高考物理 得分關(guān)鍵題增值增分特訓(xùn) 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).doc

帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(限時(shí)：45分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1 (2013重慶5)如圖1所示，一段長(zhǎng)方體形導(dǎo)電材料，左右兩端面的邊長(zhǎng)都為a和b，內(nèi)有帶電量為q的某種自由運(yùn)動(dòng)電荷導(dǎo)電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b.當(dāng)通以從左到右的穩(wěn)恒電流i時(shí)，測(cè)得導(dǎo)電材料上、下表面之間的電壓為u，且上表面的電勢(shì)比下表面的低，由此可得該導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)電荷數(shù)及自由運(yùn)動(dòng)電荷的正負(fù)分別為()圖1a.，負(fù) b.，正c.，負(fù) d.，正答案c解析當(dāng)粒子帶負(fù)電時(shí)，粒子定向向左運(yùn)動(dòng)才能形成向右的電流，由左手定則判斷負(fù)粒子受洛倫茲力的方向向上，上表面電勢(shì)較低，符合題意由粒子做勻速運(yùn)動(dòng)知|q|vb|q|e|q|因in|q|vsn|q|vab解得n，選項(xiàng)c正確2 速度相同的一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示，則下列相關(guān)說(shuō)法中正確的是()圖2a該束帶電粒子帶負(fù)電b速度選擇器的p1極板帶負(fù)電c能通過(guò)狹縫s0的帶電粒子的速率等于d粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫s0，粒子的比荷越小答案c解析由左手定則可知，該束帶電粒子帶正電，速度選擇器的p1極板帶正電，選項(xiàng)a、b錯(cuò)誤；由qeqvb1可得能通過(guò)狹縫s0的帶電粒子的速率v，選項(xiàng)c正確；由r可知，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫s0，r越小，粒子的比荷越大，選項(xiàng)d錯(cuò)誤3 如圖3所示，兩個(gè)相同的半圓形光滑絕緣軌道分別豎直放置在勻強(qiáng)電場(chǎng)e和勻強(qiáng)磁場(chǎng)b中，軌道兩端在同一高度上，兩個(gè)相同的帶正電小球a、b同時(shí)從軌道左端最高點(diǎn)由靜止釋放，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終能通過(guò)各自軌道的最低點(diǎn)m、n，則()圖3a兩小球某次到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)的速度可能有vnvmb兩小球都能到達(dá)軌道的最右端c小球b第一次到達(dá)n點(diǎn)的時(shí)刻與小球a第一次到達(dá)m點(diǎn)的時(shí)刻相同d小球a受到的電場(chǎng)力一定不大于a的重力，小球b受到的最大洛倫茲力可能大于b的重力答案d解析由于洛倫茲力不做功，電場(chǎng)力對(duì)帶電小球一定做負(fù)功，所以兩小球某次到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)的速度不可能有vnvm，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；由機(jī)械能守恒知小球b可以到達(dá)軌道的最右端，電場(chǎng)力對(duì)小球a做負(fù)功，故小球a不能到達(dá)軌道的最右端，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；由于兩個(gè)小球受力情況不同，運(yùn)動(dòng)情況不同，故小球b第一次到達(dá)n點(diǎn)的時(shí)刻與小球a第一次到達(dá)m點(diǎn)的時(shí)刻不相同，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；由于小球能到達(dá)最低點(diǎn)，對(duì)小球a有mgrqer0，所以有mgqe，由于洛倫茲力不做功，且洛倫茲力沿半徑向外，則小球b受到的洛倫茲力沒(méi)有條件限制，選項(xiàng)d正確4 如圖4所示，一束電子以大小不同的速率沿圖示方向垂直飛入橫截面是一正方形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，下列判斷正確的是()圖4a電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，其軌跡線越長(zhǎng)b電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，其軌跡線所對(duì)應(yīng)的圓心角越大c在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的電子，其軌跡線一定重合d電子的速率不同，它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不相同答案b解析電子以大小不同的速率沿圖示方向垂直飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，根據(jù)周期公式，電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，其軌跡線所對(duì)應(yīng)的圓心角越大，選項(xiàng)b正確，a、c錯(cuò)誤；電子的速率不同，它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡不相同，3、4、5的圓心角相同，則在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，選項(xiàng)d錯(cuò)誤5 如圖5所示，三個(gè)速度大小不同的同種帶電粒子，沿同一方向從圖中長(zhǎng)方形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場(chǎng)上邊緣射入，當(dāng)它們從下邊緣飛出時(shí)相對(duì)入射方向的偏角分別為90、60、30，則它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為()圖5a111 b123c321 d1答案c解析由于粒子運(yùn)動(dòng)的偏向角等于圓弧軌跡所對(duì)的圓心角，由t可知，它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為906030321，選項(xiàng)c正確6 如圖6所示，一個(gè)靜止的質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子(重力忽略不計(jì))，經(jīng)加速電壓u加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子打到p點(diǎn)，opx，能正確反映x與u之間關(guān)系的是()圖6ax與u成正比bx與u成反比cx與成正比dx與成反比答案c解析由x2r，qumv2，可得x與成正比，選項(xiàng)c正確7 如圖7所示，在x軸上方存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b.在xoy平面內(nèi)，從原點(diǎn)o處沿與x軸正方向成角(0)以速率v發(fā)射一個(gè)帶正電的粒子(重力不計(jì))則下列說(shuō)法正確的是()圖7a若v一定，越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短b若v一定，越大，則粒子在離開(kāi)磁場(chǎng)的位置距o點(diǎn)越遠(yuǎn)c若一定，v越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的角速度越大d若一定，v越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短答案a解析由左手定則可知，帶正電的粒子向左偏轉(zhuǎn)若v一定，越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短，選項(xiàng)a正確；若v一定，等于90時(shí)，粒子在離開(kāi)磁場(chǎng)的位置距o點(diǎn)最遠(yuǎn)，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；若一定，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與v無(wú)關(guān)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的角速度與v無(wú)關(guān)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與v無(wú)關(guān)，選項(xiàng)c、d錯(cuò)誤8 如圖8所示，在半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)，有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于圓平面(未畫(huà)出)一群相同的帶電粒子(不計(jì)重力)以相同速率v0由p點(diǎn)在紙面內(nèi)沿不同方向射入磁場(chǎng)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b1時(shí)，所有粒子出磁場(chǎng)的區(qū)域占整個(gè)圓周長(zhǎng)的；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b2時(shí)，這些粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)的是.則磁感應(yīng)強(qiáng)度b1、b2的比值是()圖8a1 b2 c3 d4答案d解析假設(shè)粒子帶正電，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為b1時(shí)，粒子從a點(diǎn)射出，pa為粒子運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的直徑，由題意知poa120，則po1r，即r，得b1；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為b2時(shí)，粒子從q點(diǎn)射出，設(shè)粒子的軌跡半徑為r，則有sin ，r，顯然有60、r2r，則2r，b2.所以b1b24，d正確9 如圖9所示，帶異種電荷的粒子a、b以相同的動(dòng)能同時(shí)從o點(diǎn)射入寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩粒子的入射方向與磁場(chǎng)邊界的夾角分別為30和60，且同時(shí)到達(dá)p點(diǎn)a、b兩粒子的質(zhì)量之比為()圖9a12b21c34d43答案c解析如圖所示a、b粒子的圓心分別為oa、ob.由幾何關(guān)系可知ra，a所對(duì)的圓心角a120，a軌跡弧長(zhǎng)為sa，運(yùn)動(dòng)時(shí)間ta.同理可得rbd，b60，sb，tb，又同時(shí)到達(dá)p點(diǎn)，則tatb，而且mavmbv聯(lián)立解得mamb34，選項(xiàng)c正確二、多項(xiàng)選擇題10圖10甲是回旋加速器的原理示意圖其核心部分是兩個(gè)d形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒定)，并分別與高頻電源相連加速時(shí)某帶電粒子的動(dòng)能ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，若忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷正確的是()圖10a在ekt圖象中t4t3t3t2t2t1b高頻電流的變化周期應(yīng)該等于tntn1c粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動(dòng)能一定越大dd形盒的半徑越大，粒子獲得的最大動(dòng)能越大答案ad解析粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期t，與粒子的速度無(wú)關(guān)，粒子每次在d形盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期的時(shí)間都相等，故a正確；由于粒子每次在d形盒中偏轉(zhuǎn)半個(gè)圓周后就要加速一次，高頻電流就要反向一次，所以高頻電流的變化周期與粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相等，即t電t2(tntn1)，故b錯(cuò)誤；由nqumv可知，u不變時(shí)，粒子獲得的最大動(dòng)能與加速次數(shù)n、電荷量q都有關(guān)，故粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動(dòng)能不一定越大，c錯(cuò)誤；粒子獲得的最大動(dòng)能可由最后半個(gè)圓周的偏轉(zhuǎn)求得，設(shè)d形盒的半徑為r，則r，所以最大動(dòng)能ekmmv，r越大，ekm越大，故d正確11如圖11所示，電視機(jī)的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子束經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)方向垂直于圓面不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束將通過(guò)磁場(chǎng)中心o點(diǎn)而打到屏幕上的中心m，加磁場(chǎng)后電子束偏轉(zhuǎn)到p點(diǎn)外側(cè)現(xiàn)要使電子束偏轉(zhuǎn)回到p點(diǎn)，可行的辦法是()圖11a增大加速電壓b增加偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度c將圓形磁場(chǎng)區(qū)域向屏幕靠近些d將圓形磁場(chǎng)的半徑增大些答案ac解析當(dāng)射入圓形磁場(chǎng)的電子運(yùn)動(dòng)的半徑越大，由圓形磁場(chǎng)射出時(shí)偏轉(zhuǎn)角越小，故要使電子束偏轉(zhuǎn)回到p點(diǎn)，可以增大電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑，由r可知，速度增大或磁感應(yīng)強(qiáng)度減小都可使運(yùn)動(dòng)半徑增大，故選項(xiàng)a正確，b錯(cuò)誤由題圖可知c正確將圓形磁場(chǎng)的半徑增大些，電子束將偏轉(zhuǎn)到p點(diǎn)外側(cè)以外，選項(xiàng)d錯(cuò)誤12如圖12所示為一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的圓環(huán)，可在水平放置的粗糙細(xì)桿上自由滑動(dòng)，細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圓環(huán)以初速度v0向右運(yùn)動(dòng)直至處于平衡狀態(tài)，則圓環(huán)克服摩擦力做的功可能為()圖12a0 b.mvc. d.m(v)答案abd解析若圓環(huán)所受洛倫茲力等于重力，圓環(huán)與粗糙細(xì)桿壓力為零，摩擦力為零，圓環(huán)克服摩擦力做的功為零，選項(xiàng)a正確；若圓環(huán)所受洛倫茲力不等于重力，圓環(huán)與粗糙細(xì)桿壓力不為零，摩擦力不為零，圓環(huán)以初速度v0向右做減速運(yùn)動(dòng)若開(kāi)始圓環(huán)所受洛倫茲力小于重力，則一直減速到零，圓環(huán)克服摩擦力做的功為mv，選項(xiàng)b正確；若開(kāi)始圓環(huán)所受洛倫茲力大于重力，則減速到洛倫茲力等于重力達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定速度v，由動(dòng)能定理可得圓環(huán)克服摩擦力做的功為wmvmv2m(v)，選項(xiàng)c錯(cuò)誤，d正確13 質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子m和n，以不同的速率經(jīng)小孔s垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，帶電粒子僅受洛倫茲力的作用，運(yùn)行的半圓軌跡如圖13中虛線所示，下列表述正確的是()圖13am帶負(fù)電，n帶正電bm的速率小于n的速率c洛倫茲力對(duì)m、n不做功dm的運(yùn)行時(shí)間大于n的運(yùn)行時(shí)間答案ac解析由左手定則可知，m帶負(fù)電，n帶正電，選項(xiàng)a正確；由r可知，m的速率大于n的速率，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；洛倫茲力對(duì)m、n不做功，選項(xiàng)c正確；由t可知，m的運(yùn)行時(shí)間等于n的運(yùn)行時(shí)間，選項(xiàng)d錯(cuò)誤14如圖14所示，在xoy平面內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第一、二、四象限內(nèi)的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，第三象限內(nèi)的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外p(l,0)、q(0，l)為坐標(biāo)軸上的兩個(gè)點(diǎn)現(xiàn)有一電子從p點(diǎn)沿pq方向射出，不計(jì)電子的重力，則()圖14a若電子從p點(diǎn)出發(fā)恰好經(jīng)原點(diǎn)o第一次射出磁場(chǎng)分界線，則電子運(yùn)動(dòng)的路程一定為b若電子從p點(diǎn)出發(fā)經(jīng)原點(diǎn)o到達(dá)q點(diǎn)，則電子運(yùn)動(dòng)的路程一定為lc若電子從p點(diǎn)出發(fā)經(jīng)原點(diǎn)o到達(dá)q點(diǎn)，則電子運(yùn)動(dòng)的路程一定為2ld若電子從p點(diǎn)出發(fā)經(jīng)原點(diǎn)o到達(dá)q點(diǎn)，則電子運(yùn)動(dòng)的路程可能為l，也可能為2l答案ad解析若電子從p點(diǎn)出發(fā)恰好經(jīng)原點(diǎn)o第一次射出磁場(chǎng)分界線，畫(huà)出電子運(yùn)動(dòng)軌跡，軌跡所對(duì)的圓心角為90，軌跡半徑為l，則電子運(yùn)動(dòng)的路程一定為，選項(xiàng)a正確如圖，若電子到達(dá)o點(diǎn)時(shí)是第偶數(shù)次到達(dá)磁場(chǎng)邊界，則電子軌跡的半徑r，電子從p到q運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)為2n個(gè)圓弧的長(zhǎng)，即s2n2r2n2l.若電子到達(dá)o點(diǎn)時(shí)是第奇數(shù)次到達(dá)磁場(chǎng)邊界(如圖)，則電子軌跡的半徑r，電子由p到q的軌跡長(zhǎng)為n個(gè)圓周的長(zhǎng)即sn2rn22l，故選項(xiàng)d正確【解題方法技巧7】作圖分析法作圖法包括幾何作圖、軌跡作圖、運(yùn)動(dòng)示意圖，還有各種圖象(如vt圖象，pv圖象、pt圖