高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題十六 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用
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專題十六 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 考綱解讀 章 內(nèi)容 考試要求 說(shuō)明 必考 加試 磁場(chǎng) 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 c c 1.不要求計(jì)算電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不垂直情況下的洛倫茲力 2.不要求推導(dǎo)洛倫茲力公式 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) d 一、洛倫茲力 1.洛倫茲力: 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力. 2.洛倫茲力的方向: (1)判斷方法:左手定則. ①磁感線垂直穿過(guò)手心. ②四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向. ③拇指指向正電荷所受洛倫茲力的方向. (2)方向特點(diǎn):F⊥B,F(xiàn)⊥v,即F垂直于B和v決定的平面.(注意:B和v不一定垂直) 3.洛倫茲力的大小: (1)v∥B時(shí),洛倫茲力F=0. (2)v⊥B時(shí),洛倫茲力F=qvB. (3)v=0時(shí),洛倫茲力F=0. 二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(加試) 1.洛倫茲力的特點(diǎn):洛倫茲力不改變帶電粒子速度的大小,或者說(shuō),洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功. 2.粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì): (1)若v0∥B,則粒子不受洛倫茲力,在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng). (2)若v0⊥B時(shí),則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 3.半徑和周期公式: (1)由qvB=m,得r=. (2)由v=,得T=. 1.下列說(shuō)法正確的是( ) A.運(yùn)動(dòng)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方,一定受到洛倫茲力的作用 B.運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛倫茲力的作用,則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C.洛倫茲力既不能改變帶電粒子的動(dòng)能,也不能改變帶電粒子的速度 D.洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功 答案 D 解析 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力F=qvBsin θ,所以F的大小不但與q、v、B的大小有關(guān)系,還與v的方向與B的夾角θ有關(guān)系,當(dāng)θ=0或180時(shí),F(xiàn)=0,此時(shí)B不一定為零,所以A、B錯(cuò);又因?yàn)槁鍌惼澚εc帶電粒子的速度始終垂直,所以洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功,帶電粒子的動(dòng)能也就不變,但帶電粒子速度方向要改變,所以C錯(cuò)、D對(duì). 圖1 2.(2016麗水學(xué)考模擬)如圖1所示,在蹄形磁鐵兩極間放置一陰極射線管,一束電子從A端高速射向B端,當(dāng)它經(jīng)過(guò)蹄形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí),受的洛倫茲力方向( ) A.向上 B.向下 C.指向N極 D.指向S極 答案 B 解析 電子從陰極射向陽(yáng)極,根據(jù)左手定則,磁感線垂直穿入手心,四指指向電子束運(yùn)動(dòng)的反方向,洛倫茲力的方向向下,故選B. 3.(2016浙江學(xué)考模擬)下面四幅圖表示了磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電荷速度v和洛倫茲力F三者方向之間的關(guān)系,其中正確的是( ) A B C D 答案 B 解析 A中電荷受力向下,B中電荷受力向上,C中電荷受力垂直紙面向外,D中電荷不受力,故B正確. 4.如圖2所示,一個(gè)帶負(fù)電的物體從粗糙斜面頂端滑到底端,速度為v.若加上一個(gè)垂直紙面向外的磁場(chǎng),則滑到底端時(shí)( ) 圖2 A.v變大 B.v變小 C.v不變 D.不能確定v的變化 答案 B 解析 由于帶負(fù)電的物體沿斜面下滑時(shí)受到垂直斜面向下的洛倫茲力作用,故物體對(duì)斜面的正壓力增大,斜面對(duì)物體的滑動(dòng)摩擦力增大,由于物體克服摩擦力做功增大,所以物體滑到底端時(shí)v變小,B正確. 5.兩相鄰勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不同、方向平行.一速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的帶電粒子(不計(jì)重力),從較強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域進(jìn)入到較弱磁場(chǎng)區(qū)域后,粒子的( ) A.軌道半徑減小,角速度增大 B.軌道半徑減小,角速度減小 C.軌道半徑增大,角速度增大 D.軌道半徑增大,角速度減小 答案 D 解析 由于速度方向與磁場(chǎng)方向垂直,粒子受洛倫茲力作用做勻速圓周運(yùn)動(dòng),即qvB=,軌道半徑r=,從較強(qiáng)磁場(chǎng)進(jìn)入較弱磁場(chǎng)后,速度大小不變,軌道半徑r變大,根據(jù)角速度ω==可知角速度變小,選項(xiàng)D正確. 6.(2016臺(tái)州市9月選考)用洛倫茲力演示儀可以觀察電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡.圖3(甲)是洛倫茲力演示儀的實(shí)物圖,圖(乙)是結(jié)構(gòu)示意圖.勵(lì)磁線圈通電后可以產(chǎn)生垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),勵(lì)磁線圈中的電流越大,產(chǎn)生的磁場(chǎng)越強(qiáng).圖(乙)中電子經(jīng)電子槍中的加速電場(chǎng)加速后水平向左垂直磁感線方向射入磁場(chǎng).下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和分析正確的是( ) 圖3 A.僅增大勵(lì)磁線圈中的電流,電子束徑跡的半徑變小 B.僅升高電子槍加速電場(chǎng)的電壓,電子束徑跡的半徑變小 C.僅升高電子槍加速電場(chǎng)的電壓,電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期將變小 D.要使電子形成如圖(乙)中的運(yùn)動(dòng)徑跡,勵(lì)磁線圈應(yīng)通以逆時(shí)針?lè)较虻碾娏? 答案 B 解析 由evB=m得r=,僅增大勵(lì)磁線圈中的電流,磁場(chǎng)增強(qiáng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大,即r減小,電子束徑跡半徑變小,A正確;僅升高電子槍加速電場(chǎng)的電壓,由動(dòng)能定理eU=mv2得v=,即v增大,又r=,所以電子束徑跡的半徑變大,B不正確;因T==,周期與速度v大小無(wú)關(guān),電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期不變,C不正確;要使電子形成圖乙中的運(yùn)動(dòng)徑跡,玻璃泡內(nèi)磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向里,而要形成垂直紙面向里的磁場(chǎng),由安培定則知,勵(lì)磁線圈中應(yīng)通以順時(shí)針?lè)较虻碾娏?,D不正確. 對(duì)洛倫茲力的理解 1.洛倫茲力的特點(diǎn) (1)洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場(chǎng)方向決定的平面. (2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí),洛倫茲力的方向也隨之變化. (3)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中不一定受洛倫茲力作用. (4)根據(jù)左手定則判斷洛倫茲力方向,一定要分清正、負(fù)電荷. (5)洛倫茲力一定不做功. 2.洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較 洛倫茲力 電場(chǎng)力 產(chǎn)生條件 v≠0且v與B不平行 電荷處在電場(chǎng)中 大小 F=qvB(v⊥B) F=qE 力方向與場(chǎng) 方向的關(guān)系 一定是F⊥B,F(xiàn)⊥v,與電荷電性無(wú)關(guān) 正電荷受到的電場(chǎng)力與電場(chǎng)方向相同,負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力與電場(chǎng)方向相反 做功情況 任何情況下都不做功 可能做正功、負(fù)功,也可能不做功 力為零時(shí) 場(chǎng)的情況 F為零,B不一定為零 F為零,E一定為零 作用效果 只改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向,不改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度大小 既可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度大小,也可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向 例1 如圖4,在陰極射線管正下方平行放置一根通有足夠強(qiáng)電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線,且導(dǎo)線中電流方向水平向右,則陰極射線將會(huì)( ) 圖4 A.向上偏轉(zhuǎn) B.向下偏轉(zhuǎn) C.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) D.向紙外偏轉(zhuǎn) 答案 A 解析 由通電導(dǎo)線的電流方向,根據(jù)安培定則可知陰極射線管處于垂直紙面向外的磁場(chǎng)中,電子流方向從左向右,則由左手定則可得陰極射線向上偏轉(zhuǎn). 洛倫茲力方向的確定方法 (1)確定洛倫茲力的方向需要用左手定則,還需明確運(yùn)動(dòng)電荷的電性,特別注意負(fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與左手四指的指向應(yīng)相反. (2)洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)方向都垂直,即洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向和磁場(chǎng)方向共同確定的平面. (3)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí),洛倫茲力的方向也隨之變化. 變式題組 1.關(guān)于洛倫茲力,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),一定受到洛倫茲力的作用 B.若帶電粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn)時(shí)所受的洛倫茲力為零,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C.當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)平行時(shí),電荷不受洛倫茲力 D.當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)垂直時(shí),電荷不受洛倫茲力 答案 C 2.(2015海南單科1)如圖5,a是豎直平面P上的一點(diǎn).P前有一條形磁鐵垂直于P,且S極朝向a點(diǎn).P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場(chǎng)的共同作用下,在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過(guò)a點(diǎn).在電子經(jīng)過(guò)a點(diǎn)的瞬間,條形磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)該電子的作用力的方向( ) 圖5 A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 答案 A 解析 a點(diǎn)處磁場(chǎng)垂直于紙面向外,根據(jù)左手定則可以判斷電子受力向上,A正確. 3.(2016諸暨市期末)如圖6所示,帶電平行板中勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,某帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點(diǎn)自由滑下,經(jīng)過(guò)軌道端點(diǎn)P進(jìn)入板間后恰能沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng).若使小球從較低的b點(diǎn)開始下滑,經(jīng)P點(diǎn)進(jìn)入板間,則以下說(shuō)法正確的是( ) 圖6 A.小球一定帶正電 B.小球仍做直線運(yùn)動(dòng) C.小球的電勢(shì)能將減小 D.小球的電場(chǎng)力將增大 答案 A 解析 若小球帶正電,進(jìn)入板間受到的電場(chǎng)力向上,根據(jù)左手定則可知,洛倫茲力方向向上,二力的合力與重力平衡時(shí),小球做勻速直線運(yùn)動(dòng);同理分析可知,若小球帶負(fù)電,則小球的合力方向向下,無(wú)法沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng),A項(xiàng)正確;若小球從b點(diǎn)下滑,進(jìn)入板間的速度變小,所受洛倫茲力變小,電場(chǎng)力和重力不變,無(wú)法做直線運(yùn)動(dòng),B、D錯(cuò)誤;小球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增大,C錯(cuò)誤. 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)(加試) 1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 若v⊥B,帶電粒子僅受洛倫茲力作用,將在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做勻速圓周運(yùn)動(dòng). → 2.圓心的確定 (1)已知入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、入射方向和出射方向時(shí),可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線,兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌跡的圓心(如圖7甲所示,P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn)). 圖7 (2)已知入射方向、入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí),可以通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線,連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn),作其中垂線,這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌跡的圓心(如圖乙所示,P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn)). 3.半徑的確定 可利用物理學(xué)公式或幾何知識(shí)(勾股定理、三角函數(shù)等)求出半徑大?。? 4.運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為T,當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為θ時(shí),其運(yùn)動(dòng)時(shí)間表示為t=T(或t=). 例2 (2015浙江1月學(xué)考)如圖8所示,粒子源P會(huì)發(fā)出電荷量相等的帶電粒子.這些粒子經(jīng)裝置M加速并篩選后,能以相同的速度從A點(diǎn)垂直磁場(chǎng)方向沿AB射入正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)ABCD.粒子1、粒子2分別從AD中點(diǎn)和C點(diǎn)射出磁場(chǎng).不計(jì)粒子重力,則粒子1和粒子2( ) 圖8 A.均帶正電,質(zhì)量之比為4∶1 B.均帶負(fù)電,質(zhì)量之比為1∶4 C.均帶正電,質(zhì)量之比為2∶1 D.均帶負(fù)電,質(zhì)量之比為1∶2 答案 B 解析 由左手定則和粒子所受洛倫茲力方向可知粒子1和粒子2均帶負(fù)電,由題圖可知=,由qvB=m知,r=,故==,故選B. 帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解題“三步法” 1.畫軌跡:即確定圓心,畫出運(yùn)動(dòng)軌跡. 2.找聯(lián)系:軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度的聯(lián)系,偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動(dòng)時(shí)間的聯(lián)系,在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與周期的聯(lián)系. 3.用規(guī)律:即牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,特別是周期公式、半徑公式. 變式題組 4.一帶電粒子在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)僅受洛倫茲力作用做勻速圓周運(yùn)動(dòng).要想確定帶電粒子電荷量與質(zhì)量之比,則下列說(shuō)法中正確的是( ) A.只需要知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B和運(yùn)動(dòng)周期T B.只需要知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B C.只需要知道軌道半徑r和運(yùn)動(dòng)速度v D.只需要知道運(yùn)動(dòng)速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B 答案 A 解析 帶電粒子在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)僅受洛倫茲力做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由qvB=m,可得=,需要知道v、B、r,故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤;根據(jù)T=可得=,只需要知道B和T,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤. 5.(多選)有兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,Ⅰ中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是Ⅱ中的k倍.兩個(gè)速率相同的電子分別在兩磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).與Ⅰ中運(yùn)動(dòng)的電子相比,Ⅱ中的電子( ) A.運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑是Ⅰ中的k倍 B.加速度的大小是Ⅰ中的k倍 C.做圓周運(yùn)動(dòng)的周期是Ⅰ中的k倍 D.做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度與Ⅰ中的相等 答案 AC 解析 設(shè)電子的質(zhì)量為m,速率為v,電荷量為q,B2=B,B1=kB 則由牛頓第二定律得:qvB=① T=② 由①②得:R=,T= 所以=k,=k 根據(jù)a=,ω=可知=,= 所以選項(xiàng)A、C正確,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤. 6.如圖9所示,MN為鋁質(zhì)薄平板,鋁板上方和下方分別有垂直于圖平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(未畫出).一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點(diǎn)垂直于鋁板向上射出,從Q點(diǎn)穿越鋁板后到達(dá)PQ的中點(diǎn)O.已知粒子穿越鋁板時(shí),其動(dòng)能損失一半,速度方向和電荷量不變.不計(jì)重力.鋁板上方和下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為( ) 圖9 A.2 B. C.1 D. 答案 D 解析 設(shè)帶電粒子在P點(diǎn)時(shí)初速度為v1,從Q點(diǎn)穿過(guò)鋁板后速度為v2,則Ek1=mv,Ek2=mv,由題意可知Ek1=2Ek2,即mv=mv,則=.由洛倫茲力提供向心力,即qvB=,得R=,由題意可知=,所以==,故選項(xiàng)D正確. 帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(加試) 1.帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的三種常見情形 (1)直線邊界(進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性,如圖10所示) 圖10 (2)平行邊界(存在臨界條件,如圖11所示) 圖11 (3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出,如圖12所示) 圖12 2.分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵 (1)畫出運(yùn)動(dòng)軌跡; (2)確定圓心和半徑; (3)利用洛倫茲力提供向心力列方程. 例3 (多選)如圖13所示,左、右邊界分別為PP′、QQ′的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的寬度為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里.一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的微觀粒子,沿圖示方向以速度v0垂直射入磁場(chǎng).欲使粒子不能從邊界QQ′射出,粒子入射速度v0的最大值可能是( ) 圖13 A. B. C. D. 答案 BC 解析 粒子射入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由R=知,粒子的入射速度v0越大,R越大,當(dāng)粒子的徑跡和邊界QQ′相切時(shí),粒子剛好不從QQ′射出,此時(shí)其入射速度v0應(yīng)為最大. 若粒子帶正電,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖甲所示(此時(shí)圓心為O點(diǎn)),容易看出R1sin 45+d=R1,將R1=代入上式得v0=,選項(xiàng)B正確.若粒子帶負(fù)電,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖乙所示(此時(shí)圓心為O′點(diǎn)),容易看出R2+R2cos 45=d,將R2=代入上式得v0=,選項(xiàng)C正確. 解決帶電粒子的臨界問(wèn)題的技巧方法 以題目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等詞語(yǔ)為突破口,借助半徑r和速度v(或磁感應(yīng)強(qiáng)度B)之間的約束關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡分析,確定軌跡圓和邊界的關(guān)系,找出臨界點(diǎn),如: (1)剛好穿出(或不穿出)磁場(chǎng)邊界的條件是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡與邊界相切,據(jù)此可以確定速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、軌跡半徑等方面的極值. (2)當(dāng)速度v一定時(shí),弧長(zhǎng)(或弦長(zhǎng))越大,圓心角越大,則帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)(前提條件為弧是劣弧). (3)在圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡圓半徑大于區(qū)域圓半徑時(shí),則入射點(diǎn)和出射點(diǎn)為磁場(chǎng)直徑的兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)(所有的弦長(zhǎng)中直徑最長(zhǎng)),軌跡對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角最大. 變式題組 7.如圖14,一束電子以大小不同的速率沿圖示方向飛入一正方形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),對(duì)從ab邊離開磁場(chǎng)的電子,下列判斷正確的是( ) 圖14 A.從a點(diǎn)離開的電子速度最小 B.從a點(diǎn)離開的電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng) C.從a點(diǎn)離開的電子運(yùn)動(dòng)半徑最小 D.從a點(diǎn)離開的電子速度偏轉(zhuǎn)角最小 答案 D 解析 對(duì)于從ab邊離開磁場(chǎng)的電子,從a點(diǎn)離開時(shí)軌道半徑最大,根據(jù)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的半徑公式r=,知軌道半徑大,則速度大,則從a點(diǎn)離開的電子速度最大;從a點(diǎn)離開的電子偏轉(zhuǎn)角θ最小,則圓弧所對(duì)的圓心角最小,根據(jù)t=T==,知t與粒子的速度無(wú)關(guān),θ越小,運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短.故D正確,A、B、C錯(cuò)誤. 8.空間有一圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,該區(qū)域的橫截面的半徑為R,磁場(chǎng)方向垂直橫截面.一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子以速率v0沿橫截面的某直徑射入磁場(chǎng),離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向偏離入射方向60.不計(jì)重力,該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為( ) A. B. C. D. 答案 A 解析 若磁場(chǎng)方向向外,帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,由幾何關(guān)系知r=R.根根洛倫茲力提供向心力得:qv0B=m,解得B=.若磁場(chǎng)方向向里可得到同樣的結(jié)果,選項(xiàng)A正確. 9.(多選)(2016奉化市調(diào)研)如圖15所示,直線MN上方存在范圍足夠大的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一質(zhì)子(質(zhì)量為m、電荷量為e)以速度v從O點(diǎn)沿與MN成30角的方向射入磁場(chǎng)中,若不計(jì)質(zhì)子重力,則( ) 圖15 A.質(zhì)子從磁場(chǎng)中射出時(shí)距O點(diǎn)的距離為 B.質(zhì)子從磁場(chǎng)中射出時(shí)距O點(diǎn)的距離為 C.質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 D.質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 答案 AD 解析 其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,設(shè)質(zhì)子從磁場(chǎng)中射出時(shí)距O點(diǎn)的距離為d,由圖示的幾何關(guān)系可知rsin 30=,即r=d,粒子做圓周運(yùn)動(dòng)滿足qvB=m,所以d=,A正確,B錯(cuò)誤,質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角為300,所以質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=T=,C錯(cuò)誤,D正確. 1.(2016紹興市9月選考)如圖1所示,電子槍向右發(fā)射電子束,其正下方水平直導(dǎo)線內(nèi)通有向右的電流,則電子束將( ) 圖1 A.向上偏轉(zhuǎn) B.向下偏轉(zhuǎn) C.向紙外偏轉(zhuǎn) D.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) 答案 A 解析 由安培定則知水平直導(dǎo)線上方磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外,由左手定則知向右運(yùn)動(dòng)的電子受到向上的洛倫茲力,故A正確. 2.如圖2為云室中某粒子穿過(guò)鉛板P前后的運(yùn)動(dòng)軌跡.室中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與軌跡所在平面垂直(圖中垂直于紙面向里).由此可知粒子( ) 圖2 A.一定帶正電 B.一定帶負(fù)電 C.不帶電 D.可能帶正電,也可能帶負(fù)電 答案 A 解析 帶電粒子穿過(guò)鉛板后有能量損失,其速度減小,由qvB=m知R=,故帶電粒子穿過(guò)鉛板后做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑應(yīng)變小,由題圖可知帶電粒子應(yīng)從下往上運(yùn)動(dòng),再由左手定則判定粒子帶正電,選項(xiàng)A正確. 3.速率相同的電子垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入四個(gè)不同的磁場(chǎng),其軌跡照片如圖所示,則磁場(chǎng)最強(qiáng)的是( ) A B C D 答案 D 解析 由qvB=可得B=.磁場(chǎng)最強(qiáng)的對(duì)應(yīng)軌跡半徑最小,選項(xiàng)D正確. 4.如圖3所示,重力不計(jì)、初速度為v的正電荷,從a點(diǎn)沿水平方向射入有明顯左邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,若邊界右側(cè)的磁場(chǎng)范圍足夠大,該電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后( ) 圖3 A.動(dòng)能發(fā)生改變 B.運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)完整的圓,正電荷始終在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) C.運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半圓,并從a點(diǎn)上方某處穿出邊界向左射出 D.運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半圓,并從a點(diǎn)下方某處穿出邊界向左射出 答案 C 解析 洛倫茲力不做功,電荷的動(dòng)能不變,A不正確;由左手定則知,正電荷剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受到的洛倫茲力的方向向上,電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半圓,并從a點(diǎn)上方某處穿出邊界向左射出,B、D均不正確,C正確. 5.(2016諸暨市期末)如圖4所示是磁控管橫截面的示意圖,管內(nèi)有平行于軸線的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一群電子在垂直于磁場(chǎng)的截面內(nèi)以速度v沿順時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng),圓心為O,半徑為r,已知電子的數(shù)量為n,電子電荷量為e,電子運(yùn)動(dòng)可以等效為環(huán)形電流,則電流大小與方向?yàn)? ) 圖4 A.,逆時(shí)針 B.,順時(shí)針 C.,順時(shí)針 D.,逆時(shí)針 答案 A 6.(2016紹興市聯(lián)考)圖5中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線,其橫截面位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上,導(dǎo)線中通有大小相同的電流,方向如圖所示.一帶正電的粒子從正方形中心O點(diǎn)沿垂直于紙面的方向向外運(yùn)動(dòng),它所受洛倫茲力的方向是( ) 圖5 A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 答案 B 解析 b、d兩根導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消,a、c兩根導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向均為水平向左,再根據(jù)左手定則,帶正電的粒子垂直于紙面向外運(yùn)動(dòng)所受洛倫茲力方向向下,選項(xiàng)B正確. 7.如圖6所示的圓形區(qū)域內(nèi),有垂直于紙面方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一束質(zhì)量和電荷量都相同的帶電粒子,以不同的速率,沿著相同的方向,對(duì)準(zhǔn)圓心O射入勻強(qiáng)磁場(chǎng),又都從該磁場(chǎng)中射出,這些粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間有的較長(zhǎng),有的較短,若帶電粒子在磁場(chǎng)中只受磁場(chǎng)力的作用,則在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的帶電粒子( ) 圖6 A.速率一定越小 B.速率一定越大 C.在磁場(chǎng)中通過(guò)的路程越長(zhǎng) D.在磁場(chǎng)中的周期一定越大 答案 A 解析 根據(jù)公式T=可知,粒子的荷質(zhì)比相同,它們進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;假設(shè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,這些粒子進(jìn)入有界磁場(chǎng)后在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角有關(guān),設(shè)圓心角為θ,則運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=T,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的帶電粒子,圓心角越大,運(yùn)動(dòng)半徑越小,根據(jù)r=可知,速率一定越小,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;粒子在磁場(chǎng)中通過(guò)的路程s=rθ,與軌跡半徑和圓心角都有關(guān),由圖可知,選項(xiàng)C錯(cuò)誤. 8.(多選)如圖7所示,直角三角形ABC中存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng),比荷相同的兩個(gè)粒子沿AB方向自A點(diǎn)射入磁場(chǎng),分別從AC邊上的P、Q兩點(diǎn)射出,則( ) 圖7 A.從P射出的粒子速度大 B.從Q射出的粒子速度大 C.從P射出的粒子,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng) D.兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一樣長(zhǎng) 答案 BD 解析 根據(jù)圖象可知,從Q射出的粒子軌道半徑大,根據(jù)公式r=可知,當(dāng)粒子比荷相同時(shí),軌道半徑大的粒子入射速度大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;兩粒子入射點(diǎn)的速度方向與運(yùn)動(dòng)軌跡圓弧對(duì)應(yīng)的弦之間的夾角(弦切角)均為∠A,其運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角均為2∠A,所以它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均是各自運(yùn)動(dòng)周期的倍(其中∠A單位取rad),又根據(jù)公式T=可知,兩粒子的運(yùn)動(dòng)周期相等,所以兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一樣長(zhǎng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確. 9.(2016寧波模擬)如圖8所示,平面直角坐標(biāo)系的第Ⅰ象限內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子以速度v從O點(diǎn)沿著與y軸夾角為30的方向進(jìn)入磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)速度方向與x軸的正方向相同,不計(jì)粒子的重力,則( ) 圖8 A.該粒子帶正電 B.A點(diǎn)與x軸的距離為 C.粒子由O到A經(jīng)歷時(shí)間t= D.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中粒子的速度不變 答案 B 解析 由左手定則可判斷該粒子帶負(fù)電,A錯(cuò)誤;根據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,A點(diǎn)離x軸的距離為r(1-cos θ)=(1-cos 60)=,B正確;t=T=,C錯(cuò)誤;運(yùn)動(dòng)過(guò)程中粒子速度大小不變,方向時(shí)刻改變,D錯(cuò)誤. 10.(多選)如圖9所示,虛線PQ為一勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.在磁場(chǎng)內(nèi)有平行于邊界的虛線MN,在虛線MN上同一位置,沿MN方向發(fā)射兩個(gè)帶負(fù)電的粒子a和b,其速度分別為vA和vB,兩粒子的質(zhì)量和電量均相同,分別經(jīng)過(guò)時(shí)間tA和tB從A點(diǎn)和B點(diǎn)射出磁場(chǎng).則以下說(shuō)法正確的是( ) 圖9 A.tA>tB B.vA>vB C.粒子的發(fā)射點(diǎn)不可能在A點(diǎn)正上方的右側(cè) D.a(chǎn)粒子的半徑一定小于b粒子的半徑 答案 ACD 解析 帶負(fù)電粒子從下邊界射出,則它只能沿著MN線向右運(yùn)動(dòng),通過(guò)作圖可知從A點(diǎn)射出的粒子運(yùn)動(dòng)的圓心角大,時(shí)間長(zhǎng),半徑小,有tA>tB、rA- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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- 高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題十六 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 高考 物理 二輪 復(fù)習(xí) 策略 專題 十六 磁場(chǎng) 運(yùn)動(dòng) 電荷 作用
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