得d、B和v1的关系为d. (2)由式可得粒子的回旋半径R m1.847m由式得d m0.05m竖直方向的距离为yR0.7mm可见通过区域的磁场难以将射线与射线分离可用薄纸挡去射线，须用厚铅板挡掉射线(3)在上述磁场条件下，要求速率在v1vv2区间的粒子离开区域时的位置和方向先求出速度为v2的粒子所对应的圆周运动半径R2该粒子从区域磁场射出时，垂直方向偏离的距离为y2R2(v2)同理可得从区域射出时，垂直方向偏离的距离为Y22y2(v2)同理可得，与速度为v1对应的粒子垂直方向偏离的距离为Y12d速率在v1vv2区间射出的粒子束宽为Y1Y2，方向水平向右(4)由对称性可以设计出如图所示的磁场区域，最后形成聚焦，且方向水平向右答案见解析12如图所示，左为某同学设想的粒子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘N1、N2构成，两盘面平行且与转轴垂直，相距为L，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角可调如图所示；右为水平放置的长为d的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为B.一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N1，能通过N2的粒子经O点垂直进入磁场O到感光板的距离为，粒子电荷量为q，质量为m，不计重力(1)若两狭缝平行且盘静止如图所示，某一粒子进入磁场后，竖直向下打在感光板中心点M上，求该粒子在磁场中运动的时间t；(2)若两狭缝夹角为0，盘匀速转动，转动方向如图所示要使穿过N1、N2的粒子均打到感光板P1P2连线上，试分析盘转动角速度的取值范围(设通过N1的所有粒子在盘旋转一圈的时间内都能到达N2)解析(1)粒子运动半径为R 由牛顿第二定律qvBm 匀速圆周运动周期T 粒子在磁场中运动时间t. (2)如图，设粒子运动临界半径分别为R1和R2R1 d22RR2d 设粒子临界速度分别为v1和v2，由式，得v1 v2 若粒子通过两转盘，由题设可知 联立，得对应转盘的转速分别为12粒子要打在感光板上，需满足条件.答案(1)(2)