2020版高考物理一轮复习全程训练计划课练28带电粒子在复合场中的运动含解析.pdf
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1、带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 小题狂练 小题是基础 练小题 提分快 28 1.名师原创关于通电直导线和通电线圈周围磁场的磁感线分布和磁场方向, 不考虑地 磁场影响,下列说法正确的是( ) A通电直导线周围的磁场方向可以用右手定则判断,顺着导线看去,磁感线可表示为 以直导线为圆心的均匀分布的同心圆 B环形导线的磁场,可用安培定则判断,方法是让右手弯曲的四指与环形电流的方向 一致,伸直的拇指所指方向即为环形导线轴线上的磁场方向 C从外部看,通电螺线管周围的磁场类似于条形磁铁的磁场,螺线管内部的磁场不能 视为匀强磁场 D若把一个小磁针放在通电螺线管正上方中间位置,小磁针可能不与螺
2、线管平行 答案:B 解析 : 通电直导线周围的磁场方向可以用安培定则判断,顺着导线看去,磁感线可表示 为以直导线为圆心的分布不均匀的同心圆,选项A错误环形导线的磁场,可用安培定则判 断, 方法是让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致, 伸直的拇指所指方向即为环形导线轴 线上的磁场方向,选项B正确通电螺线管周围的磁场类似于条形磁铁的磁场,螺线管内部 的磁场可以视为匀强磁场,选项C错误若把一个小磁针放在通电螺线管正上方中间位置, 小磁针一定与螺线管平行,选项D错误 2. 预测新题已知流过通电直导线的电流大小为 I,与通电直导线距离为 r 处的 N 点的磁 感应强度大小为 BN(k 为常量) 如图所示
3、, ACD 是直角三角形, ADC60, A、 C、 D kI r 三点放置三个完全相同且垂直于该直角三角形所在平面的直导线,A、C、D 处的直导线中的 电流大小分别为 I、2I 和 2I,方向均垂直平面向里;已知 A 点的直导线在 AD 的中点 M 处的 磁感应强度大小为 B,若在 M 点固定一垂直于纸面的直导体棒,其长度为 L(L 很小),通过 的电流大小为 I,则该导体棒受到的安培力大小为( ) A.BIL B.BIL35 C.BIL D3BIL7 答案:C 解析 : 如图所示, 根据右手螺旋定则可知, C 点的直导线在 M 点处的磁感应强度大小为 2B, D 点的直导线在 M 点处的磁
4、感应强度大小为 2B, 根据磁感应强度的叠加得 M 点处的磁感应强 度大小为B,则 M 点处固定的导体棒受到的安培力大小为BIL,选项C正确77 3新情景题如图所示,空间存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场,图中虚线为匀强 电场的等势线, 一不计重力的带电粒子在 M 点以某一初速度垂直等势线进入正交电场、 磁场 中, 运动轨迹如图所示(粒子在 N 点的速度比在 M 点的速度大), 则下列说法正确的是( ) A粒子一定带正电 B粒子的运动轨迹一定是抛物线 C电场线方向一定垂直等势线向左 D粒子从 M 点运动到 N 点的过程中电势能增大 答案:C 解析 : 根据粒子在电场、磁场中的运动轨迹和左手定则可
5、知,粒子一定带负电,选项A 错误 ; 由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直,故粒子受到的合力是变力,而物体只有在恒 力作用下做曲线运动时,轨迹才是抛物线,选项B错误 ; 由于空间只存在电场和磁场,粒子 的速度增大, 说明在此过程中电场力对带电粒子做正功, 则电场线方向一定垂直等势线向左, 选项C正确;电场力做正功,电势能减小,选项D错误 4(多选)如图所示,直线 MN 与水平方向成 60角,MN 的右上方存在垂直纸面向外的 匀强磁场,左下方存在垂直纸面向里的匀强磁场,两磁场的磁感应强度大小均为 B.一粒子 源位于 MN 上的 a 点,能水平向右发射不同速率、质量为 m(重力不计)、电荷量为 q(
6、q0)的 同种粒子,所有粒子均能通过 MN 上的 b 点,已知 abL,则粒子的速度可能是( ) A. B. 3qBL 6m 3qBL 3m C. D. 3qBL 2m 3qBL m 答案:AB 解析: 由题意可知粒子可能的运动轨迹如图所示,所有圆弧的圆心角均 为120, 所以粒子运动的半径为r (n1,2,3,), 由洛伦兹力提供向心力得Bqv 3 3 L n m,则 v (n1,2,3,),所以A、B正确 v2 r Bqr m 3BqL 3m 1 n 5 名师原创(多选)回旋加速器是用来加速带电粒子的, 其核心部分是两个D形金属盒, 两盒分别和一高频交流电源两极相接,两盒间有一定的电势差
7、U,使粒子每次穿过狭缝都被 加速,两盒放在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向里,粒子源置于盒的 圆心附近,若粒子源射出的粒子带电荷量为 q、质量为 m,盒间的窄缝宽度为 d,粒子最大 回旋半径为 Rm,其运动轨迹如图所示下列说法正确的是( ) AD形金属盒的作用是屏蔽外电场,使盒内无电场 B忽略粒子在电场中运动的时间,则高频交流电源的频率为2m qB C粒子离开加速器时速度为qBR m m D考虑粒子在电场中运动的时间,则把静止粒子加速到最大动能所需时间为BR 2m 2U 答案:AC 解析 : 根据静电屏蔽的相关知识可知,D形金属盒的作用是屏蔽外电场,使盒内无电场, 选项A正
8、确 粒子在电场中运动时间极短, 因此高频交流电源频率等于粒子回旋频率, 由 T ,得回旋频率即高频交流电源频率为 f ,选项B错误粒子旋转半径最大时, 2m qB 1 T qB 2m 由牛顿第二定律得 qvmB, 解得 vm, 选项C正确 粒子最大动能 Ekm mv , mv2 m Rm qBRm m 1 2 2m q2B2R2 m 2m 粒子在电场中做匀加速直线运动,粒子每旋转一周能量增加 2qU,粒子的能量提高到 Ekm, 则旋转周数 n,粒子在磁场中运动的时间 t磁nT,旋转周数 n,在电场中运 qB2R2 m 4mU BR2 m 2U 动的距离为 2nd, 由 2nd vmt电, 解得
9、 t电, 把静止粒子加速到最大动能所需时间为 t 1 2 BRmd U t电t磁,选项D错误 BRmd U BR2 m 2U 6. 母题改编(多选)如图所示, 在以 R0为半径、 O 为圆心的圆形区域内存在磁场, 直径 MN 左侧区域存在一方向垂直于纸面向外、磁感应强度大小为 B1的匀强磁场(未画出);MN 右侧 区域存在一方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为 B2的匀强磁场(未画出)现有一质量 为 m、电荷量为 q 的带正电粒子(不计重力)从 P 点沿垂直于 MN 的方向射入磁场,通过磁场 区域后从Q点离开磁场, 离开磁场时粒子的运动方向仍垂直于MN.已知OP与MN的夹角为1, OQ 与 M
10、N 的夹角为 2,粒子在 MN 左侧区域磁场中的运动时间为 t1,粒子在 MN 右侧区域磁 场中的运动时间为 t2,则( ) A. B. B2 B1 sin1 sin2 B2 B1 sin2 sin1 C. D. t1 t2 sin2 sin1 t1 t2 sin1 sin2 答案:AD 解析:设粒子的速度为 v,它在 MN 左侧磁场中的运动轨迹为圆弧 PS,圆弧对应的圆心 为 O1,半径为 R1,如图所示,则 qvB1,且 O1P 平行于 MN;粒子进入 MN 右侧磁场中的 mv2 R1 运动轨迹为圆弧 SQ,圆弧对应的圆心为 O2,半径为 R2,如图所示,则 qvB2,且 O2Q 平 mv
11、2 R2 行于 MN,连接 O1S、SO2,则 O1、S、O2在同一条直线上,设PO1SQO2S,由几何关 系可得 OPOQR0, O1SR1, SO2R2, R1sinR0sin1, R2sinR0sin2, 联立解得 B2 B1 , 选项A正确,B错误 ; 粒子在 MN 左侧区域磁场中的运动时间为 t1T1 R1 R2 sin1 sin2 2 2 , 粒子在 MN 右侧区域磁场中的运动时间为 t2T2, 2m qB1 m qB1 2 2 2m qB2 m qB2 t1 t2 B2 B1 ,选项D正确,C错误 sin1 sin2 72019江西省赣中南五校一联一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射
12、入一匀强磁 场粒子的一段径迹如图所示,径迹上的每一小段都可近似看成圆弧,由于带电粒子使沿途 的空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变),从图中情况可以确定( ) A粒子从 a 到 b,带正电 B粒子从 a 到 b,带负电 C粒子从 b 到 a,带正电 D粒子从 b 到 a,带负电 答案:C 解析 : 由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小,速度逐渐减小,根据粒 子在磁场中运动的半径公式 r,可知,粒子运动的轨迹半径是逐渐减小的,所以粒子的 mv qB 运动轨迹是从 b 到 a,选项A、B错误 ; 再根据左手定则可知,粒子带正电,选项C正确,D 错误 8. 2019浙江省模拟如图所
13、示,在倾角为 (B2 BB1 B2,A mgtan IL 正确 9. 2019安徽省合肥模拟为监测某化工厂的污水排放量, 技术人员在该厂的排污管末端 安装了如图所示的长方体流量计该装置由绝缘材料制成,其长、宽、高分别为 a、b、c, 左右两端开口 在垂直于上下底面方向加一匀强磁场, 前后两个内侧面分别固定有金属板作 为电极污水充满管口从左向右流经该装置时,接在 M、N 两端间的电压表将显示两个电极 间的电压 U.若用 Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积), 下列说法中正确的是( ) AM 端的电势比 N 端的高 B电压表的示数 U 与 a、b 均成正比,与 c 无关 C电压表的示数 U
14、 与污水的流量 Q 成正比 D若污水中正负离子数相同,则电压表的示数为 0 答案:C 解析 : 根据左手定则,知负离子所受的洛伦兹力方向向外,则向外偏转,正离子所受的 洛伦兹力向里, 向里偏转, 因此 M 板带负电, N 板带正电, 则 M 板的电势比 N 板电势低, 故A 错误;最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡,有:qvBq ,解得 UBbv,与离子浓度 U b 无关,故BD错误;因 v,则流量 Qvbc,因此 U,与污水流量成正比,故C U Bb Uc B BQ c 正确 10. 2019湖北省部分重点中学联考如图所示,含有H、H、He的带电粒子束从小孔 O1 1 12 14 2 处射
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