【三維設計】2014屆高三物理一輪 課時跟蹤檢測30 磁場對運動電荷的作用

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1、課時跟蹤檢測(三十)磁場對運動電荷的作用高考?？碱}型：選擇題計算題1(2012北京高考)處于勻強磁場中的一個帶電粒子，僅在磁場力作用下做勻速圓周運動。將該粒子的運動等效為環(huán)形電流，那么此電流值()A與粒子電荷量成正比B與粒子速率成正比C與粒子質(zhì)量成正比 D與磁感應強度成正比2.如圖1所示，ABC為與勻強磁場垂直的邊長為a的等邊三角形，磁場垂直于紙面向外，比荷為的電子以速度v0從A點沿AB方向射入，欲使電子能經(jīng)過BC邊，則磁感應強度B的取值應為()ABBB 圖1CB3. (2012蘭州模擬)如圖2所示，在勻強磁場中有1和2兩個質(zhì)子在同一平面內(nèi)沿逆時針方向做勻速圓周運動，軌道半徑r1r2并相切于P

2、點，設T1、T2，v1、v2，a1、a2，t1、t2，分別表示1、2兩個質(zhì)子的周期，線速度，向心加速度以及各自從經(jīng)過P點算起到第一次通過圖中虛線MN所經(jīng)歷的時間，則() 圖2AT1T2 Bv1v2Ca1a2 Dt1t24(2013蘇州模擬)電視顯像管上的圖像是電子束打在熒光屏的熒光點上產(chǎn)生的。為了獲得清晰的圖像電子束應該準確地打在相應的熒光點上。電子束飛行過程中受到地磁場的作用，會發(fā)生我們所不希望的偏轉(zhuǎn)。關于從電子槍射出后自西向東飛向熒光屏的過程中電子由于受到地磁場的作用的運動情況(重力不計)正確的是()A電子受到一個與速度方向垂直的恒力B電子在豎直平面內(nèi)做勻變速曲線運動C電子向熒光屏運動的過

3、程中速率不發(fā)生改變D電子在豎直平面內(nèi)的運動軌跡是圓周5. (2012北京朝陽期末)正方形區(qū)域ABCD中有垂直于紙面向里的勻強磁場，一個粒子(不計重力)以一定速度從AB邊的中點M沿既垂直于AB邊又垂直于磁場的方向射入磁場，正好從AD邊的中點N射出。若將磁感應強度B變?yōu)樵瓉淼?倍，其他條件不變，則這個粒子射出磁場的位置是() 圖3AA點 BND之間的某一點CCD之間的某一點 DBC之間的某一點6.如圖4所示為一個質(zhì)量為m、電荷量為q的圓環(huán)，可在水平放置的足夠長的粗糙細桿上滑動，細桿處于磁感應強度為B的勻強磁場中，不計空氣阻力，現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0，在以后的運動過程中，圓環(huán)運動的速度圖象不可能是

4、圖5中的() 圖4圖57. (2012丹東模擬)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖6所示。設D形盒半徑為R。若用回旋加速器加速質(zhì)子時，勻強磁場的磁感應強度為B，高頻交流電頻率為f。則下列說法正確的是() 圖6A質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2fRB質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關C只要R足夠大，質(zhì)子的速度可以被加速到任意值D不改變B和f，該回旋加速器也能用于加速粒子8(2012青島模擬)環(huán)形對撞機是研究高能粒子的

5、重要裝置，其核心部件是一個高度真空的圓環(huán)狀的空腔。若帶電粒子初速度可視為零，經(jīng)電壓為U的電場加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對撞機的環(huán)狀機腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強磁場，磁感應強度大小為B。帶電粒子將被限制在圓環(huán)狀空腔內(nèi)運動。要維持帶電粒子在圓環(huán)內(nèi)做半徑確定的圓周運動，下列說法中正確的是()圖7A對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷q/m越大，磁感應強度B越大B對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷q/m越大，磁感應強度B越小C對于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運動的周期越小D對于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運動的周期都不變9(2012安徽高考)如圖8所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于

6、紙面向里的勻強磁場，一個帶電粒子以速度v從A點沿直徑AOB方向射入磁場，經(jīng)過t時間從C點射出磁場，OC與OB成60角?，F(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)?，仍從A點沿原方向射入磁場，不計重力，則粒子在磁場中的運動時間變?yōu)?) 圖8A.t B2tC.t D3t10(2012江蘇高考)如圖9所示，MN是磁感應強度為B的勻強磁場的邊界。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在紙面內(nèi)從O點射入磁場。若粒子速度為v0，最遠能落在邊界上的A點。下列說法正確的有()圖9A若粒子落在A點的左側，其速度一定小于v0B若粒子落在A點的右側，其速度一定大于v0C若粒子落在A點左右兩側d的范圍內(nèi)，其速度不可能小于v0qBd/2mD若粒子落在

7、A點左右兩側d的范圍內(nèi)，其速度不可能大于v0qBd/2m11(2013菏澤模擬)如圖10所示，在一底邊長為2L，45的等腰三角形區(qū)域內(nèi)(O為底邊中點)有垂直紙面向外的勻強磁場?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電量為q的帶正電粒子從靜止開始經(jīng)過電勢差為U的電場加速后，從O點垂直于AB進入磁場，不計重力與空氣阻力的影響。圖10(1)粒子經(jīng)電場加速射入磁場時的速度？(2)磁感應強度B為多少時，粒子能以最大的圓周半徑偏轉(zhuǎn)后打到OA板？(3)增大磁感應強度B，可延長粒子在磁場中的運動時間，求粒子在磁場中運動的極限時間。(不計粒子與AB板碰撞的作用時間，設粒子與AB板碰撞前后，電量保持不變并以相同的速率反彈)12(201

8、2濰坊二模)如圖11所示，在第二象限和第四象限的正方形區(qū)域內(nèi)分別存在著兩勻強磁場，磁感應強度均為B，方向相反，且都垂直于xOy平面。一電子由P(d，d)點，沿x軸正方向射入磁場區(qū)域。(電子質(zhì)量為m，電量為e，sin 534/5)圖11(1)求電子能從第三象限射出的入射速度的范圍；(2)若電子從(0，d/2)位置射出，求電子在磁場中運動的時間t；(3)求第(2)問中電子離開磁場時的位置坐標。答 案課時跟蹤檢測(三十) 磁場對運動電荷的作用1選D由電流概念知，該電流是通過圓周上某一個位置(即某一截面)的電荷量與所用時間的比值。若時間為帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期T，則公式Iq/T中的電荷量

9、q即為該帶電粒子的電荷量。又T，解出I。故只有選項D正確。2選C由題意，如圖所示，電子正好經(jīng)過C點，此時圓周運動的半徑R，要想電子從BC邊經(jīng)過，圓周運動的半徑要大于，由帶電粒子在磁場中運動的公式r有，即Br2則v1v2，B錯誤；由a，T，得av，則a1a2，C正確；又兩質(zhì)子的周期相同，由圖知質(zhì)子1從經(jīng)過P點算起到第一次通過圖中虛線MN所轉(zhuǎn)過的圓心角比質(zhì)子2小，則t1t2，D正確。4選CD電子在飛行過程中受到地磁場洛倫茲力的作用，洛倫茲力是變力而且不做功，所以電子向熒光屏運動的速率不發(fā)生改變；又因為電子在自西向東飛向熒光屏的過程中所受的地磁場磁感應強度的水平分量可視為定值，故電子在豎直平面內(nèi)所受

10、洛倫茲力大小不變、方向始終與速度方向垂直，故電子在豎直平面內(nèi)的運動軌跡是圓周。5選A帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，當粒子垂直于AB邊從中點M射入，又從AD邊的中點N射出，則速度必垂直于AD邊，A點為圓心，且R，當磁感應強度加倍時，半徑變?yōu)樵瓉淼?，則A正確。6選B由左手定則可判定圓環(huán)所受洛倫茲力方向向上，圓環(huán)受豎直向下的重力、垂直桿的彈力及向左的摩擦力，當洛倫茲力初始時刻小于重力時，彈力方向豎直向上，圓環(huán)向右做減速運動，隨著速度減小，洛倫茲力減小，彈力增大，摩擦力越來越大，圓環(huán)做加速度增大的減速運動，直到速度為零而處于靜止狀態(tài)，C圖可能；當圓環(huán)所受洛倫茲力初始時刻等于重力時，彈力為零，圓環(huán)

11、做勻速直線運動，圖A有可能；當圓環(huán)所受洛倫茲力初始時刻大于重力時，彈力方向豎直向下，圓環(huán)向右做減速運動，隨著速度減小，洛倫茲力減小，彈力減小，在彈力減為零的過程中，摩擦力逐漸減小，圓環(huán)做加速度減小的減速運動，摩擦力為零時做勻速運動，圖D有可能，所以選B。7選AB由evBm可得回旋加速器加速質(zhì)子的最大速度為veBR/m，由于回旋加速器高頻交流電頻率等于質(zhì)子運動的頻率，則有feB/2m，聯(lián)立解得質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2fR，選項A、B正確；由相對論可知，質(zhì)子的速度不可能無限增大，C錯誤；由于粒子在回旋加速器中運動的頻率是質(zhì)子的1/2，不改變B和f，該回旋加速器不能用于加速粒子，選項D錯誤

12、。8選BC帶電粒子經(jīng)過加速電場后速度為v ，帶電粒子以該速度進入對撞機的環(huán)狀空腔內(nèi)，且在圓環(huán)內(nèi)做半徑確定的圓周運動，因此R ，對于給定的加速電壓，即U一定，則帶電粒子的比荷q/m越大，磁感應強度B應越小，A錯誤，B正確；帶電粒子運動周期為T2R ，對于給定的粒子，m/q確定，R確定，故C正確，D錯誤。9選B設電子粒子以速度v進入磁場做圓周運動，圓心為O1，半徑為r1，則根據(jù)qvB，得r1，根據(jù)幾何關系得tan ，且160當帶電粒子以v的速度進入時，軌道半徑r2r1，圓心在O2，則tan 。即tan 3tan。故60，2120；帶電粒子在磁場中運動的時間tT，所以，即t22t12t，故選項B正確

13、，選項A、C、D錯誤。10選BC因粒子由O點以速度v0入射時，最遠落在A點，又粒子在O點垂直射入磁場時，在邊界上的落點最遠，即，所以粒子若落在A的右側，速度應大于v0，B正確；當粒子落在A的左側時，由于不一定是垂直入射，所以速度可能等于、大于或小于v0，A錯誤；當粒子射到A點左側相距d的點時，最小速度為vmin，則，又因，所以vminv0，所以粒子落在A點左右兩側d的范圍內(nèi)，其速度不可能小于vminv0，C正確；當粒子射到A點右側相距d的點時，最小速度為v1，則，又因，即v1v0，D錯誤。11解析：(1)粒子經(jīng)電場加速射入磁場時的速度為v，由qUmv2得v (2)要使圓周半徑最大，則粒子的圓周

14、軌跡應與AC邊相切，設圓周半徑為R由圖中幾何關系：RL由qvBm得B(3)設粒子運動圓周半徑為r，r，當r越小，最后一次打到AB板的點越靠近A端點，在磁場中圓周運動累積路程越大，時間越長。當r為無窮小，經(jīng)過n個半圓運動，最后一次打到A點。有：n圓周運動周期：T最長的極限時間tmn得：tm 答案：(1) (2)(3) 12解析：(1)能射入第三象限的電子臨界軌跡如圖所示。電子偏轉(zhuǎn)半徑范圍為rd由evBm，解得veBr/m入射速度的范圍為v。(2)設電子在磁場中運動的軌道半徑為R，得R2d2(Rd/2)2解得：R5d/4PHM53由evBmR2，2/T，T2R/v，聯(lián)立解得T2m/eB，若電子從(0，d/2)位置射出，則電子在磁場中運動的時間tT。(3)根據(jù)幾何知識，帶電粒子在射出磁場區(qū)域時與水平方向夾角為53，帶電粒子在磁場區(qū)域位置N點的橫坐標為3d/8。由NBH，NB長度為Rsin 535d/44/5d，QAd5d/83d/8，由勾股定理HAd，HBRcos 533d/4所以電子離開磁場的位置坐標是(d，dd)。答案：(1)v(2)(3)8