浙江省2013年高考物理 能力突破 8.2磁场对运动电荷的作用

1、浙江2013年物理高考能力突破：8.2磁场对运动电荷的作用(40分钟 100分)一、单项选择题(本题共4小题，每小题7分，共28分，每小题只有一个选项符合题意)1.如图所示,在通电直导线下方,有一电子沿平行导线方向以速度v向左运动,则关于电子的运动轨迹和运动半径的判断正确的是( )A.将沿轨迹运动,半径越来越小B.将沿轨迹运动,半径越来越大C.将沿轨迹运动,半径越来越小D.将沿轨迹运动,半径越来越大2.(易错题)电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是( )A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B.如果把+q改为-q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均改变C.洛伦兹

2、力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D.粒子只受到洛伦兹力作用时，运动的动能不变3.(创新题)一束带电粒子以同一速度,并从同一位置进入匀强磁场,在磁场中它们的轨迹如图所示.粒子q1的轨迹半径为r1,粒子q2的轨迹半径为r2,且r2=2r1,q1、q2分别是它们的带电量,则( )A.q1带负电、q2带正电,比荷之比为=21B.q1带负电、q2带正电,比荷之比为=12C.q1带正电、q2带负电,比荷之比为=21D.q1带正电、q2带负电,比荷之比为=114.(2012·舟山模拟)如图所示，带有正电荷的A粒子和B粒子同时从匀强磁场的边界上的P点以等大的速度，以与边界

3、成30°和60°的夹角射入磁场，又恰好不从另一边界飞出，设边界上方的磁场范围足够大，下列说法中正确的是( ) A.A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比为B.A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比为C.A、B两粒子的之比为D.A、B两粒子的之比为二、不定项选择题(本题共3小题，每小题7分，共21分，每小题至少一个选项符合题意)5.(2011· 海南高考)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图中的正方形为其边界.一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射.这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子，不计重

4、力.下列说法正确的是( )A.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同B.入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同C.在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同D.在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大6.(2012·温州模拟)1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖.若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列说法中正确的是( )A.该束带电粒子带负电B.速度选择器的P1极板带负电C.在B2磁场中运动半径越大的粒子,质量越大D.在B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷越小7.(易错题)长为l的水平极板间,有垂

5、直纸面向里的匀强磁场,如图所示,磁感应强度为B,板间距离也为l,板不带电,现有质量为m,电荷量为q的正电粒子(不计重力),从极板间左边中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是( ) A.使粒子的速度B.使粒子的速度C.使粒子的速度D.使粒子的速度三、计算题(本大题共3小题，共51分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)8.(2012·金华模拟)(15分)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

6、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°.求：(1)电子在磁场中运动的时间；(2)磁场区域的圆心坐标.9.(2012·肇庆模拟)(18分)如图所示，在一个圆形区域内，两个方向都垂直于纸面向外的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域、中，直径A2A4与A1A3的夹角为60°，一质量为m、带电荷量为+q的粒子以某一速度从区的边缘点A1处沿与A1A3成30°角的方向射入磁场，再以垂直A2A4的方向经过圆心O进入区，最后再从A2处射出磁场.已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t,求区和区中磁感应强度B1和B2的大小(忽略粒子重力)

7、.10.(预测题)(18分)在实验室中，需要控制某些带电粒子在某区域内的滞留时间，以达到预想的实验效果.现设想在xOy的纸面内存在如图所示的匀强磁场区域，在O点到P点区域的x轴上方，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，在x轴下方，磁感应强度大小也为B，方向垂直纸面向里，OP两点距答案解析1.【解析】选A.根据安培定则可以确定导线下方磁场方向垂直于纸面向里,再根据左手定则和电子带负电知,电子受洛伦兹力方向向上.再根据,B越来越大,故r越来越小,故A正确.2. 【解析】选D.因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度方向有关，如当粒子速度与磁场垂直时F=Bqv，当粒子速度与磁场平行时F

8、=0.再者由于洛伦兹力的方向永远与粒子速度方向垂直，因此速度方向不同时，洛伦兹力的方向也不同，所以A选项错误.因为+q改为-q且速度反向时所形成的电流方向与原+q运动形成的电流方向相同，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由F=Bqv知大小不变，所以B选项错误.因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场成任意夹角，所以C选项错误.因为洛伦兹力总与速度垂直，所以洛伦兹力不做功，粒子动能不变，洛伦兹力只改变粒子的运动方向，所以D选项正确.3.【解析】选C.根据知,半径与比荷成反比.故.再根据左手定则知,q1带正电,q2带负电,故C正确.4.【解析】选B.A、B粒子的运动轨迹如图所示，设磁场的宽度为L，对

9、A粒子rA+rAcos30°=L,得rA=对B粒子rB+rBcos60°=L,得rB=,故,A错，B正确.由得A、B两粒子的之比为.C、D错误.5.【解析】选B、D.根据带电粒子在磁场中运动的周期，由此可知两种粒子在磁场中的运动周期相同，若速度不同的粒子在磁场中转过的圆心角相同时，轨迹可以不同，但运动时间相同，由半径公式可知，入射速度相同的粒子轨迹相同，粒子在磁场中运动的时间，即由轨迹所对的圆心角决定，故B、D正确，A、C错误.【变式备选】如图所示,在半径为R的圆形区域内有匀强磁场.在边长为2R的正方形区域里也有匀强磁场,两个磁场的磁感应强度大小相同.两个相同的带电粒子以相

10、同的速率分别从M、N两点射入匀强磁场.在M点射入的带电粒子,其速度方向指向圆心;在N点射入的带电粒子,速度方向与边界垂直,且N点为正方形边长的中点,则下列说法正确的是( )A.带电粒子在磁场中飞行的时间可能相同B.从M点射入的带电粒子可能先飞出磁场C.从N点射入的带电粒子可能先飞出磁场D.从N点射入的带电粒子不可能比M点射入的带电粒子先飞出磁场【解析】选A、B、D.画轨迹草图如图所示,容易得出粒子在圆形磁场中的轨迹长度(或轨迹对应的圆心角)不会大于在正方形磁场中的,故A、B、D正确.6. 【解析】选D.根据左手定则可确定粒子带正电,A错误;由速度选择器中电场力和洛伦兹力方向相反知,P1板带正电

11、,B错误;根据qvB=,r=，故可以确定C错误,D正确.7.【解题指南】粒子不打在极板上,可以从左侧或右侧射出磁场,然后由运动轨迹边界条件确定粒子半径,由圆周运动规律确定临界条件.【解析】选A、C.依题意粒子打在板上的临界状态如图所示.由几何关系有,故.根据,则,.那么欲使粒子不打在极板上,可使粒子速度或.8. 【解析】(1)设电子在磁场中运动的轨迹半径为r，由题意知，电子转过的圆心角为=60°(1分)由图可知：r-L=rcos60°(2分)则r=2L(1分)电子在磁场中运动轨迹的长度为s= (2分)所以电子在磁场中的运动时间为：t= (2分)解得t=(1分)(2)ab连线

12、是磁场区域圆的直径，其圆心的纵坐标为 (1分)由图可知，abO为等边三角形，Ob=rsin60°=L,(2分)所以磁场区域圆圆心的横坐标为(1分)故其圆心坐标为 (2分)答案：(1) (2) 9.【解析】粒子在区运动轨迹的圆心在A2处，由几何知识和题意可知，轨道半径R1=R,则(3分)轨迹所对应的圆心角 (2分)则运动时间(3分)粒子在区运动轨迹的圆心在OA2的中点，由几何关系可知轨迹半径,则(3分)轨迹对应的圆心角2=，则运动时间(3分)由题意知：(2分)由式联立解得： (2分)答案：10.【解析】(1)氘核粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得 (2分)解得粒子运动的半径 (2分)由几何关系知，粒子从A点到O点的弦长为，由题意知 (3分)解得氘核粒子的比荷： (2分)由几何关系得，OA段粒子运动轨迹的弧长：，圆心角：，由以上各式解得 (3分)(2)粒子从O点到A点所经历的时间： (3分)从O点到P点所经历的时间 (3分)答案:(1) (2) 【总结提升】带电粒子在磁场中运动应