2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題復(fù)習(xí)訓(xùn)練 3-8 帶電粒子在磁場中的運動真題對點練(含解析)

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1、帶電粒子在磁場中的運動 1.(2018年高考·課標(biāo)全國卷Ⅱ)(多選)如圖3—8—31所示,紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)線L1、L2,L1中的電流方向向左,L2中的電流方向向上;L1的正上方有a、b兩點,它們相對于L2對稱.整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中,外磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0,方向垂直于紙面向外.已知a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小分別為B0和B0,方向也垂直于紙面向外.則(  ) 圖3—8—31 A.流經(jīng)L1的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0 B.流經(jīng)L1的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0 C.流經(jīng)L2的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0 D.流經(jīng)L2的電流在a點產(chǎn)生

2、的磁感應(yīng)強度大小為B0 解析:原磁場、電流的磁場方向如圖 3—8—32所示,由題意知, 圖3—8—32 在b點:B0=B0-B1+B2 在a點:B0=B0-B1-B2 由上述兩式解得 B1=B0,B2=B0. 答案:AC 2.(2017年高考·課標(biāo)全國卷Ⅰ)(多選)如圖3—8—33所示,三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距,均通有電流I,L1中電流方向與L2中的相同,與L3中的相反.下列說法正確的是(  ) 圖3—8—33 A.L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直 B.L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直 C.L1、L2和

3、L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1∶1∶ D.L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為∶∶1 解析:根據(jù)右手定則,結(jié)合矢量合成法則,L1所處磁場如圖3—8—34 a所示,L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面平行,選項A錯誤;同理,如圖3—8—34b所示,可判斷出L3所受磁場(B合3)作用力的方向(豎直向上)與L1、L2所在的平面垂直,選項B正確;同理,如圖3—8—34c所示,設(shè)一根長直導(dǎo)線在另一根導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,根據(jù)幾何知識可知,B合1=B,B合2=B,B合3=B,由安培力公式可知,L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小與該處的磁感應(yīng)強度

4、大小成正比,所以L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1∶1∶,選項C正確,D錯誤. 圖3—8—34 答案:BC 3.(2017年高考·課標(biāo)全國卷Ⅱ)如圖3—8—35所示,虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面的勻強磁場,P為磁場邊界上的一點.大量相同的帶電粒子以相同的速率經(jīng)過P點,在紙面內(nèi)沿不同方向射入磁場.若粒子射入速率為v1,這些粒子在磁場邊界的出射點分布在六分之一圓周上;若粒子射入速率為v2,相應(yīng)的出射點分布在三分之一圓周上.不計重力及帶電粒子之間的相互作用.則v2∶v1為(  ) 圖3—8—35 A.∶2 B.∶1 C.∶1 D.

5、3∶ 解析:由于是相同的粒子,粒子進入磁場時的速度大小相同,由qvB=m可知,R=,即粒子在磁場中做圓周運動的半徑相同.若粒子運動的速度大小為v1,如圖3—8—36所示,通過旋轉(zhuǎn)圓可知,當(dāng)粒子的磁場出射點A離P點最遠(yuǎn)時,則AP=2R1;同樣,若粒子運動的速度大小為v2,粒子的磁場出射點B離P點最遠(yuǎn)時,則BP=2R2,由幾何關(guān)系可知,R1=,R2=Rcos30°=R,則==,C項正確. 圖3—8—36 答案:C 4.(2019年高考·課標(biāo)全國卷Ⅰ)如圖3—8—37所示,等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成,固定于勻強磁場中,線框平面與磁感應(yīng)強度方向垂直,線框頂點M、N與直流

6、電源兩端相接,已如導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為F,則線框LMN受到的安培力的大小為(  ) 圖3—8—37 A.2F B.1.5F C.0.5F D.0 解析:設(shè)每一根導(dǎo)體棒的電阻為R,長度為L,則電路中,上下兩路電阻之比為R1∶R2=2R∶R=2∶1,根據(jù)并聯(lián)電路兩端各電壓相等的特點可知,上下兩路電流之比I1∶I2=1∶2.如圖3—8—38所示,由于上路通電的導(dǎo)體受安培力的有效長度為L,根據(jù)安培力計算公式F=ILB,可知F′∶F=I1∶I2=1∶2,得F′=F,根據(jù)左手定則可知,兩力方向相同,故線框LMN所受的合力大小為F+F′=F,故本題選B. 圖3

7、—8—38 答案:B 5.(2019年高考·課標(biāo)全國卷Ⅱ)如圖3—8—39所示,邊長為l的正方形abcd內(nèi)存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直于紙面(abcd所在平面)向外.a(chǎn)b邊中點有一電子發(fā)射源O,可向磁場內(nèi)沿垂直于ab邊的方向發(fā)射電子.已知電子的比荷為k.則從a、d兩點射出的電子的速度大小分別為(  ) 圖3—8—39 A.kBl,kBl B.kBl,kBl C.kBl,kBl D.kBl,kBl 解析:如圖3—8—40所示,a點射出粒子半徑 圖3—8—40 Ra==, 得:va==, d點射出粒子半徑為 R2=l2+(R-)2,R=l

8、 故vd==,故B選項符合題意. 答案:B 6.(2019年高考·課標(biāo)全國卷Ⅲ)如圖3—8—41所示,在坐標(biāo)系的第一和第二象限內(nèi)存在磁感應(yīng)強度大小分別為B和B、方向均垂直于紙面向外的勻強磁場.一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子垂直于x軸射入第二象限,隨后垂直于y軸進入第一象限,最后經(jīng)過x軸離開第一象限.粒子在磁場中運動的時間為(  ) 圖3—8—41 A. B. C. D. 解析:第二象限時間為t1=×=,第一象限可得θ=60°,時間t2=×=,t=t1+t2=,B正確. 圖3—8—42 答案:B 7.(2017年高考·課標(biāo)全國卷Ⅲ)如圖

9、3—8—43所示,空間存在方向垂直于紙面(xOy平面)向里的磁場.在x≥0區(qū)域,磁感應(yīng)強度的大小為B0;x<0區(qū)域,磁感應(yīng)強度的大小為λB0(常數(shù)λ>1).一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的帶電粒子以速度v0從坐標(biāo)原點O沿x軸正向射入磁場,此時開始計時,當(dāng)粒子的速度方向再次沿x軸正向時,求:(不計重力) 圖3—8—43 (1)粒子運動的時間; (2)粒子與O點間的距離. 解:(1)在勻強磁場中,帶電粒子做圓周運動.設(shè)在x≥0區(qū)域,圓周半徑為R1;在x<0區(qū)域,圓周半徑為R2. 由洛倫茲力公式及牛頓第二定律得qB0v0=m① qλB0v0=m② 粒子速度方向轉(zhuǎn)過180°時,所需

10、時間t1為t1=③ 粒子再轉(zhuǎn)過180°時,所需時間t2為t2=④ 聯(lián)立①②③④式得,所求時間為 t0=t1+t2=(1+)⑤ (2)由幾何關(guān)系及①②式得,所求距離為 d0=2(R1-R2)=(1-)⑥ 8.(2019年高考·課標(biāo)全國卷Ⅰ)如圖3—8—44所示,在直角三角形OPN區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于紙面向外.一帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)電壓U加速后,沿平行于x軸的方向射入磁場;一段時間后,該粒子在OP邊上某點以垂直于x軸的方向射出.已知O點為坐標(biāo)原點,N點在y軸上,OP與x軸的夾角為30°,粒子進入磁場的入射點與離開磁場的出射點之間的距離為d,不計重力.求

11、 圖3—8—44 (1)帶電粒子的比荷; (2)帶電粒子從射入磁場到運動至x軸的時間. 解:(1)粒子從靜止被加速的過程,根據(jù)動能定理得:qU=mv02,解得:v0= 根據(jù)題意,圖3—8—45為粒子的運動軌跡,由幾何關(guān)系可知,該粒子在磁場中運動的軌跡半徑為:r=d 圖3—8—45 粒子在磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,即:qv0B=m 聯(lián)立方程得:= (2)根據(jù)題意,粒子在磁場中運動的軌跡為四分之一圓周,長度S1=·2πr=πd 粒子射出磁場后到運動至x軸,運動的軌跡長度S2=r·tan30°=d 粒子從射入磁場到運動至x軸過程中,一直勻速率運動,則t= 解得:t=(+)·或t=(+) - 10 -

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