《高考备考指南 物理 》课件-第2讲　磁场对运动电荷的作用

第2讲磁场对运动电荷的作用(本栏目对应配套训练P80~81)知识巩固练习1.一个粒子源沿垂直于匀强磁场的方向射出一束粒子，匀强磁场的方向垂直于纸面向外，其中a、b、c、d四个粒子的运动轨迹如图所示.粒子的重力不计.则下列说法正确的是()A.a粒子带正电 B.b粒子带负电C.c粒子带负电 D.d粒子带负电【答案】B【解析】匀强磁场的方向垂直于纸面向外，a、b粒子向上偏转，根据左手定则可知a、b粒子带负电，A错误，B正确；c粒子不偏转，故c粒子不带电，C错误；根据左手定则可知d粒子带正电，D错误.2.(2023年江门一中模拟)以下各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，方向如图；带电粒子的速率均为v，方向如图；带电荷量均为q，电性如图.关于各电荷所受洛伦兹力说法正确的是() A.图甲中电荷受到的洛伦兹力垂直于纸面向内B.图乙中电荷受到的洛伦兹力大小等于0C.图丙中电荷受到的洛伦兹力大小等于qvBD.图丁中电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上【答案】D【解析】电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上，A错误；电荷受到的洛伦兹力垂直于纸面向内，不为0，B错误；电荷不受洛伦兹力的作用，C错误；电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上，D正确.3.已知通入电流为I的长直导线在周围某点产生的磁感应强度B与该点到导线间的距离r的关系为B=kIr.如图所示，竖直通电长直导线中的电流I方向向上.绝缘的光滑水平面上P处有一带正电小球从图示位置以初速度v0水平向右运动.小球始终在水平面上运动.运动轨迹用实线表示.若从上向下看，则小球的运动轨迹可能是【答案】A【解析】根据右手螺旋定则可知，直线电流I产生的磁场方向与光滑的水平面平行.根据左手定则可知，带正电的小球受到的洛伦兹力方向始终与该水平面垂直，沿水平方向没有分力，所以洛伦兹力对运动的电荷不做功，小球将做匀速直线运动，故A正确.4.下图为洛伦兹力演示仪的结构简图.由电子枪产生电子束，玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹.当通有恒定电流时前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行.电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节.适当调节U和I，玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹.下列调节方式中，一定能让圆形径迹半径增大的是()A.同时增大U和I B.同时减小U和IC.增大U，减小I D.减小U，增大I【答案】C【解析】电子在加速电场中加速，由动能定理有eU=12mv02.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有eBv0=mv02r，解得r=5.(2023年朝阳二模)如图所示，空间存在一圆形匀强磁场区域，P、M是磁场边界上的两个点.氕核(11H)和氦核(24He)分别从P点沿半径方向垂直于磁场射入，且都从MA.射入磁场的速率之比为2∶1B.在磁场中运动的时间之比为1∶1C.射入磁场时的动量大小之比为1∶1D.在磁场中运动的加速度大小之比为2∶1【答案】A【解析】氕核与氦核均从P点沿半径方向射入，从M点射出，则两粒子的运动半径相同.根据洛伦兹力提供向心力有qvB=mv2r，v=qBrm，所以氕核与氦核射入磁场的速率之比等于比荷之比，即v1v2=21，A正确；粒子在磁场中运动的时间为t=14T=14·2πmqB，所以氕核与氦核在磁场中运动的时间之比为1∶2，B错误；粒子射入磁场时的动量大小为p=mv，所以氕核与氦核射入磁场时的动量大小之比为1∶6.如图所示，在MNQP中有一垂直于纸面向里的匀强磁场.质量和电荷量都相等的带电粒子a、b、c以不同的速率从O点沿垂直于PQ的方向射入磁场，图中实线是它们的轨迹，O点是PQ的中点.不计粒子重力.下列说法正确的是()A.粒子c带负电，粒子a、b带正电B.射入磁场时，粒子b的速率最小C.粒子a在磁场中的运动时间最长D.若匀强磁场磁感应强度增大，其他条件不变，则粒子a在磁场中的运动时间不变【答案】C【解析】根据左手定则可知粒子c带正电，粒子a、b带负电，A错误.粒子在磁场中做匀速圆周运动时，由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律有qvB=mv2R，解得v=qBRm.由图知射入磁场时粒子a的半径最小，所以射入磁场时粒子a的速率最小，B错误.根据T=2πmqB可知，粒子在磁场中做圆周运动的周期相同，粒子在磁场中的运动时间为t=θ2πT=mθqB，由于m、q、B都相同，粒子a转过的圆心角θ最大，则射入磁场时粒子a的运动时间最长，C正确.若匀强磁场磁感应强度增大，其他条件不变，由牛顿第二定律有qvB=mv2R，解得R=mvqB.则粒子a射入磁场时的半径会变小，但粒子a轨迹对应的圆心角不变.由t综合提升练习7.下图为地球赤道剖面图，地球半径为R.把地面上高度为R2的区域内的地磁场视为方向垂直于剖面的匀强磁场.一带电粒子以一定速度正对地心射入该磁场区域，轨迹恰好与地面相切.不计粒子重力，则A.粒子带正电荷 B.轨迹半径为RC.轨迹半径为5R8 D.【答案】C【解析】粒子向下偏转，根据左手定则可知粒子带负电荷，A错误.如图所示，设轨迹半径为r，根据几何关系可得r2+R2+R2=(R+r)2，解得r=58R，C正确，8.(多选)如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场的边界上有两个质量和电荷量均相同的正负离子(不计重力)从点O以相同的速率先后射入磁场中，入射方向与边界成θ角.则正负离子在磁场中()A.运动时间相同B.运动轨迹半径相同C.重新回到边界时速度的大小和方向相同D.重新回到边界的位置与O点的距离都相等【答案】BCD【解析】根据左手定则可以判断两粒子运动轨迹不同，转过的圆心角不同，但是运动周期T=2πmBq相同，所以运动时间不同，A错误.根据r=mvBq可知，粒子运动半径相同，B正确.因为从同一边界射入又从相同边界射出，所以出射角等于入射角，且洛伦兹力时刻与速度垂直不做功，所以出射速度大小与入射速度相同，C正确.根据题意可知，重新回到边界的位置与O点距离d=2rsinθ相同，9.(2023年中山一中模拟)如图所示，在xOy平面内第一象限角平分线OP两侧分布着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场.现有一个质量为m、电荷量为-q的带电粒子，从M点以速度v0垂直于y轴向右进入电场区域，再从N点进入磁场区域，恰好从x轴上C点离开，且速度方向与x轴垂直.已知两点坐标M(0、3d)，N(2d、2d)，α=45°，粒子重力可忽略不计.求：(1)电场强度大小E；(2)磁感应强度大小B；(3)粒子从M点运动到C点所用的总时间t.解：(1)由题意知，粒子从M到N做类平抛运动，轨迹如图所示.在沿-y方向，有qE=ma，位移大小为Δy1=d=vy2沿x正方向做匀速运动，由几何关系有Δx1=2d=v0t，解得vy=v0.又vy=at，联立求得电场强度大小E=mv(2)由题意知，粒子从N点垂直于OP进入磁场，到从C点垂直于x轴