适用于新高考新教材备战2025届高考物理一轮总复习第11章磁场第2讲磁吃运动电荷的作用力

第2讲磁场对运动电荷的作用力基础对点练题组一洛伦兹力1.(2024江苏连云港模拟)电视机显像管的偏转线圈示意图如图所示,线圈中心O处的黑点表示电子枪射出的电子,它的方向垂直纸面对外。当偏转线圈中的电流方向如图所示时,电子束应()A.向左偏转 B.向上偏转C.向下偏转 D.不偏转2.(多选)(2024广东深圳期末)如图甲所示,一个立方体空间被对角平面ABCD划分成两个区域,两区域分布有磁感应强度大小相等、方向相反,且与y轴平行的匀强磁场。一粒子以某一速度从立方体左侧垂直yOz平面进入磁场,并穿过两个磁场区域。已知该粒子运动轨迹在xOz平面的投影如图乙所示,则粒子的带电状况与磁场方向可能正确的有()3.(多选)(2024广东惠州模拟)如图所示,导线中带电粒子的定向运动形成了电流。电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和,在宏观上表现为导线所受的安培力。下面的分析正确的是()A.洛伦兹力和安培力是性质相同的两种力B.洛伦兹力的方向、粒子运动方向和磁场方向不愿定相互垂直C.粒子在只受到洛伦兹力作用时动能会削减D.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,其运动半径与带电粒子的比荷无关题组二带电粒子在匀强磁场中的运动4.(2024广东佛山模拟)一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图所示,径迹上每小段可近似看成圆弧,由于带电粒子使沿途空气电离,粒子的动能渐渐减小,粒子所带的电荷量不变,则由图中状况可判定下列说法正确的是()A.粒子从a运动到b,带正电B.粒子从b运动到a,带正电C.粒子从a运动到b,带负电D.粒子从b运动到a,带负电5.托卡马克装置是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器,其结构如图所示。工作时,高温等离子体中的带电粒子被强匀强磁场约束在环形真空室内部,而不与器壁碰撞。已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比。为了约束更高温度的等离子体,须要更强的磁场,以使带电粒子在磁场中的运动半径不变。由此可推断所需的磁感应强度B正比于()A.T B.T2 C.T D.T6.如图所示,在直角三角形ABC区域内有垂直纸面对外的匀强磁场,磁感应强度为B1。一个电子从A点沿AC边进入磁场,从BC边离开磁场,速度方向偏转了30°。已知AB=L,∠ACB=30°,tan15°=2-3。元电荷为e,电子的质量为m,不计重力,则电子的速率为()A.(2+3C.(3+37.(多选)如图所示,O点为两个半圆的圆心,两个半圆间的区域内(含边界)有垂直纸面对外的磁场(图中没有画出),磁感应强度大小与到圆心O的距离成反比。粒子a、b从左边入口进入,分别沿着内半圆和外半圆做匀速圆周运动。已知内、外半圆的半径之比为1∶2,粒子a、b的质量之比为1∶2,电荷量之比为1∶2,不计粒子的重力和粒子间的相互作用。下列说法正确的是()A.粒子a、b的速度大小之比为1∶1B.粒子a、b的速度大小之比为1∶2C.粒子a、b在磁场中运动时间之比为1∶1D.粒子a、b在磁场中运动时间之比为2∶18.(多选)如图所示,圆形区域内有垂直纸面对里的匀强磁场,一带电粒子从圆周上的P点沿半径方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为v1,运动轨迹为PN;若粒子射入磁场时的速度大小为v2,运动轨迹为PM。不计粒子的重力,下列说法正确的是()A.粒子带负电B.速度v1小于速度v2C.粒子以速度v1射入时,在磁场中运动时间较长D.粒子以速度v1射入时,在磁场中受到的洛伦兹力较大综合提升练9.(多选)(2024广东广州一模)如图所示,质子以确定初速度从a点沿ac方向进入立方体区域abcd-a'b'c'd',由c'点飞出,不计质子重力,该立方体区域可能仅存在()A.沿ab方向的匀强电场B.沿aa'方向的匀强电场C.沿bb'方向的匀强磁场D.沿bd方向的匀强磁场10.(2024广东广州模拟)用如图甲所示的洛伦兹力演示仪演示带电粒子在匀强磁场中的运动时发觉,有时玻璃泡中的电子束在匀强磁场中的运动轨迹呈“螺旋”状。现将这一现象简化成如图乙所示的情境来探讨:在空间存在平行于x轴的匀强磁场,由坐标原点在xOy平面内以初速度v0沿与x轴正方向成α角的方向,射入磁场的电子运动轨迹为螺旋线,其轴线平行于x轴,直径为D,螺距为Δx,则下列说法正确的是()A.匀强磁场的方向沿x轴负方向B.若仅增大匀强磁场的磁感应强度,则直径D减小,螺距Δx不变C.若仅增大电子入射的初速度v0,则直径D增大,螺距Δx减小D.若仅增大α角(α<90°),则直径D增大,螺距Δx减小,且当α=90°时“轨迹”为闭合的整圆11.(多选)(2024广东佛山模拟)如图所示,在正方体d'a'、a'b'、b'b、bc、cc'、c'd'六条棱上通有等大电流,O'点为正方体的中心。在O'点以速度v0沿垂直b'c'方向放射一不计重力的质子,下列质子的运动轨迹在不同坐标平面的投影可能正确的是()12.(2024天津静海模拟)如图所示,质量为m、电荷量为q的粒子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度射入宽度为d的匀强磁场中,穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角θ=60°。(1)画出偏转图,推断粒子的电性。求粒子的速度大小。(2)穿过磁场所用的时间是多少?参考答案第2讲磁场对运动电荷的作用力1.C解析依据右手螺旋定则推断上下两个线圈的N极均在左边,S极均在右边,即铁芯中间处的磁场方向是水平向右的。依据左手定则判定,由里向外射出的电子流受到的洛伦兹力向下,如图所示,故电子束向下偏转,C正确。2.BC解析若粒子带正电,依据图乙粒子运动轨迹结合左手定则可知,左下侧区域磁场方向垂直于xOz平面对里,右上侧区域磁场方向垂直于xOz平面对外,故A错误,B正确;若粒子带负电,依据图乙粒子运动轨迹结合左手定则可知,左下侧区域磁场方向垂直于xOz平面对外,右上侧区域磁场方向垂直于xOz平面对里,故C正确,D错误。3.AB解析安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观形式,故安培力和洛伦兹力是性质相同的力,本质上都是磁场对运动电荷的作用力,A正确;依据左手定则,可知洛伦兹力总是垂直磁场方向与速度方向所构成的平面,而磁场方向与速度方向不愿定垂直,B正确;洛伦兹力对粒子不做功,即粒子在只受到洛伦兹力作用时,动能不变,C错误;带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力供应向心力得qvB=mv2r,解得r=4.B解析由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的动能渐渐减小,则速度渐渐减小,依据洛伦兹力供应向心力有qvB=mv2R,可得粒子在磁场中运动的半径公式R=mvqB,所以粒子的半径渐渐减小,粒子的运动方向是从b5.C解析由牛顿其次定律得qvB=mv2r,带电粒子的动能Ek=12mv2,解得B=2mEkqr6.C解析电子从BC边离开磁场,速度方向偏转了30°,作出轨迹如图所示,依据几何关系有Rtan15°+2Rtan15°cos30°=Ltan60°,解得R=(3+3)L2,依据evB=m7.AD解析由洛伦兹力供应向心力得qvB=mv2r,得v=qBrm,得粒子a、b的速度大小之比为1∶1,A正确,B错误;磁场中运动时间t=πrv,得粒子8.BC解析依据左手定则可知粒子带正电,故A错误;依据牛顿其次定律有qvB=mv2R,解得v=qBRm,作出粒子在磁场运动的轨迹如图所示,依据图中轨迹可知,R1<R2,则有v1<v2,故B正确;粒子在磁场中的运动周期为T=2πRv=2πmqB,粒子在磁场中的运动时间为t=α2πT,由图可知运动轨迹为PN对应的圆心角大于运动轨迹为PM对应的圆心角,故粒子以速度v1射入时,在磁场中运动时间较长,故C正确;粒子在磁场中受到的洛伦兹力大小为F=qvB9.BD解析若立方体区域仅存在沿ab方向的匀强电场,质子受到的静电力沿ab方向,会在水平面内做曲线运动,无法到达c',A错误;若立方体区域仅存在沿aa'方向的匀强电场,质子受到的静电力沿aa'方向,会在竖直面内做曲线运动,有可能到达c',B正确;若立方体区域仅存在沿bb'方向的匀强磁场,质子受到水平方向的洛伦兹力,会在水平面内做曲线运动,不行能到达c',C错误;若立方体区域仅存在沿bd方向的匀强磁场,质子受到竖直方向的洛伦兹力,会在竖直面内做曲线运动,有可能到达c',D正确。10.D解析将电子的初速度沿x轴及y轴方向分解,沿x轴方向速度与磁场方向平行,做匀速直线运动,沿y轴方向,速度与磁场方向垂直,洛伦兹力供应向心力做匀速圆周运动,由左手定则可知,磁场方向沿x轴正方向,故A错误;依据牛顿其次定律得evB=mv2R,又T=2πRv,v=v0sinα,解得D=2R=2mv0sinαeB,T=2πmeB,所以Δx=vxT=2πmv0cosαeB,若仅增大磁感应强度B,则11.AD解析因d'a'和bc产生的合磁场方向在过O'点沿垂直b'c'方向斜向右上方,而另外四条直导线所产生的合磁场方向也是在过O'点沿垂直b'c'方向斜向右上方,若在O'点以速度v0沿垂直b'c'方