（天津?qū)Ｓ茫?020高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題提升訓(xùn)練9 磁場對電流和運動電荷的作用（含解析）

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1、專題提升訓(xùn)練9　磁場對電流和運動電荷的作用 一、單項選擇題(本題共6小題,在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的) 1.(2019·天津期末)a、b、c、d為四根與紙面垂直的長直導(dǎo)線,其橫截面位于正方形的四個頂點上,導(dǎo)線中通有大小相同的電流,方向如圖所示。一帶正電的粒子從正方形中心O點沿垂直于紙面的方向向外運動,它所受洛倫茲力的方向是(　　) A.沿O到c方向 B.沿O到a方向 C.沿O到d方向 D.沿O到b方向 答案:A 解析:根據(jù)題意,由右手螺旋定則知b與d導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場正好相互抵消,而a與c導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場正好相互疊加,由右手螺旋定則,得磁場方向水平向左,當

2、一帶正電的粒子從正方形中心O點沿垂直于紙面的方向向外運動時,根據(jù)左手定則可知,它所受洛倫茲力的方向向下,即由O到c,故A正確,B、C、D錯誤。 2.(2019·陜西寶雞一模)如圖所示,垂直紙面放置的兩根平行長直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2,且I1>I2,紙面內(nèi)的一點H到兩根導(dǎo)線的距離相等,則該點的磁感應(yīng)強度方向可能為圖中的(　　) A.B1 B.B2 C.B3 D.B4 答案:C 解析:根據(jù)右手螺旋定則得出兩電流在H點的磁場方向,如圖所示,因為I1>I2,故I1產(chǎn)生的磁場大于I2產(chǎn)生的磁場,根據(jù)平行四邊形定則知H點的合磁感應(yīng)強度可能為B3方向。故C正確,A、B、D錯誤。

3、 3.(2019·浙江11月選考)電流天平是一種測量磁場力的裝置,如圖所示,兩相距很近的通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ,線圈Ⅰ固定,線圈Ⅱ置于天平托盤上,當兩線圈均無電流通過時,天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是(　　) A.當天平示數(shù)為負時,兩線圈電流方向相同 B.當天平示數(shù)為正時,兩線圈電流方向相同 C.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力大于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力 D.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對相互作用力 答案:A 解析:裝置的構(gòu)造模型為兩個線圈和一個杠桿,當線圈中通有同向電流時互相吸引,通有異向電流時互相排斥,故當天平示數(shù)為負時表示兩線圈互相吸引,所以為同向電流,A正

4、確,B錯誤;根據(jù)牛頓第三定律可知線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力等于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力,由相互作用力的特點知,線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力,不是一對相互作用力,故C、D錯誤。 4.(2019·湖北武漢檢測)如圖所示,在天花板下用細線懸掛一半徑為R的金屬圓環(huán),圓環(huán)處于靜止狀態(tài),圓環(huán)一部分處在垂直于環(huán)面的磁感應(yīng)強度大小為B的水平勻強磁場中,環(huán)與磁場邊界交點A、B與圓心O連線的夾角為120°,此時懸線的拉力為F。若圓環(huán)通電,使懸線的拉力剛好為零,則環(huán)中電流的大小和方向是(　　) A.大小為3F3BR,沿順時針方向 B.大小為3F3BR,沿逆時針方向 C.大小為3FBR,沿順時針

5、方向 D.大小為3FBR,沿逆時針方向 答案:A 解析:圓環(huán)不通電時懸線拉力為F,可知F=mg,若圓環(huán)通電,使懸線拉力剛好為零,那么F安=mg,安培力方向若要豎直向上,電流應(yīng)為順時針,F安=2BIRsin60°=3BIR,聯(lián)立得3BIR=F,則I=3F3BR,故A正確。 5.(2019·河南中原名校第四次模擬)如圖所示,平行邊界MN、PQ間有垂直紙面向里的勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,兩邊界間距為d,MN上有一粒子源A,可在紙面內(nèi)沿各個方向向磁場中射入質(zhì)量均為m、電荷量均為q的帶正電的粒子,粒子射入磁場的速度v=2qBd3m,不計粒子的重力,則粒子能從PQ邊界射出的區(qū)域長度為(　

6、　) A.d B.23d C.233d D.32d 答案:C 解析:粒子在磁場中運動的半徑R=mvqB=23d,粒子從PQ邊射出的兩個邊界粒子的軌跡如圖所示。由幾何關(guān)系可知,從PQ邊射出粒子的區(qū)域長度為l=223d2-13d2=233d,C項正確。 6.(2019·山東濟南一模)如圖所示,正方形abcd區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場,甲、乙兩帶電粒子從a點沿與ab成30°角的方向垂直射入磁場。甲粒子垂直于bc邊離開磁場,乙粒子從ad邊的中點離開磁場。已知甲、乙兩帶電粒子的電荷量之比為1∶2,質(zhì)量之比為1∶2,不計粒子重力。下列判斷正確的是(　　) A.甲粒子帶負電,乙粒

7、子帶正電 B.甲粒子的動能是乙粒子動能的16倍 C.甲粒子所受洛倫茲力是乙粒子所受洛倫茲力的33倍 D.甲粒子在磁場中的運動時間是乙粒子在磁場中運動時間的14 答案:D 解析:甲粒子向上偏轉(zhuǎn),帶正電,乙粒子向下偏轉(zhuǎn),帶負電,故A錯誤。如圖所示,由幾何關(guān)系得r甲=2l,2r乙cos30°=l2,得r乙=36l。據(jù)Bqv=mv2r得Ek=12mv2=(qBr)22m,所以Ek甲Ek乙=q甲2r甲2m乙q乙2r乙2m甲=24,故B錯誤。洛倫茲力F洛=Bqv,其中由r=mvBq得v=Bqrm,所以F洛=B2q2rm,F洛甲F洛乙=23,故C錯誤。由幾何關(guān)系知,甲轉(zhuǎn)過圓心角為30°,乙轉(zhuǎn)過圓心

8、角為120°,如圖所示。結(jié)合t=θ360°T和T=2πmBq得t甲t乙=14,故D正確。 二、多項選擇題(本題共3小題,在每小題給出的四個選項中,有多個選項是符合題目要求的) 7.(2019·陜西榆林第三次模擬)在圖甲、乙中兩點電荷電荷量相等,丙、丁中通電導(dǎo)線電流大小相等,豎直虛線為兩點電荷、兩通電導(dǎo)線的中垂線,O為連線的中點。下列說法正確的是(　　) A.圖甲和圖丁中,在連線和中垂線上,O點的電場強度和磁感應(yīng)強度都最小 B.圖甲和圖丁中,在連線和中垂線上,關(guān)于O點對稱的兩點電場強度和磁感應(yīng)強度都相等 C.圖乙和圖丙中,在連線和中垂線上,O點的電場強度和磁感應(yīng)強度都最大 D

9、.圖乙和圖丙中,在連線和中垂線上,關(guān)于O點對稱的兩點電場強度和磁感應(yīng)強度都相等 答案:AD 解析:在圖甲中,根據(jù)電場強度公式E=kQr2以及電場強度的合成可知O點電場強度為零;在圖丁中,根據(jù)右手螺旋定則以及磁場的疊加可知O點磁感應(yīng)強度為零,都是最小的,故選項A正確;圖甲和圖丁中,在連線和中垂線上,關(guān)于O點對稱的兩點電場強度和磁感應(yīng)強度只是大小相等,但是方向不同,故選項B錯誤;在圖乙中,在中垂線上O點電場強度最大,但是在連線上O點電場強度最小;在圖丙中,在連線上O點的磁感應(yīng)強度最小,在中垂線上O點的磁感應(yīng)強度都最大,故選項C錯誤;在圖乙和圖丙中,在連線和中垂線上關(guān)于O點對稱的兩點電場強度和磁

10、感應(yīng)強度大小相等、方向相同,故選項D正確。 8.(2019·廣東惠州模擬)如圖所示,在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)充滿磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,MN是一豎直放置的感光板。從圓形磁場最高點P以速度v垂直磁場正對著圓心O射入帶正電的粒子,且粒子電荷量為q、質(zhì)量為m,不考慮粒子重力,關(guān)于粒子的運動,下列說法正確的是(　　) A.粒子在磁場中通過的弧長越長,運動時間也越長 B.射出磁場的粒子其出射方向的反向延長線也一定過圓心O C.射出磁場的粒子一定能垂直打在MN上 D.只要速度滿足v=qBRm,入射的粒子出射后一定垂直打在MN上 答案:BD 解析:速度不同的同種帶電粒子在磁場中做勻速圓周運

11、動的周期相等,對著圓心入射的粒子,速度越大,在磁場中軌道半徑越大,弧長越長,軌跡對應(yīng)的圓心角θ越小,由t=θ2πT知,運動時間t越小,故A錯誤;帶電粒子的運動軌跡是圓弧,根據(jù)幾何知識可知,對著圓心入射的粒子,其出射方向的反向延長線一定過圓心,故B正確;速度不同,半徑不同,軌跡對應(yīng)的圓心角不同,對著圓心入射的粒子,出射后不一定垂直打在MN上,與粒子的速度有關(guān),故C錯誤;速度滿足v=qBRm時,粒子的軌跡半徑為r=mvqB=R,入射點、出射點、O點與軌跡的圓心構(gòu)成菱形,射出磁場時的軌跡半徑與最高點的磁場半徑垂直,粒子一定垂直打在MN板上,故D正確。 9.(2019·湖北十堰調(diào)研)如圖所示,有一垂

12、直于紙面向外的有界勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度為B,其邊界為一邊長為l的正三角形(邊界上有磁場),A、B、C為三角形的三個頂點。今有一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子(不計重力),以速度v=3qBl4m從AB邊上的某點P既垂直于AB邊又垂直于磁場的方向射入磁場,然后從BC邊上某點Q射出。若從P點射入的該粒子能從Q點射出,則(　　) A.lPB<1+34l B.lPB<2+34l C.lQB≤34l D.lQB≤12l 答案:BD 解析:粒子在磁場中運動的軌跡如圖所示,粒子在磁場中的運動軌跡半徑為r=mvBq,因此可得r=34l,當入射點為P1,圓心為O1,且此刻軌跡正好與BC相切時,PB

13、取得最大值,若粒子從BC邊射出,根據(jù)幾何關(guān)系有l(wèi)PB

14、以速度v0沿與y軸正方向成45°角的方向射入?yún)^(qū)域Ⅱ,經(jīng)x軸上的C點(圖中未畫出)進入?yún)^(qū)域Ⅰ,不計粒子重力。 (1)求OC的長度。 (2)要使粒子從DE邊界射出,區(qū)域Ⅰ磁感應(yīng)強度的最小值B應(yīng)為多大? 答案:(1)(2-1)l　(2)mv0ql 解析:(1)粒子在磁場中做圓周運動,由洛倫茲力提供向心力,有 qv0B0=mv02R2 解得在區(qū)域Ⅱ的運動半徑R2=2l 畫出其軌跡如圖,由幾何關(guān)系可知,粒子經(jīng)過x軸時速度沿y軸正方向 lOC=R2-R2sin45° 解得lOC=(2-1)l。 (2)當區(qū)域Ⅰ磁感應(yīng)強度最小時,粒子從D點射出 由幾何關(guān)系知lCE=lDE=l 運動半徑R1=l 由qv0B=mv02R1 得B=mv0ql。 - 7 -