2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題能力訓(xùn)練 專(zhuān)題八 磁場(chǎng)性質(zhì)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).doc

2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題能力訓(xùn)練 專(zhuān)題八 磁場(chǎng)性質(zhì)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、選擇題(本題共6小題,每小題7分,共42分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,14題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,56題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,全部選對(duì)的得7分,選對(duì)但不全的得4分,有選錯(cuò)的得0分)1.(xx陜西渭南高三一模)如圖所示,一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,下面掛有匝數(shù)為n的矩形線框abcd。bc邊長(zhǎng)為l,線框的下半部分處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與線框平面垂直,在圖中垂直于紙面向里。線框中通以電流I,方向如圖所示,開(kāi)始時(shí)線框處于平衡狀態(tài)。令磁場(chǎng)反向,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小仍為B,線框達(dá)到新的平衡。則在此過(guò)程中線框位移的大小x及方向是()A.x=,方向向上B.x=,方向向下C.x=,方向向上D.x=,方向向下2.如圖所示,圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩個(gè)質(zhì)量和電荷量都相同的帶電粒子a、b,以不同的速率沿著AO方向?qū)?zhǔn)圓心O射入磁場(chǎng),其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖。若帶電粒子只受磁場(chǎng)力的作用,則下列說(shuō)法正確的是()A.a粒子速率較大B.b粒子速率較大C.b粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)D.a、b粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間一樣長(zhǎng)3.如圖所示,兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線過(guò)紙面上的M、N兩點(diǎn),且與紙面垂直,導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流。a、o、b在M、N的連線上,o為MN的中點(diǎn),c、d位于MN的中垂線上,且a、b、c、d到o點(diǎn)的距離均相等。關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場(chǎng),下列說(shuō)法正確的是()A.o點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B.a、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反C.c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相同D.a、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同4.如圖所示,在紙面內(nèi)半徑為R的圓形區(qū)域中充滿(mǎn)了垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一點(diǎn)電荷從圖中A點(diǎn)以速度v0垂直磁場(chǎng)射入,當(dāng)該電荷離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí),速度方向剛好改變了180。不計(jì)電荷的重力,下列說(shuō)法正確的是()A.該點(diǎn)電荷離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度方向的反向延長(zhǎng)線通過(guò)O點(diǎn)B.該點(diǎn)電荷的比荷為C.該點(diǎn)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為D.該點(diǎn)電荷帶正電5.(xx湖北八校聯(lián)考)如圖所示,ab是勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界,質(zhì)子H)和粒子He)先后從c點(diǎn)射入磁場(chǎng),初速度方向與ab邊界的夾角均為45,并都到達(dá)d點(diǎn)。不計(jì)空氣阻力和粒子間的作用。關(guān)于兩粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)子和粒子運(yùn)動(dòng)軌跡相同B.質(zhì)子和粒子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能相同C.質(zhì)子和粒子運(yùn)動(dòng)速率相同D.質(zhì)子和粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同6.如圖所示的區(qū)域共有六處開(kāi)口,各相鄰開(kāi)口之間的距離都相等,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面,不同速度的粒子從開(kāi)口a進(jìn)入該區(qū)域,可能從b、c、d、e、f五個(gè)開(kāi)口離開(kāi),粒子就如同進(jìn)入“迷宮”一般,可以稱(chēng)作“粒子迷宮”。以下說(shuō)法正確的是()A.從d口離開(kāi)的粒子不帶電B.從e、f口離開(kāi)的粒子帶有異種電荷C.從b、c口離開(kāi)的粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等D.從c口離開(kāi)的粒子速度是從b口離開(kāi)的粒子速度的2倍二、非選擇題(本題共4小題,共58分)7.(14分)如圖所示,正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界長(zhǎng)為a,邊界由絕緣彈性壁圍成,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子垂直于磁場(chǎng)方向和邊界,從邊界正中點(diǎn)O孔處射入磁場(chǎng),其射入時(shí)的速度為,帶電粒子與壁碰撞前后沿壁方向的分速度不變,垂直壁方向的分速度反向、大小不變,且不計(jì)摩擦,不計(jì)粒子所受重力,碰撞時(shí)無(wú)電荷量損失,求:(1)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑;(2)帶電粒子從O孔射入到從O孔射出所需要的時(shí)間。8.(14分)如圖甲所示,MN為豎直放置彼此平行的兩塊平板,板間距離為d,兩板中央各有一個(gè)小孔O、O,兩孔正對(duì),在兩板間有垂直于紙面方向的磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖乙所示。有一群正離子在t=0時(shí)垂直于M板從小孔O射入磁場(chǎng)。已知正離子質(zhì)量為m、電荷量為q,正離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期都為T(mén)0,不考慮由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的電場(chǎng)的影響,不計(jì)離子所受重力。求:甲乙(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的大小。(2)要使正離子從O孔垂直于N板射出磁場(chǎng),正離子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度v0的可能值。9.(14分)如圖所示,在坐標(biāo)系xOy中,第一象限內(nèi)充滿(mǎn)著兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)a和b,OO為分界線,磁場(chǎng)a的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B,方向垂直紙面向里;磁場(chǎng)b的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向外。P點(diǎn)在分界線上,坐標(biāo)為(4l,3l)。一質(zhì)量為m,電荷量為q的帶正電的粒子從P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向射入磁場(chǎng)b,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,粒子恰能經(jīng)過(guò)原點(diǎn)O,不計(jì)粒子重力。(sin 37=0.6,cos 37=0.8)則:(1)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的時(shí)間最少是多少?(2)粒子運(yùn)動(dòng)的速度可能是多少?10.(16分)(xx山西名校聯(lián)盟統(tǒng)考)如圖所示,圓形區(qū)域中,圓心角為30的扇面MON之外分布著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,一質(zhì)量為m、電荷量為-q的粒子,自圓心O點(diǎn)垂直于OM以速度v射入磁場(chǎng),粒子能兩次經(jīng)過(guò)邊界OM,不計(jì)粒子重力。(1)求粒子從射入到第一次穿過(guò)邊界ON,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;(2)求圓形區(qū)域的最小半徑;(3)若圓形區(qū)域無(wú)限大,現(xiàn)保持其他條件不變而將MON變?yōu)?0,求粒子射出后穿越磁場(chǎng)邊界的次數(shù)。參考答案1.B解析:線框在磁場(chǎng)中受重力、安培力、彈簧彈力,處于平衡,安培力為FB=nBIL,且開(kāi)始的方向向上,然后方向向下,大小不變。設(shè)在電流反向之前彈簧的伸長(zhǎng)為x,則反向之后彈簧的伸長(zhǎng)為(x+x),則有kx+nBIL-G=0k(x+x)-nBIL-G=0解之可得x=,且線框向下移動(dòng),故B正確。2.B解析:由洛倫茲力提供向心力,有qvB=,解得R=,可知粒子速度越大,轉(zhuǎn)動(dòng)半徑越大,所以b粒子的速率較大,選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)動(dòng)圓心角越大,運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng),因此應(yīng)該是a粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng),選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。3.C解析:由安培定則可知,兩導(dǎo)線在o點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)均豎直向下,則合磁感應(yīng)強(qiáng)度一定不為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;兩導(dǎo)線在a、b兩點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向均豎直向下,由對(duì)稱(chēng)性知,電流M在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于電流N在b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,同時(shí)電流M在b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于電流N在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,所以a、b兩點(diǎn)處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)安培定則,兩導(dǎo)線在c、d兩點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)分別垂直于c、d兩點(diǎn)與導(dǎo)線連線方向向下,且產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等,由平行四邊形定則可知,c、d兩點(diǎn)處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相同,選項(xiàng)C正確;a、c兩點(diǎn)處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均豎直向下,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.B解析:根據(jù)左手定則可知,該點(diǎn)電荷帶負(fù)電,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其速度方向的偏向角等于其運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角,根據(jù)題意,該粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡剛好是半個(gè)圓周,畫(huà)出其運(yùn)動(dòng)軌跡并找出圓心O1,如圖所示,根據(jù)幾何關(guān)系可知,軌道半徑r=,根據(jù)r=和t=可求出該點(diǎn)電荷的比荷為和該點(diǎn)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=,所以選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤;該點(diǎn)電荷離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度方向的反向延長(zhǎng)線不通過(guò)O點(diǎn),選項(xiàng)A錯(cuò)誤。本題答案為B。5.AB解析:粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),質(zhì)子和粒子從同一點(diǎn)沿相同的方向射入磁場(chǎng),然后從同一點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng),則它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡相同,故A正確;兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡相同,則它們的軌道半徑r相同,粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得qvB=m,解得v=,粒子動(dòng)能Ek=mv2=,質(zhì)子與粒子的電荷量分別為e和2e,質(zhì)量之比為14,軌道半徑r、磁感應(yīng)強(qiáng)度B都相等,則Ek質(zhì)子=Ek粒子,故B正確;由牛頓第二定律得qvB=m,解得v=,則,故C錯(cuò)誤;粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=,則,兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡相同,粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角相同,粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=T,故D錯(cuò)誤。6.AD解析:從d口離開(kāi)的粒子不偏轉(zhuǎn),所以不帶電,A正確;根據(jù)左手定則,從f、e口離開(kāi)的粒子帶有同種電荷,B錯(cuò)誤;從b口離開(kāi)的粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間是半個(gè)周期,從c口離開(kāi)的粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間是周期,C錯(cuò)誤;從c口離開(kāi)的粒子軌道半徑是從b口離開(kāi)的粒子軌道半徑的2倍,因此速度也是2倍關(guān)系,D正確。7.答案:見(jiàn)解析解析:(1)設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r,由牛頓第二定律有qvB=m解得r=a。(2)由于r=a>2a,所以粒子射到AB邊,設(shè)射到AB邊點(diǎn)E距A的距離為x由幾何知識(shí)可得r2=a2+,x=設(shè)粒子從O運(yùn)動(dòng)到E的時(shí)間為t1,OOE為,如圖所示sin =,解得=arcsin 由t=可得t1=arcsin 由分析可知粒子在磁場(chǎng)區(qū)域要運(yùn)動(dòng)8次類(lèi)似OE的曲線運(yùn)動(dòng)和2次勻速直線運(yùn)動(dòng),才可從O點(diǎn)射出設(shè)粒子從D到A的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2t2=解得t=8t1+2t2=arcsin 帶電粒子從O孔射入到射出所需要的時(shí)間為arcsin 。8.答案:(1)(2)(n=1,2,3,)解析:設(shè)垂直于紙面向里的磁場(chǎng)方向?yàn)檎较颉?1)正離子射入磁場(chǎng),洛倫茲力提供向心力B0qv0=,而v0=R由兩式得磁感應(yīng)強(qiáng)度B0=。(2)要使正離子從O孔垂直于N板射出磁場(chǎng),正離子的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)如圖所示,兩板之間正離子只運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期,即T0時(shí),有R=做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T0=當(dāng)兩板之間正離子運(yùn)動(dòng)n個(gè)周期,即nT0時(shí),有R=(n=1,2,3,)聯(lián)立求解,得正離子的速度的可能值為v0=(n=1,2,3,)。9.答案:(1)(2)(n=1,2,3,)解析:(1)設(shè)粒子的入射速率為v,用Ra、Rb、Ta、Tb分別表示粒子在磁場(chǎng)a和b運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期則Ra=,Rb=Ta=Tb=粒子先從磁場(chǎng)b運(yùn)動(dòng),后進(jìn)入磁場(chǎng)a運(yùn)動(dòng),然后從O點(diǎn)射出,粒子從P運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)所用時(shí)間最短。如圖所示tan =得=37粒子在磁場(chǎng)b和磁場(chǎng)a運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為tb=Tb,ta=Ta故從P到O所用最少時(shí)間為t=ta+tb=。(2)由題意及圖可知n(2Racos +2Rbcos )=(n=1,2,3,)解得v=(n=1,2,3,)。10.答案:(1)(2)(3)15次解析:(1)粒子第一次穿過(guò)邊界,偏轉(zhuǎn)角=120時(shí)間t=T其中T=,得t=。(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)qvB=半徑R=要保證粒子兩次穿過(guò)OM,磁場(chǎng)最小區(qū)域應(yīng)與粒子圓周運(yùn)動(dòng)在E點(diǎn)相切在O1AB中,O1B=2R在O2BD中,BD=在ODO2中,OD=OB-BD=RO2D=R得OO2=R最小半徑r=OE=。(3)MON變?yōu)?0,首次從ON邊界向下穿出時(shí)與之夾角為80首次向上穿出OM時(shí)與之夾角為70每次從邊界向扇面區(qū)穿出,均比上次夾角減小10直到向上穿出時(shí),與OM夾角為10,不再進(jìn)入磁場(chǎng)。故穿越邊界的次數(shù)為15次。