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2022年高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題三 電場(chǎng)和磁場(chǎng) 專題跟蹤訓(xùn)練9 磁場(chǎng)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

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2022年高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題三 電場(chǎng)和磁場(chǎng) 專題跟蹤訓(xùn)練9 磁場(chǎng)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

2022年高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題三 電場(chǎng)和磁場(chǎng) 專題跟蹤訓(xùn)練9 磁場(chǎng)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、選擇題1(2018·全國卷) (多選)如圖,紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)體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(diǎn),它們相對(duì)于L2對(duì)稱整個(gè)系統(tǒng)處于勻強(qiáng)外磁場(chǎng)中,外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,方向垂直于紙面向外已知a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B0和B0,方向也垂直于紙面向外則()A流經(jīng)L1的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0B流經(jīng)L1的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0C流經(jīng)L2的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0D流經(jīng)L2的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0解析由對(duì)稱性可知,流經(jīng)L1的電流在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,設(shè)為B1,流經(jīng)L2的電流在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等但方向相反,設(shè)其大小為B2,由磁場(chǎng)疊加原理有B0B1B2B0,B0B1B2B0,聯(lián)立解得B1B0,B2B0,所以A、C正確答案AC2(2018·河南六市一聯(lián))如圖所示,PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌,相距L1 mP、M間接有一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E6 V內(nèi)阻不計(jì)的電源和一只滑動(dòng)變阻器,導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌接觸良好,棒的質(zhì)量為m 0.2 kg,棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)定滑輪與物體相連,物體的質(zhì)量M0.4 kg.棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5(設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等,導(dǎo)軌與棒的電阻不計(jì),g取10 m/s2),勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T,方向豎直向下,為了使物體保持靜止,滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值不可能的是()A2 B2.5 C3 D4 解析對(duì)棒ab受力分析可知,其受繩的拉力TMg、安培力F安BIL和水平方向的摩擦力若摩擦力向左,且滿足mgMg,代入數(shù)據(jù)解得R14 ;若摩擦力向右,且滿足mgMg,代入數(shù)據(jù)解得R22.4 ,所以R的取值范圍為2.4 R4 ,則選A.答案A3(2018·廣東佛山質(zhì)檢)(多選)如圖所示,在空間內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),質(zhì)子和某種粒子從磁場(chǎng)下邊界MN上的O點(diǎn)以相同的速度v0(v0在紙面內(nèi),v0與MN的夾角為銳角)射入磁場(chǎng)中,發(fā)現(xiàn)質(zhì)子從邊界上的F點(diǎn)離開磁場(chǎng),另一粒子從E點(diǎn)離開磁場(chǎng)已知2d,d,不計(jì)粒子的重力和粒子間的相互作用力下列說法正確的是()A從E點(diǎn)飛出的可能是粒子B從E點(diǎn)飛出的可能是氚核C兩種粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等D兩種粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角相等解析設(shè)質(zhì)子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r1,另一種粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r2,兩種粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,則由幾何關(guān)系可知,d2r1sin,3d2r2sin,兩式聯(lián)立可解得r23r1,由洛倫茲力提供向心力可得r1,另一種粒子的半徑r2,可得3,故從E點(diǎn)飛出的可能是氚核,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;由幾何知識(shí)可知,兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)過的圓心角均為2(),故選項(xiàng)D正確;根據(jù)T可知兩種粒子的周期不同,由tT可知,兩粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間不相等,選項(xiàng)C錯(cuò)誤答案BD4(2018·安徽示范高中質(zhì)檢)(多選)電磁動(dòng)力發(fā)射裝置原理如圖所示,把待發(fā)射導(dǎo)體放置在強(qiáng)磁場(chǎng)中的M、N兩平行導(dǎo)軌中并與導(dǎo)軌良好接觸,導(dǎo)軌長度為x(不變),再給導(dǎo)體通以大電流,使導(dǎo)體在安培力作用下沿導(dǎo)軌加速運(yùn)動(dòng),并以某一速度發(fā)射出去已知磁場(chǎng)方向垂直兩導(dǎo)軌所在平面向上,下列說法正確的是()A要把導(dǎo)體向右發(fā)射出去,應(yīng)將N接電源正極,M接電源負(fù)極B在導(dǎo)體質(zhì)量、電流大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小一定時(shí),要增大發(fā)射速度,應(yīng)減小導(dǎo)軌間距和導(dǎo)體直徑C在其他條件不變時(shí),可改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向,使之與導(dǎo)軌所在平面平行來增大發(fā)射速度D在其他條件不變時(shí),可增大電流來增大發(fā)射速度解析由左手定則可知,要把導(dǎo)體向右發(fā)射出去,導(dǎo)體中的電流方向應(yīng)垂直紙面向里,則應(yīng)將N接電源正極,M接電源負(fù)極,A正確;導(dǎo)體發(fā)射的過程中,安培力對(duì)導(dǎo)體做正功,則由動(dòng)能定理BILxmv2可知,v,在導(dǎo)體的質(zhì)量、電流大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小一定時(shí),要增大發(fā)射速度,應(yīng)增大導(dǎo)軌間距和導(dǎo)體直徑,B錯(cuò)誤;在其他條件不變時(shí),若磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與導(dǎo)軌所在平面平行,導(dǎo)體所受的安培力在垂直導(dǎo)軌所在平面方向上,則導(dǎo)體不能發(fā)射出去,C錯(cuò)誤;由v可知,在其他條件不變時(shí),可增大電流來增大發(fā)射速度,D正確答案AD5(2018·衡水中學(xué)高三調(diào)研)如圖所示,紙面內(nèi)有寬為L,水平向右飛行的帶電粒子流,粒子質(zhì)量均為m、電荷量均為q、速率均為v0,不考慮粒子的重力及相互間的作用,要使粒子都會(huì)聚到一點(diǎn),可以在粒子流的右側(cè)虛線框內(nèi)設(shè)計(jì)一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,則磁場(chǎng)區(qū)域的形狀及對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以是哪一種(其中B0,A、C、D選項(xiàng)中曲線均為半徑是L的圓弧,B選項(xiàng)中曲線為半徑是的圓)()解析若帶電粒子水平向右射入選項(xiàng)A所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,根據(jù)洛倫茲力提供向心力,qv0B0,解得粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑RL,恰好等于磁場(chǎng)圓形邊界的半徑,所以可以使粒子都會(huì)聚到一點(diǎn)(梭形磁場(chǎng)區(qū)域的最下方點(diǎn)),選項(xiàng)A正確;對(duì)于選項(xiàng)B中的圖象,粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑是磁場(chǎng)圓半徑的2倍,所以帶電粒子流無法從磁場(chǎng)區(qū)域的同一點(diǎn)離開,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;同理可知,選項(xiàng)D的圖象也不符合題意,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;對(duì)選項(xiàng)C的圖象分析,可知粒子都從磁場(chǎng)區(qū)域的下邊界離開,但不能會(huì)聚到同一點(diǎn),選項(xiàng)C錯(cuò)誤答案A6(2018·石家莊質(zhì)檢一) (多選)如圖所示,等腰直角三角形abc區(qū)域內(nèi)存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,直角邊bc的長度為L.三個(gè)相同的帶正電粒子從b點(diǎn)沿bc方向分別以速率v1、v2、v3射入磁場(chǎng),在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為t1、t2、t3,且t1t2t3332.不計(jì)粒子的重力及粒子間的相互作用,下列說法正確的是()A粒子的速率關(guān)系一定是v1v2<v3B粒子的速率關(guān)系可能是v2<v1<v3C粒子的比荷為D粒子的比荷為解析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),由洛倫茲力提供向心力知,qvBm,解得R,設(shè)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角為,則運(yùn)動(dòng)時(shí)間t,即運(yùn)動(dòng)時(shí)間t與運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角成正比,可知帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角123t1t2t3332,分析可知v3較大,v1和v2的大小關(guān)系可能為v1>v2、v1v2或v1<v2,則選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)題述t1t2t3332,可知速率為v1和v2的粒子從ab邊射出,軌跡所對(duì)的圓心角相同,速率為v3的粒子從ac邊射出,從ab邊射出的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角為,其時(shí)間t2t1,粒子比荷為,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;速率為v3的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角為,由幾何關(guān)系可得Rcos30°L,解得RL,代入R,解得粒子比荷,選項(xiàng)D正確答案BD7(2018·昆明市高三摸底)(多選)如圖所示,在一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一通電直導(dǎo)線abc從中點(diǎn)折成夾角為120°的兩段(abc平面位于紙面內(nèi)),為使兩段通電導(dǎo)線ab、bc所受安培力大小相等,在紙面內(nèi)abc所在區(qū)域再加上另一磁感應(yīng)強(qiáng)度也為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng),此時(shí),合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)锽,則()ABB0 BBB0CBB0 DBB0解析假設(shè)選項(xiàng)A正確,即BB0,考慮到另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)的大小也為B0,應(yīng)用平行四邊形定則可得,合磁場(chǎng)B的方向與水平方向成30°角,這樣將合磁場(chǎng)分別沿著通電導(dǎo)線和垂直通電導(dǎo)線分解,則FabBcos30°·ILB0IL,F(xiàn)bcBcos30°·ILB0IL,符合題設(shè)要求,因此,選項(xiàng)A正確;同理可分析,選項(xiàng)C正確,B、D均錯(cuò)誤答案AC8(2018·沈陽市高三質(zhì)檢一)(多選)如圖所示,垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挾葹閐,縱向范圍足夠大現(xiàn)有一群電子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以相同的速率v沿紙面不同方向進(jìn)入磁場(chǎng),并從右側(cè)射出若電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為d,忽略電子間的相互作用,則下列判斷正確的是()A右邊界有電子射出的范圍為d<ydB右邊界有電子射出的范圍為0<ydC電子在磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為D電子在磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為解析沿y軸正方向射入磁場(chǎng)的電子從右邊界上yd處射出,沿x軸正方向射入磁場(chǎng)的電子運(yùn)動(dòng)軌跡剛好與右邊界在yd處相切,所以右邊界有電子射出的范圍為d<yd,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;電子射入點(diǎn)和射出點(diǎn)的連線越短,電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角越小,運(yùn)動(dòng)時(shí)間越短,當(dāng)電子射出點(diǎn)在x軸上時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的最小圓心角為,電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間t,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤答案AC9(多選)如圖所示,在正方形abcd內(nèi)充滿方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)a處有比荷相等的甲、乙兩種粒子,甲粒子以速度v1沿ab方向垂直射入磁場(chǎng),經(jīng)時(shí)間t1從d點(diǎn)射出磁場(chǎng),乙粒子沿與ab成30°角的方向以速度v2垂直射入磁場(chǎng)經(jīng)時(shí)間t2垂直cd射出磁場(chǎng),不計(jì)粒子重力和粒子間的相互作用力,則下列說法中正確的是()Av1v212 Bv1v24Ct1t221 Dt1t231解析甲、乙兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)行周期為T,因?yàn)榧?、乙兩種粒子的比荷相等,故T甲T乙設(shè)正方形的邊長為L,則由圖知甲粒子運(yùn)行半徑為r1,運(yùn)行時(shí)間為t1,乙粒子運(yùn)行半徑為r2,運(yùn)行時(shí)間為t2,而r,所以v1v2r1r24,選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確;t1t231,選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確答案BD二、非選擇題10(2018·全國卷)如圖,從離子源產(chǎn)生的甲、乙兩種離子,由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動(dòng),自M點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射入勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,磁場(chǎng)左邊界豎直已知甲種離子射入磁場(chǎng)的速度大小為v1,并在磁場(chǎng)邊界的N點(diǎn)射出;乙種離子在MN的中點(diǎn)射出;MN長為l.不計(jì)重力影響和離子間的相互作用求(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大??;(2)甲、乙兩種離子的比荷之比解析(1)設(shè)甲種離子所帶電荷量為q1、質(zhì)量為m1,在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R1,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,由動(dòng)能定理有q1Um1v由洛倫茲力公式和牛頓第二定律有q1v1Bm1由幾何關(guān)系知2R1l由式得B(2)設(shè)乙種離子所帶電荷量為q2、質(zhì)量為m2,射入磁場(chǎng)的速度為v2,在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R2.同理有q2Um2vq2v2Bm2由題給條件有2R2由式得,甲、乙兩種離子的比荷之比為14答案(1)(2)1411(2018·江蘇卷)如圖所示,真空中四個(gè)相同的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,高為4d,寬為d,中間兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域間隔為2d,中軸線與磁場(chǎng)區(qū)域兩側(cè)相交于O、O點(diǎn),各區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等某粒子質(zhì)量為m、電荷量為q,從O沿軸線射入磁場(chǎng)當(dāng)入射速度為v0時(shí),粒子從O上方處射出磁場(chǎng)取sin53°0.8,cos53°0.6.(1)求磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B;(2)入射速度為5v0時(shí),求粒子從O運(yùn)動(dòng)到O的時(shí)間t;(3)入射速度仍為5v0,通過沿軸線OO平移中間兩個(gè)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)不重疊),可使粒子從O運(yùn)動(dòng)到O的時(shí)間增加t,求t的最大值解析(1)粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r0,由題意知r0,解得B(2)設(shè)粒子在矩形磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角為由drsin,得sin,即53°在一個(gè)矩形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1·,解得t1直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2,解得t2則t4t1t2(3)將中間兩磁場(chǎng)分別向中央移動(dòng)距離x粒子向上的偏移量y2r(1cos)xtan由y2d,解得xd則當(dāng)xmd時(shí),t有最大值粒子直線運(yùn)動(dòng)路程的最大值sm(2d2xm)3d增加路程的最大值smsm2dd增加時(shí)間的最大值tm答案(1)(2)(3)

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