2019-2020年高考物理总复习 8.2磁场对运动电荷的作用考题演练（含解析）.doc

2019-2020年高考物理总复习 8.2磁场对运动电荷的作用考题演练（含解析）1.(xx安徽高考)“人造小太阳”托卡马克装置使用强磁场约束高温等离子体,使其中的带电粒子被尽可能限制在装置内部,而不与装置器壁碰撞。已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,为约束更高温度的等离子体,则需要更强的磁场,以使带电粒子在磁场中的运动半径不变。由此可判断所需的磁感应强度B正比于()A.B.TC.D.T2【解题指南】解答本题注意以下两点：(1)带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,即v2正比于T,则v正比于。(2)带电粒子在磁场中的运动,根据牛顿第二定律有qvB=m。【解析】选A。带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,则v2正比于T,从而v正比于。带电粒子在磁场中的运动半径不变,根据牛顿第二定律有qvB=m,可得B=。综上可知,B正比于,故选项A正确。2.(xx新课标全国卷)空间有一圆柱形匀强磁场区域,该区域的横截面的半径为R,磁场方向垂直于横截面。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以速率v0沿横截面的某直径射入磁场,离开磁场时速度方向偏离入射方向60。不计重力,该磁场的磁感应强度大小为()A.B.C.D.【解题指南】解答本题可按以下思路进行：(1)理解速度方向偏离入射方向60的含义,画出几何图形,确定粒子的运动轨迹的圆半径。(2)根据洛伦兹力提供向心力和几何关系建立方程求解。【解析】选A。粒子进入磁场后做匀速圆周运动,如图所示,根据几何关系可知,粒子做圆周运动的半径r=R,由qvB=m可得B=,选项A正确。3.如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场,经过t时间从C点射出磁场,OC与OB成60角。现将带电粒子的速度变为,仍从A点沿原方向射入磁场,不计重力,则粒子在磁场中的运动时间变为()A.tB.2tC.tD.3t【解题指南】解答本题时要注意以下三点：(1)画出轨迹示意图,找出圆心的位置。(2)根据几何图形,找出运动时间、速度、偏转角的关系。(3)根据速度的变化确定偏转角的变化,进一步求出运动时间的变化情况。【解析】选B。设磁场区域的半径为R,粒子的轨迹半径为r,粒子以速度v在磁场中运动的轨迹如图甲所示,则由几何关系知,r=R,又T=,所以t=T=,当粒子的速度为时,运动轨迹如图乙所示。轨迹半径为r=R,由图乙得tan=,所以圆心角=120,t=T=2t,故选项B正确。4.(多选)如图所示,一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入横截面为一正方形的匀强磁场区,在从ab边离开磁场的电子中,下列判断正确的是()A.从b点离开的电子速度最大B.从b点离开的电子在磁场中运动时间最长C.从b点离开的电子速度偏转角最大D.在磁场中运动时间相同的电子,其轨迹一定重合【解析】选A、D。电子进入磁场,轨迹圆心在入射点下方,使电子速度从零逐渐增大,轨迹圆半径逐渐增大,从左边界离开的电子轨迹为半圆,由作图可知从b点离开的电子轨迹半径最大,且从b点离开的电子其轨迹圆心角最小,速度偏转角最小,在磁场中运动时间最短,选项A正确,B、C错误;若从ab边射出磁场的电子运动时间相同,轨迹一定重合,D正确。5. (xx长沙模拟)如图所示,一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域,磁场宽度为d,方向垂直纸面向里。一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场。若电子在磁场中运动的轨道半径为2d。O在MN上,且OO与MN垂直。下列判断正确的是()A.电子将向右偏转B.电子打在MN上的点与O点的距离为dC.电子打在MN上的点与O点的距离为dD.电子在磁场中运动的时间为【解析】选D。电子带负电,进入磁场后,根据左手定则判断可知,所受的洛伦兹力方向向左,电子将向左偏转,如图所示,A错误;设电子打在MN上的点与O点的距离为x,则由几何知识得：x=r-=2d-=(2-)d,故B、C错误;设轨迹对应的圆心角为,由几何知识得：sin=0.5,得=,则电子在磁场中运动的时间为t=,故D正确。6.在如图所示的足够大匀强磁场中,两个带电粒子以相同方向垂直穿过虚线MN所在的平面,一段时间后又再次同时穿过此平面,则可以确定的是()A.两粒子一定带有相同的电荷量B.两粒子一定带同种电荷C.两粒子一定有相同的比荷D.两粒子一定有相同的动能【解析】选C。粒子垂直穿过平面MN,再次穿过时速度一定又垂直此平面,因此两粒子均运动了半个周期,即粒子在磁场中运动的周期相同,由T=可知,两粒子具有相同的比荷,但可以有不同的质量和电荷量,A错误、C正确;无论粒子向哪个方向绕行,均运动半个周期,所以粒子的电性不能确定,B错误;粒子运动的周期与速度无关,所以动能也不能确定,D错误。7.(多选)(xx广州模拟)如图所示,在平面直角坐标系中有一个垂直于纸面向里的圆形匀强磁场,其边界过原点O和y轴上的点a(0,L)。一质量为m、电荷量为e的电子从a点以初速度v0平行于x轴正方向射入磁场,并从x轴上的b点射出磁场,此时速度方向与x轴正方向的夹角为60。下列说法中正确的是()A.电子在磁场中运动的时间为B.电子在磁场中运动的时间为C.磁场区域的圆心坐标(,)D.电子在磁场中做圆周运动的圆心坐标为(0,-2L)【解析】选B、C。如图所示,根据几何关系得ab=2L,Ob=L,所以磁场区域的圆心坐标是(,),C正确;电子在磁场中做圆周运动的圆心坐标为(0,-L),D错误;电子在磁场中运动的半径R=2L,运动的时间为t=,A错误,B正确。8.(xx杭州模拟)扭摆器是同步辐射装置中的插入件,能使粒子的运动轨迹发生扭摆,其简化模型如图所示：、两处宽度均为L的条形匀强磁场区边界竖直,区域磁场垂直纸面向外,区域磁场垂直纸面向里,磁感应强度大小均为B,两磁场区的间距可以调节。以区域左边界上的O点为坐标原点建立坐标系,y轴与左边界重合,x轴与磁场边界的交点分别为O1、O2和O3。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,平行纸面从O点与y轴的夹角=30射入区域,粒子重力不计。(1)若粒子恰好从O1射出区域,粒子的速度应为多大?(2)若粒子从区域右边界射出时速度与x轴的夹角为30,调节两磁场区的间距,粒子恰好从O3射出区域,则粒子从O射入到从O3射出共经历了多长时间?【解析】(1)粒子从O1射出区域,轨迹如图甲由几何关系2R1cos=L粒子在磁场中运动半径公式为：R1=综合上式可得v1=(2)粒子运动轨迹如图乙所示设粒子运动速度为v2,半径R2=粒子在磁场中的运动周期为：T=由几何关系得,粒子在区域运动的圆心角为90即t1=,AO1=R2cos-R2sin由于粒子在、区域运动半径相同,要使粒子从O3射出区域,则粒子在区域中运动时间与区域相同,且粒子必须经过O1、O2的中点D,则t=在、间隔区域运动时间t2=综上所述,粒子从O射入到O3射出共经历时间为：t=t1+t2+t=答案：(1)(2)【加固训练】如图甲所示,在y轴右侧加有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度B=1T。从原点O处向第象限发射一比荷=1104C/kg的带正电的粒子(重力不计),速度大小v0=103m/s,方向垂直于磁场且与x轴正方向成30角。(1)求粒子在该匀强磁场中做匀速圆周运动的半径R和在该磁场中运动的时间t1。(2)若磁场随时间变化的规律如图乙所示(垂直于纸面向外为正方向),t=10-4s后空间不存在磁场。在t=0时刻,粒子仍从O点以与原来相同的速度v0射入,求粒子从O点射出后第2次经过x轴时的横坐标。【解析】(1)轨迹如图(a)所示。由Bqv=m得轨迹半径R=0.1m粒子运动周期T=210-4s粒子在磁场中的轨迹所对的圆心角为240,所以粒子在磁场中运动的时间为t1=10-4s。(2)磁场变化的半周期为t=10-4s=在图(b)中,OO1C=CO2D=120,且O1O2平行于x轴OE=2(R+Rsin30)=3R=0.3mRtEDP中,EDP=60,DE=2Rsin60EP=DEtan60=3R=0.3m则粒子从O点射出后第2次经过x轴时的坐标xP=OE+EP=0.6m。答案：(1)0.1m10-4s(2)0.6 m