高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場(chǎng) 微專題64 帶電粒子在圓形邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)備考精煉-人教版高三物理試題

《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場(chǎng) 微專題64 帶電粒子在圓形邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)備考精煉-人教版高三物理試題》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 磁場(chǎng) 微專題64 帶電粒子在圓形邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)備考精煉-人教版高三物理試題（8頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、64 帶電粒子在圓形邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) [方法點(diǎn)撥]　(1)帶電粒子進(jìn)入圓形邊界磁場(chǎng)，一般需要連接磁場(chǎng)圓圓心與兩圓交點(diǎn)(入射點(diǎn)與出射點(diǎn))連線，軌跡圓圓心與兩交點(diǎn)連線；(2)軌跡圓半徑與磁場(chǎng)圓半徑相等時(shí)會(huì)有磁聚焦現(xiàn)象；(3)沿磁場(chǎng)圓半徑方向入射的粒子，將沿半徑方向出射． 1．如圖1所示圓形區(qū)域內(nèi)，有垂直于紙面方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一束質(zhì)量和電荷量都相同的帶電粒子，以不同的速率，沿著相同的方向，對(duì)準(zhǔn)圓心O射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，又都從該磁場(chǎng)中射出．這些粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間有的較長(zhǎng)，有的較短．若帶電粒子在磁場(chǎng)中只受磁場(chǎng)力的作用，則在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子(　　) 圖1 A．速率越大的運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng) B．運(yùn)

2、動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的周期越大 C．速率越小的速度方向變化的角度越小 D．運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的半徑越小 2．(2018·如東縣質(zhì)量檢測(cè))如圖2所示，半徑為R的圓是一圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的橫截面(紙面)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外，一電荷量為q、質(zhì)量為m的負(fù)離子沿平行于直徑ab的方向射入磁場(chǎng)區(qū)域，射入點(diǎn)與ab的距離為.已知離子射出磁場(chǎng)與射入磁場(chǎng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向間的夾角為60°，則離子的速率為(不計(jì)重力)(　　) 圖2 A. B. C. D. 3．如圖3所示，空間有一圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，O點(diǎn)為圓心，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外．一帶正電的粒子從A點(diǎn)沿圖示箭頭方向以速率v射入磁場(chǎng)，θ＝30°

3、，粒子在紙面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間t離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向與半徑OA垂直．不計(jì)粒子重力．若粒子速率變?yōu)?，其他條件不變，粒子在圓柱形磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為(　　) 圖3 A. B．t C. D．2t 4．(多選)(2017·伍佑中學(xué)質(zhì)檢)如圖4所示，豎直平面內(nèi)一半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向外．一束質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子沿平行于直徑MN的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子的速度大小不同，重力不計(jì)，入射點(diǎn)P到直徑MN的距離為h(h

4、粒子速度為 C．若h＝，粒子從P點(diǎn)經(jīng)磁場(chǎng)到M點(diǎn)的時(shí)間是 D．當(dāng)粒子軌道半徑r＝R時(shí)，粒子從圓形磁場(chǎng)區(qū)域最低點(diǎn)射出 5．(多選)(2018·高郵市段考)如圖5所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在半徑為R的圓形區(qū)域MON內(nèi)，Q為半徑ON上的一點(diǎn)且OQ＝R，P點(diǎn)為邊界上一點(diǎn)，且PQ與MO平行．現(xiàn)有兩個(gè)完全相同的帶電粒子以相同的速度射入磁場(chǎng)(不計(jì)粒子重力及粒子間的相互作用)，其中粒子1從M點(diǎn)正對(duì)圓心射入，恰從N點(diǎn)射出，粒子2從P點(diǎn)沿PQ射入，下列說法正確的是(　　) 圖5 A．粒子2一定從N點(diǎn)射出磁場(chǎng) B．粒子2在P、N之間某點(diǎn)射出磁場(chǎng) C．粒子1與粒子2在磁場(chǎng)中的運(yùn)行時(shí)間之比為3∶2 D．粒子1

5、與粒子2在磁場(chǎng)中的運(yùn)行時(shí)間之比為2∶1 6．(多選)如圖6所示，半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.M為磁場(chǎng)邊界上一點(diǎn)，有無數(shù)個(gè)帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的相同粒子(不計(jì)重力)在紙面內(nèi)向各個(gè)方向以相同的速率通過M點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，這些粒子射出邊界的位置均處于邊界的某一段圓弧上，這段圓弧的弧長(zhǎng)是圓周長(zhǎng)的.下列說法中正確的是(　　) 圖6 A．粒子從M點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率為v＝ B．粒子從M點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率為v＝ C．若將磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小增加到B，則粒子射出邊界的圓弧長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉淼? D．若將磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小增加到B，則粒子射出邊界的圓弧長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉淼? 7．(多選

6、)(2017·南京外國語學(xué)院等四模)如圖7所示是一個(gè)半徑為R的豎直圓形磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向內(nèi)．有一個(gè)粒子源在圓上的A點(diǎn)不停地發(fā)射出速率相同的帶正電的粒子，帶電粒子的質(zhì)量均為m，運(yùn)動(dòng)的半徑為r，在磁場(chǎng)中的軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角為α.以下說法正確的是(　　) 圖7 A．若r＝2R，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為 B．若r＝2R，粒子沿著與半徑方向成45°角斜向下射入磁場(chǎng)，則有關(guān)系tan ＝成立 C．若r＝R，粒子沿著磁場(chǎng)的半徑方向射入，則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 D．若r＝R，粒子沿著與半徑方向成60°角斜向下射入磁場(chǎng)，則圓心角α為150° 8．如圖8

7、所示，圓心為O、半徑為R的圓形磁場(chǎng)區(qū)域中存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，以圓心O為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，在y＝－3R處有一垂直y軸的固定絕緣擋板，一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的粒子，與x軸成60°角從M點(diǎn)(－R,0)以初速度v0斜向上射入磁場(chǎng)區(qū)域，經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后由N點(diǎn)離開磁場(chǎng)(N點(diǎn)未畫出)恰好垂直打在擋板上，粒子與擋板碰撞后原速率彈回，再次進(jìn)入磁場(chǎng)，最后離開磁場(chǎng)．不計(jì)粒子的重力，求： 圖8 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??； (2)N點(diǎn)的坐標(biāo)； (3)粒子從M點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)到最終離開磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間． 答案精析 1．D 2．D　[設(shè)離子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑為r，速率為v.根據(jù)

8、題述，離子射出磁場(chǎng)與射入磁場(chǎng)時(shí)速度方向之間的夾角為60°，可知離子運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角為60°，由幾何關(guān)系知rsin 30°＝R.由qvB＝m，解得v＝，選項(xiàng)D正確．] 3．C　[粒子以速率v垂直O(jiān)A方向射出磁場(chǎng)，由幾何關(guān)系可知，粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r＝R＝，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角等于粒子速度的偏轉(zhuǎn)角，即；當(dāng)粒子速率變?yōu)闀r(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑減為，如圖所示，粒子偏轉(zhuǎn)角為π，由粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t與軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角成正比和勻速圓周運(yùn)動(dòng)周期T＝可知，粒子減速后在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為1.5t，C項(xiàng)正確．] 4．ABD　[粒子出射方向與入射方向相反，在磁場(chǎng)中走了半周，其半徑r1＝h

9、，由牛頓第二定律得：qv1B＝m，解得：v1＝，選項(xiàng)A正確；粒子從M點(diǎn)射出，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，在△MQO1中，r22＝(R－)2＋(h－r2)2 解得：r2＝，由牛頓第二定律得：qv2B＝m，解得：v2＝，選項(xiàng)B正確；若h＝，sin∠POQ＝＝，解得： ∠POQ＝，由幾何關(guān)系得粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)所對(duì)應(yīng)的圓心角為α＝π，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期：T＝，粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t＝T＝，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)粒子軌道半徑r＝R時(shí)，其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示，圓心為O′，分別連接兩圓心與兩交點(diǎn)，則恰好形成一個(gè)菱形，由于PO′∥OJ，所以粒子從最低點(diǎn)J點(diǎn)射出，選項(xiàng)D正確．] 5．AD　[如圖所示，粒子1從M

10、點(diǎn)正對(duì)圓心射入，恰從N點(diǎn)射出，根據(jù)洛倫茲力指向圓心，和MN的中 垂線過圓心，可確定圓心為O1，半徑為R.兩個(gè)完全相同的帶電粒子以相同的速度射入磁場(chǎng)，粒子運(yùn)動(dòng)的半徑相同．粒子2從P點(diǎn)沿PQ射入，根據(jù)洛倫茲力指向圓心，圓心O2應(yīng)在P點(diǎn)上方R處，連接O2P、ON、OP、O2N，O2PON為菱形，O2N大小為R，所以粒子2一定從N點(diǎn)射出磁場(chǎng)，A正確，B錯(cuò)誤．∠MO1N＝90°，∠PO2N＝∠POQ，cos ∠POQ＝＝，所以∠PO2N＝∠POQ＝45°.兩個(gè)完全相同的帶電粒子以相同的速度射入磁場(chǎng)，粒子運(yùn)動(dòng)的周期相同．粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間與運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角成正比，所以粒子1與粒子2在磁場(chǎng)中的運(yùn)行時(shí)間之

11、比為2∶1，C錯(cuò)誤，D正確．] 6．AC 7．BD　[若r＝2R，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)時(shí)，磁場(chǎng)區(qū)域的直徑是軌跡的一條弦，作出軌跡如圖甲所示，因?yàn)閞＝2R，圓心角θ＝60°，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間tmax＝T＝·＝，故A錯(cuò)誤． 若r＝2R，粒子沿著與半徑方向成45°角斜向下射入磁場(chǎng)，如圖乙，根據(jù)幾何關(guān)系，有tan ＝＝＝，故B正確．若r＝R，粒子沿著磁場(chǎng)的半徑方向射入，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖丙所示，圓心角90°，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝T＝·＝，故C錯(cuò)誤．若r＝R，粒子沿著與半徑方向成60°角斜向下射入磁場(chǎng)，軌跡如圖丁所示，圖中軌跡圓心與磁場(chǎng)圓心以及入射點(diǎn)和出射點(diǎn)構(gòu)成菱形，圓心角為

12、150°，故D正確．] 8．(1)　(2)　(3) 解析　(1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑為r，根據(jù)題設(shè)條件畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖： 由幾何關(guān)系可以得到：r＝R， 由洛倫茲力提供向心力：qv0B＝m，得到：B＝. (2)由圖幾何關(guān)系可以得到：x＝Rsin 60°＝R， y＝－Rcos 60°＝－R. N點(diǎn)坐標(biāo)為(R，－R)． (3)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T＝，由幾何知識(shí)得到粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心角共為180°，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t1＝，粒子在磁場(chǎng)外做勻速直線運(yùn)動(dòng)，從出磁場(chǎng)到再次進(jìn)磁場(chǎng)的時(shí)間為：t2＝，其中s＝3R－R，粒子從M點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)到最終離開磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t＝t1＋t2，聯(lián)立解得t＝.