2020版高考物理一轮复习全程训练计划课练27磁吃运动电荷的作用力含解析.pdf
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1、磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 小题狂练 小题是基础 练小题 提分快 27 1.2019江苏省东台创新学校调研(多选)以下说法正确的是( ) A电荷处于电场中一定受到静电力 B运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力 C洛伦兹力对运动电荷一定不做功 D洛伦兹力可以改变运动电荷的速度方向和速度大小 答案:AC 解析:电荷处于电场中一定受到静电力,故A项正确;运动电荷的速度方向与磁场平行 时,运动电荷不受洛伦兹力,故B项错误 ; 洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直,洛伦兹力 对运动电荷一定不做功,故C项正确 ; 洛伦兹力对运动电荷一定不做功,由动能定理得,洛 伦兹力不能改变运动电荷的动能,即洛
2、伦兹力不能改变速度的大小,只能改变速度的方向, 故D项错误 2. 2019四川省成都九校联考1931 年,著名的英国物理学家狄拉克认为,既然电有基 本电荷电子存在,磁也应有基本磁荷磁单极子存在,这样,电磁现象的完全对称性 就可以得到保证,他从理论上用极精美的数学物理公式预言,磁单极子是可以独立存在的, 其周围磁感线呈均匀辐射状分布, 类似于孤立的点电荷的电场线 以某一磁单极子N为原点 建立如图所示 Oxyz 坐标系,z 为竖直方向,则一带电微粒可以在此空间做圆周运动的平 面为( ) A一定是 z0 且平行于 xOy 的平面 B一定是在 xOy 平面 C一定是 z0 的区域,磁场的方向是斜向上的
3、圆锥形状,带电微粒若能在平行于 xOy 的 平面内做圆周运动,所受的洛伦兹力方向为垂直磁感线斜向上,重力竖直向下,合力的方向 水平指向 z 轴,故可满足做圆周运动的条件,故选项A正确,B、C、D错误 32019江西省红色七校联考如图所示,三根通电长直导线 P、Q、R 互相平行,垂 直纸面放置,其间距均为 a,电流强度均为 I,方向垂直纸面向里(已知电流为 I 的长直导线 产生的磁场中, 距导线 r 处的磁感应强度 B, 其中 k 为常量) 某时刻有一电子(质量为 m、 kI r 电荷量为 e)正好经过原点 O,速度大小为 v,方向沿 y 轴正方向,则电子此时所受的洛伦兹 力为( ) A方向垂直
4、纸面向里,大小为2evkI 3a B方向指向 x 轴正方向,大小为2evkI 3a C方向垂直纸面向里,大小为evkI 3a D方向指向 x 轴正方向,大小为evkI 3a 答案:A 解析:P、Q 两根导线到 O 点的距离相等,根据安培定则,两导线在 O 点产生的磁场方 向相反, 大小相等, 所以最终磁场的磁感应强度大小等于 R 在 O 点产生的磁场的磁感应强度 大小,根据安培定则,磁场的方向沿 x 轴负方向,ROa,磁感应强度的大小 B, 3 2 kI r 2kI 3a 根据左手定则,洛伦兹力方向垂直纸面向里,大小 FevB,故A正确 2evkI 3a 4. 2019安徽省合肥质检(多选)如
5、图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场, 一带电粒子以某速度由圆周上 A 点沿与直径 AB 成 30角的方向垂直射入磁场,其后从 C 点 射出磁场已知 CD 为圆的直径,BOC60,E、F 分别为劣弧 AD 和 AC 上的点,粒子重 力不计,则下列说法正确的是( ) A该粒子可能带正电 B粒子从 C 点射出时的速度方向一定垂直于直径 AB C若仅将粒子的入射位置由 A 点改为 E 点,则粒子仍从 C 点射出 D若仅将粒子的入射位置由 A 点改为 F 点,则粒子仍从 C 点射出 答案:BCD 解析:粒子由 A 点射入,C 点射出,可确定洛伦兹力方向,由左手定则可知,粒子带负 电,A项错误;
6、轨迹圆弧关于磁场圆心与轨迹圆圆心连线对称,所以粒子从 C 点射出时速度 方向与 DC 夹角也是 30,垂直于直径 AB,B项正确;轨迹圆半径与磁场圆半径相同,由磁 聚焦原理可知,C、D项正确 5 2019山西省榆社中学诊断如图所示, 在x轴上方存在垂直于纸面向里的匀强磁场, 磁感应强度为 B.在 xOy 平面内,从原点 O 处沿与 x 轴正方向成 角(0m.空间存在足够大的方向垂直于纸面向里的匀强磁场,某时刻开始它们以大小相 等的速度相向运动,如图,取向右为正方向,则下列图象可能正确反映它们以后运动的是 ( ) 答案:B 解析:对物块分析可知其受重力、支持力、洛伦兹力和摩擦力作用,由左手定则可
7、知, 洛伦兹力方向向上 ; 水平方向受摩擦力作用而做减速运动 ; 则由 FBqv 可知, 洛伦兹力减小, 故 m 对 M 的压力增大, 摩擦力增大, 故 m 的加速度越来越大 ; 同时 M 受 m 向右的摩擦力作用, M 也做减速运动;因摩擦力增大,故 M 的加速度也越来越大;vt 图象中图线斜率的绝对值 表示加速度大小,则可知 vt 图象中对应的图线应为曲线;对 M、m 组成的系统分析可知, 系统所受外力之和为零, 故系统的动量守恒, 最终木板和物块速度一定相同, 则有 mv0Mv0 (Mm)v,因 Mm,故最终速度一定为负值,说明最终木板和物块均向左做匀速运动,则B 正确 9. 2019贵
8、州省毕节梁才学校检测(多选)如图所示, 空间存在垂直于纸面向里的磁感应 强度为 B 的匀强磁场,场内有一绝缘的足够长的直杆,它与水平面的夹角为 ,一电荷量 为 q、质量为 m 的带负电小球套在直杆上,从 A 点由静止沿杆下滑,小球与杆之间的动摩擦 因数为 ,在小球以后的运动过程中,下列说法正确的是( ) A小球下滑的最大速度为 vmmgsin qB B小球下滑的最大加速度为 amgsin C小球的加速度一直在减小 D小球的速度先增大后不变 答案:BD 解析 : 小球开始下滑时有 mgsin(mgcosqvB)ma, 随着 v 增大, a 增大, 当 v0 时,a 达到最大值即 amgsin,此
9、时洛伦兹力大小等于 mgcos,支持力为 0,此 mgcos qB 后随着速度增大,洛伦兹力增大,支持力增大,此后下滑过程中有,mgsin(qvB mgcos)ma,随着 v 增大,a 减小,当 vm时,a0,此时达到平 mgsincos qB 衡状态,速度不变所以整个过程中,v 先增大后不变,a 先增大后减小,所以B、D正确 102019湖北省武汉调研(多选)如图(a)所示,在半径为 R 的虚线区域内存在周期 性变化的磁场,其变化规律如图(b)所示薄挡板 MN 两端点恰在圆周上,且 MN 所对的圆心 角为 120.在 t0 时, 一质量为 m、 电荷量为q 的带电粒子, 以初速度 v 从 A
10、 点沿直径 AB 射入场区, 运动到圆心 O 后, 做一次半径为 的完整的圆周运动, 再沿直线运动到 B 点, 在 B R 2 点与挡板碰撞后原速率返回(碰撞时间不计,电荷量不变),运动轨迹如图(a)中所示粒子 的重力不计,不考虑变化的磁场所产生的电场,下列说法正确的是( ) A磁场方向垂直纸面向外 B图(b)中 B02mv qR C图(b)中 T0RR v D若 t0 时,质量为 m、电荷量为q 的带电粒子,以初速度 v 从 A 点沿 AO 入射,偏 转、碰撞后,仍可返回 A 点 答案:BC 解析 : 根据题述一质量为 m、电荷量为q 的带电粒子以初速度 v 从 A 点沿直径 AB 射入 场
11、区,运动到圆心 O 后,做一次半径为 的完整的圆周运动,根据左手定则可判断出磁场方 R 2 向垂直纸面向里, 选项A错误 ; 根据洛伦兹力提供向心力, qvB0m, 且 r , 可得 B0, v2 r R 2 2mv qR 选项B正确;带电粒子做匀速圆周运动的周期 T,带电粒子以初速度 v 从 A 点 2r v R v 沿直径AB射入场区, 运动到圆心O所需时间t , 所以题图(b)中T0tT R v R v R v RR v , 选项C正确;若 t0 时,质量为 m、电荷量为q 的带电粒子以初速度 v 从 A 点沿直径 AB 射入场区,运动到圆心 O 后,根据左手定则知粒子将向下偏转与挡板
12、MN 碰撞后运动 圆周, 1 4 再与挡板 B 碰撞后运动一段圆弧后射出场区,不能返回 A 点,选项D错误 112019湖南省益阳市、湘潭市调研(多选)如图所示,两个相同的半圆形光滑绝缘 轨道分别竖直放置在匀强电场 E 和匀强磁场 B 中, 轨道两端在同一高度上, 两个相同的带正 电小球 a、b 同时从轨道左端最高点由静止释放,且在运动中始终能沿轨道通过各自轨道的 最低点 M、N,则( ) A两小球某次到达轨道最低点时的速度大小不可能有 vNvM B两小球都能到达轨道的最右端 C小球 a、b 第一次同时到达最低点 D第一次到达轨道最低点时,小球 a 对轨道的压力小于小球 b 对轨道的压力 答案
13、:AD 解析 : 由于洛伦兹力不做功,电场力对带电小球一定做负功,所以两个小球某次到达轨 道最低点时的速度不可能有 vNvM,A正确;由机械能守恒定律知,小球 b 可以到达轨道的 最右端,电场力对小球 a 做负功,故小球 a 不可能到达轨道的最右端,B错误;第一次到达 最低点的过程中,由于洛伦兹力对 b 不做功,而电场力一直对 a 做负功,因此 a 球的速率一 直小于 b 球速率, 故小球 b 第一次到达 N 点的时刻与小球 a 第一次到达 M 点的时刻不相同,C 错误 ; 由于小球能到达最低点,重力对小球 a 做正功,电场力对小球 a 做负功,由动能定理 得 mgREqR mv ,又由牛顿第
14、二定律得,FN1mgm,对小球 b,洛伦兹力不做功,只 1 2 2 1 v2 1 R 有重力做正功,由机械能守恒定律得 mgR mv ,小球 b 第一次通过最低点时由牛顿第二定 1 2 2 2 律得 FN2mgqvBm,由牛顿第三定律知,D正确 v2 2 R 122019湖北省黄冈中学模拟(多选)如图所示,下端封闭、上端开口、高 h5 m 的内壁光滑的细玻璃管竖直放置, 管底有质量 m10 g、 电荷量的绝对值|q|0.2 C的小球, 整个装置以 v5 m/s的速度沿垂直于磁场方向进入磁感应强度 B0.2 T、方向垂直纸面向 里的匀强磁场,由于外力的作用,玻璃管在磁场中的速度保持不变,最终小球
15、从上端管口飞 出g 取 10 m/s2.下列说法中正确的是( ) A小球带负电 B小球在竖直方向做匀加速直线运动 C小球在玻璃管中的运动时间小于 1 s D小球机械能的增加量为 1 J 答案:BD 解析:由左手定则可知,小球带正电,选项A错误;玻璃管在水平方向做匀速运动,则 小球在竖直方向所受的洛伦兹力恒定, 则竖直方向加速度不变, 即小球在竖直方向做匀加速 直 线 运 动 , 选 项B正 确 ; 小 球 在 竖 直 方 向 的 加 速 度 a qvBmg m m/s210 m/s2, 在管中运动的时间 t s1 s, 0.2 5 0.20.01 10 0.01 2h a 2 5 10 选项C
16、错误 ; 小球到管口时竖直方向的速度 vat10 m/s,机械能的增加量Emgh mv21 J,选项D正确 1 2 13. 2019四川省五校联考(多选)如图所示,在 x0,y0 的空间中有恒定的匀强磁场, 磁感应强度的方向垂直于 xOy 平面向里, 大小为 B.现有一质量为 m、 电荷量为 q 的带正电粒 子,从 x 轴上的某点 P 沿着与 x 轴成 30角的方向射入磁场不计重力的影响,则下列说 法正确的是( ) A只要粒子的速率合适,粒子就可能通过坐标原点 B粒子在磁场中运动所经历的时间可能为5m 3qB C粒子在磁场中运动所经历的时间可能为m qB D粒子在磁场中运动所经历的时间可能为m
17、 6qB 答案:BC 解析 : 带正电粒子由 P 点沿与 x 轴成 30角的方向入射,则粒子运动轨迹的圆心在过 P 点且与速度方向垂直的方向上,粒子在磁场中要想到达坐标原点,转过的圆心角肯定大于 180,假设如图所示,而因磁场有边界,故粒子不可能通过坐标原点,A错误;由于 P 点 的位置不定, 所以粒子在磁场中的轨迹圆弧对应的圆心角也不同, 最大的圆心角为圆弧与 y 轴相切时,偏转角度为 300,运动的时间 t T,根据粒子运动的对称性,可知粒 5 6 5m 3qB 子的运动半径无限大时,对应的最小圆心角也一定大于 120,所以运动时间 t T, 1 3 2m 3qB 故粒子在磁场中运动的时间
18、范围是t,BC正确,D错误 2m 3qB 5m 3qB 14. 2019广东省惠州一诊(多选)如图所示为某种质谱仪的工作原理示意图 此质谱仪由 以下几部分构成 : 粒子源 N,P、Q 间的加速电场,静电分析器即中心线半径为 R 的四分之一 圆形通道、通道内有均匀辐射电场,方向沿径向指向圆心 O,且与圆心 O 等距的各点电场强 度大小相等,磁感应强度为 B 的有界匀强磁场,方向垂直纸面向外,胶片 M.由粒子源发出 的不同带电粒子, 经加速电场加速后进入静电分析器, 某些粒子能沿中心线通过静电分析器 并经小孔 S 垂直磁场边界进入磁场, 最终打到胶片上的某点 粒子从粒子源发出时的初速度 不同,不计
19、粒子所受重力,下列说法中正确的是( ) A从小孔 S 进入磁场的粒子速度大小一定相等 B从小孔 S 进入磁场的粒子动能一定相等 C打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等 D打到胶片上位置距离 O 点越远的粒子,其比荷(q/m)越小 答案:CD 解析:直线加速过程,根据动能定理,有 qU mv2 mv ,电场中偏转过程,根据牛 1 2 1 2 2 0 顿第二定律,有 qEm,磁场中偏转过程,根据牛顿第二定律,有 qvBm,由式 v2 R v2 r 得 v, 即从小孔 S 进入磁场的粒子速度大小与粒子比荷有关, 故A错误 ; 由式, Ek qER m ,即从小孔 S 进入磁场的粒子的动能与 q 有
20、关,故B错误 ; 由解得 r ,打到 qER 2 1 B mER q 胶片上同一点的粒子的比荷一定相等, 由式, 比荷相同, 故粒子的速度相同, 故C正确 ; r ,故打到胶片上位置距离 O 点越远的粒子,比荷越小,故D正确 1 B mER q 15(多选)如图所示,空间有一垂直纸面向里的磁感应强度大小为 0.5 T的匀强磁场, 一质量为 0.2 kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上,在木板左端无初速度地放置一 质量为 0.05 kg、电荷量 q0.2 C的滑块,滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为 0.5,可 认为滑块受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力现对木板施加方向水平向左、大小为 0.6
21、N的恒力,g 取 10 m/s2.则( ) A木板和滑块一直做匀加速运动 B滑块先做匀加速运动后做匀速运动 C最终滑块做速度为 5 m/s的匀速运动 D最终木板做加速度为 3 m/s2的匀加速运动 答案:CD 解析 : 滑块开始运动后,受到竖直向上的洛伦兹力作用,且洛伦兹力不断增大,滑块受 到的支持力逐渐减小, 故滑块先做变加速运动, 当|q|vBmg 时, 滑块做匀速运动, 速度 v5 m/s,C正确,A、B错误 ; 此后,木板在恒力 F 作用下做匀加速直线运动,且加速度 a 3 F M m/s2,故D正确 16 图甲所示的有界匀强磁场的宽度与图乙所示的圆形匀强磁场的半径相等, 一不 计重力
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