2019-2020年高考物理一轮复习 8.2磁场对运动电荷的作用课时提升作业 沪科版选修3-1.doc

2019-2020年高考物理一轮复习 8.2磁场对运动电荷的作用课时提升作业 沪科版选修3-1一、选择题(本题共5小题,每小题7分,共35分。多选题已在题号后标出)1.(xx金华模拟)2011年5月29日夜,一道闪电击中了位于加拿大多伦多市的加拿大国家电视塔。该电视塔高553.3 m,是多伦多市的标志性建筑,也是加拿大的著名象征。假设发生闪电的云层带负电,则在闪电瞬间,电视塔受到地磁场在水平方向的作用力方向是()A.向东B.向南C.向西D.向北2.真空中有两根长直金属导线平行放置,其中只有一根导线中通有恒定电流。在两导线所确定的平面内,一电子从P点开始运动的轨迹的一部分如图中曲线PQ所示,则一定是()A.ab导线中通有从a到b方向的电流B.ab导线中通有从b到a方向的电流C.cd导线中通有从c到d方向的电流D.cd导线中通有从d到c方向的电流3.(xx广州模拟)薄铝板将同一匀强磁场分成、两个区域,高速带电粒子可穿过铝板一次,在两个区域内运动的轨迹如图所示,半径R1R2。假定穿过铝板前后粒子电荷量保持不变,则该粒子()A.带正电B.在、区域的运动速度大小相同C.在、区域的运动时间相同D.从区域穿过铝板运动到区域4.(xx新课标全国卷)如图,半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面),磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,一电荷量为q(q0)、质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域,射入点与ab的距离为,已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60,则粒子的速率为(不计重力)()A.B.C.D.5.(多选)如图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒。在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中,两盒分别与高频电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是()A.在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1B.高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1C.粒子加速次数越多,粒子最大动能一定越大D.要想粒子获得的最大动能越大,可增加D形盒的面积二、计算题(本题15分。需写出规范的解题步骤)6.(xx江西省九校联考)匀强磁场区域由一个半径为R的半圆和一个长为2R,宽为的矩形组成,磁场的方向如图所示。一束质量为m、电荷量为+q的粒子(粒子间的相互作用和重力均不计)以速度v从边界AN的中点P垂直于AN和磁场方向射入磁场中。问：(1)当磁感应强度为多大时,粒子恰好从A点射出?(2)对应于粒子可能射出的各段磁场边界,磁感应强度应满足什么条件?强化专练(建议：25分钟)强化点1：带电粒子在匀强磁场中的圆周运动1.(多选)(xx西安模拟)某一空间存在着磁感应强度为B且大小不变、方向随时间t做周期性变化的匀强磁场(如图甲所示),规定垂直纸面向里的磁场方向为正。为了使静止于该磁场中的带正电的粒子能按abcdef的顺序做横“”字曲线运动(即如图乙所示的轨迹),下列办法可行的是(粒子只受磁场力的作用,其他力不计)()A.若粒子的初始位置在a处,在t=时给粒子一个沿切线方向水平向右的初速度B.若粒子的初始位置在f处,在t=时给粒子一个沿切线方向竖直向下的初速度C.若粒子的初始位置在e处,在t=T时给粒子一个沿切线方向水平向左的初速度D.若粒子的初始位置在b处,在t=时给粒子一个沿切线方向竖直向上的初速度2.(xx德州模拟)如图所示,平面直角坐标系的第象限内有一匀强磁场垂直于纸面向里,磁感应强度为B。一质量为m、电荷量为q的粒子以速度v从O点沿着与y轴夹角为30的方向进入磁场,运动到A点时速度方向与x轴的正方向相同,不计粒子的重力,则()A.该粒子带正电B.A点与x轴的距离为C.粒子由O到A经历时间t=D.运动过程中粒子的速度不变强化点2：带电粒子在有界磁场中的运动分析3.如图所示,有界匀强磁场边界线SPMN,速率不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场,其中穿过a点的粒子速度v1与MN垂直;穿过b点的粒子速度v2与MN成60角,设两粒子从S到a、b所需时间分别为t1和t2,则t1t2为(重力不计)()A.13B.43C.11D.324.(多选)(xx广东高考)如图,两个初速度大小相同的同种离子a和b,从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场,最后打到屏P上。不计重力。下列说法正确的有()A.a、b均带正电B.a在磁场中飞行的时间比b的短C.a在磁场中飞行的路程比b的短D.a在P上的落点与O点的距离比b的近5.(xx雅安模拟)如图所示,在半径为R=的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,圆形区域右侧有一竖直感光板,带正电粒子从圆弧顶点P以速率v0平行于纸面进入磁场,已知粒子的质量为m,电量为q,粒子重力不计。(1)若粒子对准圆心射入,求它在磁场中运动的时间;(2)若粒子对准圆心射入,且速率为v0,求它打到感光板上时速度的垂直分量;(3)若粒子以速度v0从P点以任意角入射,试证明它离开磁场后均垂直打在感光板上。强化点3：实际应用6.回旋加速器是用于加速带电粒子流,使之获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属扁盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒间狭缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圆心附近,若粒子源射出的粒子电荷量为q、质量为m,粒子最大回旋半径为Rm,磁场的磁感应强度为B,其运动轨迹如图所示,问：(1)粒子在盒内磁场中做何种运动?(2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动?(3)所加交变电压频率为多大?粒子运动角速度为多大?(4)粒子离开加速器时速度为多大?答案解析素能全练1.【解析】选C。闪电发生时,电子运动方向向下,又因地磁场有水平向北的分量,用左手定则判断电子受到的洛伦兹力向西,故C对。2.【解析】选C。根据电子运动的轨迹知在两导线之间的磁场方向垂直于两导线所在的平面,且由电子运动的方向可知,ab中通有由b到a的电流或cd中通有从c到d的电流,又从电子运动轨迹在向cd边靠近时半径变小,由r=知距离cd边越近,磁感应强度B越强,可见cd中一定有电流,只有C正确。【加固训练】如图所示,在真空中,水平导线中有恒定电流I通过,导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同,则质子可能的运动情况是()A.沿路径a运动 B.沿路径b运动C.沿路径c运动 D.沿路径d运动【解析】选B。由安培定则,电流在下方产生的磁场方向指向纸外,由左手定则,质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上。则质子的轨迹必定向上弯曲,因此C、D必错;由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直,故其运动轨迹必定是曲线,则B正确、A错误。3.【解析】选C。粒子穿过铝板受到铝板的阻力,速度将减小。由r=可得粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径将减小,故可得粒子由区域运动到区域,结合左手定则可知粒子带负电,A、B、D选项错误;由T=可知粒子运动的周期不变,粒子在区域和区域中运动的时间均为t=T=,C选项正确。4.【解题指南】解答本题可按以下思路进行：(1)先由对称性画出带电粒子在圆形区域磁场中运动的轨迹;(2)再根据几何关系求出带电粒子做圆周运动的半径即可求出粒子的速率。【解析】选B。根据对称性,带电粒子射入圆形磁场区域时速度方向与半径的夹角总是与带电粒子射出磁场时其速度方向与半径的夹角相等,画出带电粒子在磁场中运动的轨迹如图所示,根据图找几何关系可得带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为r=R,再由qvB=m得r=,解得v=,故选项B正确。【加固训练】如图所示的圆形区域里匀强磁场方向垂直于纸面向里,有一束速率各不相同的质子自A点沿半径方向射入磁场,这些质子在磁场中()A.运动时间越长,其轨迹对应的圆心角越大B.运动时间越长,其轨迹越长C.运动时间越短,射出磁场区域时速度越小D.运动时间越短,射出磁场区域时速度的偏向角越大【解析】选A。质子的速度越小,运动半径越小,轨迹对应的圆心角越大,在磁场中运动的时间越长,但运动轨迹不一定长;同理,速度越大,半径越大,速度的偏向角越小,运动时间越短,故A正确,B、C、D错误。5.【解析】选A、D。带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关,因此,在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1,选项A正确;带电粒子在回旋加速器中每运行一周加速两次,高频电源的变化周期应该等于2(tn-tn-1),选项B错;由r=可知,粒子获得的最大动能取决于D形盒的半径,当轨道半径与D形盒半径相等时就不能继续加速,故选项C错、D对。6.【解析】(1)由左手定则判定,粒子向左偏转,只能从PA、AC和CD三段边界射出,如图所示。当粒子从A点射出时,运动半径r1= (2分)由qB1v= (2分)得B1= (1分)(2)当粒子从C点射出时,由PO2C和PAC可看出PC=r2=R (2分)由qB2v= (2分)得B2= (1分)据粒子在磁场中运动半径随磁场减弱而增大,可以判断当B时,粒子从PA段射出 (2分)当B时,粒子从AC段射出(2分)当B时,粒子从CD段射出 (1分)答案：(1)(2)见解析强化专练1.【解析】选A、D。要使粒子的运动轨迹如题图乙所示,粒子做圆周运动的周期应为T0=,结合左手定则可知,选项A、D正确。2.【解析】选B。由左手定则可判断该粒子带负电,A错误;根据粒子运动轨迹,A点离x轴的距离为r(1-cos)=(1-cos60)=,B正确;t=T=,C错误;运动过程中粒子速度大小不变,方向时刻改变,D错误。3.【解析】选D。如图所示,可求出从a点射出的粒子对应的圆心角为90,从b点射出的粒子对应的圆心角为60,由t=T,可得：t1t2=9060=32,故D正确。【加固训练】如图所示,一电子以与磁场方向垂直的速度v从P处沿PQ方向进入长为d、宽为h的匀强磁场区域,从N处离开磁场,若电子质量为m,带电荷量为e,磁感应强度为B,则()A.电子在磁场中运动的时间t=B.电子在磁场中运动的时间t=C.洛伦兹力对电子做的功为BevhD.电子在N处的速度大小也是v【解析】选D。洛伦兹力不做功,所以电子在N处速度大小也为v,D正确、C错;电子在磁场中的运动时间t=,A、B均错。4.【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析：(1)由左手定则判断离子的电性。(2)画出离子做圆周运动的轨迹。(3)由牛顿第二定律结合几何知识判断离子飞行时间和落点位置。【解析】选A、D。要使离子打在屏上,由左手定则,可判出a、b均带正电,A正确;由牛顿第二定律qvB=m,得r=,离子运动轨迹如图所示,又T=,t=T,知a比b飞行时间长,a比b飞行路程长,B、C错误;又a、b在P上落点距O点的距离分别为2rcos、2r,故D正确。5.【解析】(1)粒子的轨迹半径r=R,故粒子在磁场中的运动时间t=。(2)当v=v0时,轨迹半径r=R,如图所示,速度偏转60角,故v=vsin60=v0。(3)由(1)知,当带电粒子以v0射入时,带电粒子在磁场中的运动轨道半径为R。设粒子射入方向与PO方向夹角为,带电粒子从区域边界S射出,带电粒子运动轨迹如图所示。因PO3=O3S=PO=SO=R所以四边形POSO3为菱形由图可知：POO3S,v3SO3因此,带电粒子射出磁场时的方向为水平方向,与入射的方向无关。答案：(1)(2)v0(3)见解析【总结提升】带电粒子在磁场中运动应注意的五大问题处理带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题的关键是画出符合题意的运动轨迹图。先确定圆心,然后根据几何关系确定半径、圆心角。其中半径和带电粒子的速率密切相关;圆心角和粒子在磁场中运动的时间相联系。同时还应注意以下几个方面：(1)注意粒子的电性及运动方向。(2)注意磁场的方向和边界。(3)注意圆周运动的多解性、对称性和周期性。(4)注意粒子运动的临界值。(5)注意几何知识的应用。6.【解析】(1)D形盒由金属导体制成,可屏蔽外电场,因而盒内无电场。盒内存在垂直盒面的磁场,故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动。(2)两盒间狭缝内存在匀强电场,且粒子速度方向与电场方向在同一条直线上,故粒子做匀加速直线运动。(3)粒子在电场中运动时间极短,高频交变电压频率要符合粒子回旋频率f=角速度=2f=。(4)因粒子最大回旋半径为Rm,故Rm=,即vm=。答案：(1)匀速圆周运动(2)匀加速直线运动(3)(4)