2022高考物理二轮复习专题限时集训（九）A磁场配套作业（解析版广东省专用）

专题限时集训(九)A[专题九磁场](时间：45分钟)图9－11．如图9－1所示，在两个水平放置的平行金属板之间，电场和磁场的方向相互垂直．一束带电粒子(不计重力)沿着直线穿过两板间的空间而不发生偏转．则这些粒子一定具有相同的()A．质量mB．电荷量qC．运动速度vD．比荷eq\f(q,m)2．(双选)如图9－2所示，一个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面轴线方向成θ角(环面轴线为竖直方向)．若导线环上载有如图所示的恒定电流I，则下列说法正确的是()A．导电圆环所受安培力方向竖直向下B．导电圆环所受安培力方向竖直向上C．导电圆环所受安培力的大小为2BIRD．导电圆环所受安培力的大小为2πBIRsinθ图9－2图9－33．(双选)若粒子刚好能在如图9－3所示的竖直面内做匀速圆周运动，则可以判断()A．粒子带负电B．粒子带正电C．只能是逆时针运动D．只能是顺时针运动4．(双选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图9—4所示．设D形盒半径为R.若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f.则下列说法正确的是()图9－4A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子5．如图9—5所示，空间内匀强电场和匀强磁场相互垂直，电场的方向竖直向上，磁场方向垂直纸面向里，一带电微粒a处于静止状态，下列操作能使微粒做匀速圆周运动的是()A．只撤去电场B．只撤去磁场C．给a一个竖直向下的初速度D．给a一个垂直纸面向里的初速度图9－5图9－66．如图9—6所示，长方体玻璃水槽中盛有NaCl的水溶液，在水槽左、右侧壁内侧各装一导体片，使溶液中通入沿x轴正向的电流I，沿y轴正向加恒定的匀强磁场B.图中a、b是垂直于z轴方向上水槽的前后两个内侧面，则()A．a处电势高于b处电势B．a处离子浓度大于b处离子浓度C．溶液的上表面电势高于下表面的电势D．溶液的上表面处的离子浓度大于下表面处的离子浓度7．如图9—7所示，一个质量为m、带电荷量为＋q的小球，以初速度v0自h高度处水平抛出．不计空气阻力．重力加速度为g.(1)若在空间竖直方向加一个匀强电场，发现小球水平抛出后做匀速直线运动，求该匀强电场的场强E的大小；(2)若在空间再加一个垂直纸面向外的匀强磁场，小球水平抛出后恰沿圆弧轨迹运动，落地点P到抛出点的距离为eq\r(3)h，求该磁场的磁感应强度B的大小．图9－78．如图9－8所示，一质量为m、电荷量为＋q、重力不计的带电粒子，从A板的S点由静止开始释放，经A、B加速电场加速后，穿过中间偏转电场，再进入右侧匀强磁场区域．已知A、B间的电压为U，M、N板间的电压为2U，M、N两板间的距离和板长均为L，磁场垂直纸面向里、磁感应强度为B，有理想边界．求：(1)带电粒子离开B板时速度v0的大小；(2)带电粒子离开偏转电场时速度v的大小与方向；(3)要使带电粒子最终垂直磁场右边界射出磁场，磁场的宽度d多大？图9－89．如图9－9所示，POy区域内有沿y轴正方向的匀强电场，POx区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OP与x轴成θ角．不计重力的负电荷，质量为m、电荷量为q，从y轴上某点以初速度v0垂直电场方向进入，经电场偏转后垂直OP进入磁场，又垂直x轴离开磁场．求：(1)电荷进入磁场时的速度大小；(2)电场力对电荷做的功；(3)电场强度E与磁感应强度B的比值．图9－9专题限时集训(九)A1．C[解析]只有带电粒子受到的电场力和洛伦兹力等大反向时，粒子才能沿着直线穿过两板间的空间而不发生偏转，即qE＝qvB，故v＝eq\f(E,B)，这些粒子一定具有相同的运动速度．选项C正确．2．BD[解析]将导线分成小的电流元，任取一小段电流元为对象，把磁场分解成水平方向和竖直方向的两个分量，则竖直方向的分磁场产生的安培力为零，水平方向的分磁场产生的安培力为F＝BIL＝2πBIRsinθ，方向为竖直向上，B、D正确．3．BC[解析]粒子做匀速圆周运动，则电场力和重力平衡，故粒子带正电，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由左手定则可知，粒子做逆时针运动．4．AB[解析]由evB＝eq\f(mv2,R)可得回旋加速器加速质子的最大速度为v＝eq\f(eBR,m).由回旋加速器高频交流电频率等于质子运动的频率，则有f＝eq\f(eB,2πm)，联立解得质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR，选项A、B正确；质子的速度不能加速到无限大，因为根据狭义相对论，粒子的质量随着速度的增加而增大，而质量的变化会导致其回转周期的变化，从而破坏了电场变化周期的同步，选项C错误；由于α粒子在回旋加速器中运动的频率是质子的eq\f(1,2)，不改变B和f，该回旋加速器不能用于加速α粒子，选项D错误．5．C[解析]带电微粒处于静止状态，说明其受到的重力与电场力平衡，微粒带正电．只撤去电场，微粒在重力和洛伦兹力作用下做变速曲线运动；撤去磁场，重力与电场力依然平衡，微粒将保持静止状态；给微粒一个向下的初速度，由于重力与电场力平衡，微粒在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动；给微粒一个垂直纸面向里的初速度，微粒不受洛伦兹力作用，由于重力与电场力平衡，微粒垂直纸面做匀速直线运动．6．B[解析]溶液中通入沿x轴正向的电流I，NaCl的水溶液含有阴、阳离子，阳离子向x轴正向运动，阴离子向x轴负向运动，根据左手定则，阴、阳离子受到的洛伦兹力都偏向a处，所以a处离子浓度大于b处离子浓度，选项B正确．7．(1)eq\f(mg,q)(2)eq\f(2mv0,3qh)[解析](1)小球做匀速直线运动，说明重力和电场力平衡，根据平衡条件，有mg＝qE解得E＝eq\f(mg,q).(2)再加匀强磁场后，小球做圆周运动，洛伦兹力充当向心力，设轨道半径为R.运动轨迹如图所示．根据几何关系得x＝eq\r(2)hR2＝(R－h)2＋x2由洛伦兹力提供向心力有qv0B＝eq\f(mv\o\al(2,0),R)联立解得B＝eq\f(2mv0,3qh).8．(1)v0＝eq\r(\f(2qU,m))(2)v＝2eq\r(\f(qU,m))，与水平方向成45°(3)eq\f(\r(2mqU),qB)[解析](1)带电粒子在加速电场中，由动能定理得：qU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)解得带电粒子离开B板的速度：v0＝eq\r(\f(2qU,m)).(2)粒子进入偏转电场后，有：t＝eq\f(L,v0)E＝eq\f(2U,L)F＝qEa＝eq\f(F,m)vy＝at解得：vy＝v0v＝eq\r(v\o\al(2,0)＋v\o\al(2,y))＝2eq\r(\f(qU,m))方向与水平方向成45°角．(2)粒子进入磁场后，运动轨迹如图所示，根据牛顿第二定律得：Bqv＝meq\f(v2,R)由几何关系得：d＝Rcos45°解得：d＝eq\f(\r(2mqU),qB).9．(1)eq\f(v0,sinθ)(2)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)cot2θ(3)v0[解析](1)设带电粒子到达OP进入磁场前的瞬时速度为v，有：v＝eq\f(v0,sinθ).(2)由动能定理，电场力做的功为：WE＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)cot2θ