2025届高考物理二轮总复习专题分层突破练8磁场带电粒子在磁场中的运动

这是一份2025届高考物理二轮总复习专题分层突破练8磁场带电粒子在磁场中的运动，共13页。
基础巩固
1.(2024北京东城二模)一束γ射线(从底部进入而没有留下痕迹)从充满在气泡室中的液态氢的一个氢原子中打出一个电子,同时自身转变成一对正、负电子对(分别称为正电子、负电子,二者速度接近),各电子径迹如图所示。已知匀强磁场的方向垂直照片平面向里,正、负电子质量相等,则下列说法正确的是( )
A.左侧螺旋轨迹为负电子运动的轨迹
B.正电子、负电子所受洛伦兹力大小时刻相等
C.分离瞬间,正电子速度大于负电子速度
D.正电子、负电子的动能不断减小,而被打出的电子动能不变
答案 C
解析 由图可知氢原子中打出的电子向上运动,γ射线转变成的正、负电子做图中所示的螺旋轨迹的运动,根据左手定则,左侧螺旋轨迹为正电子运动的轨迹,右侧螺旋轨迹为负电子运动的轨迹,故A错误;正电子、负电子所受洛伦兹力大小为F=evB,正电子、负电子的速度大小不是时刻相等,则正电子、负电子所受洛伦兹力大小不是时刻相等,故B错误;根据洛伦兹力提供向心力有evB=m,解得r=,根据运动轨迹可知γ射线转变成的正电子与负电子分离瞬间,左侧正电子的轨迹半径大于右侧负电子的轨迹半径,故分离瞬间,正电子速度大于负电子速度,故C正确;γ射线转变成的正、负电子在气泡室中运动时,由图可知运动的轨迹半径逐渐减小,则速度逐渐减小,动能逐渐减小,被打出的电子在气泡室中克服阻力做功,动能也逐渐减小,故D错误。
2.(2024海南海口一模)如图所示,四根通有大小相等的恒定电流的长直导线垂直穿过xOy平面,导线1、2、3、4与xOy平面的交点连成的边长为2a的正方形关于x轴和y轴对称,各导线中电流方向已标出。已知无限长通电直导线在某点产生的磁感应强度大小与该点到直导线的距离成反比,设导线1在O点产生的磁感应强度大小为B0。下列说法正确的是( )
A.导线1、2之间的相互作用力为吸引力
B.导线2、4之间的相互作用力为吸引力
C.4根导线在O点产生的合磁感应强度大小为B0
D.导线1、2在O点产生的合磁感应强度大小为2B0
答案 B
解析 根据安培定则确定通电直导线电流产生的磁场的方向,根据左手定则确定所受安培力的方向,可知当平行放置的长直导线中通有反向电流时,电流之间的作用力表现为排斥力,当平行放置的长直导线中通有同向电流时,电流之间的作用力表现为吸引力,故A错误,B正确;根据安培定则,结合题意可知,导线1、3在O点产生的合磁感应强度大小为0,导线2、4在O点产生的合磁感应强度大小为0,即4根导线在O点产生的合磁感应强度大小为0,故C错误;导线1与导线2在O点产生的磁感应强度大小相等,均为B0,方向相互垂直,则合磁感应强度大小为B0,故D错误。
3.在光滑水平桌面上将长为πl的软导线两端固定,固定点间的距离为2l,导线通有恒定电流I,处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中,每个固定点所受的作用力大小为( )
A.IlB
B.2IlB
C.πIlB
D.2πIlB
答案 A
解析 从上向下看导线如图所示,导线的有效长度为2l,则所受的安培力大小为F安=2IlB,以导线整体为研究对象,每个固定点对导线的作用力大小F=,解得F=IlB,根据牛顿第三定律,每个固定点所受的作用力大小也为F=IlB,故A正确,B、C、D错误。
4.如图所示,竖直平面内有三根轻质细绳,绳1水平,绳2与水平方向成60°角,O为结点,竖直绳3的下端连接一质量为m、长度为L的垂直于纸面放置的金属棒。金属棒所在空间存在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场,整个装置处于平衡状态。现给金属棒通入方向向里、大小由零缓慢增大的电流,电流的最大值为I0,可观察到绳3转过的最大角度为60°。已知重力加速度为g,则在此过程中,下列说法正确的是( )
A.绳1的拉力先增大后减小
B.绳2的拉力先增大后减小
C.绳3的拉力最大值为2mg
D.金属棒中电流I0的值为
答案 C
解析 对整体分析,重力大小和方向不变,绳1、2弹力方向不变,根据左手定则,安培力水平向右逐渐增大,由平衡条件得,水平方向F1=F2cs60°+BIL,竖直方向F2sin60°=mg,电流逐渐变大,则F1增大、F2不变,故A、B错误;当电流增大到I0时,安培力与重力的合力最大,由sin30°=,可得绳3的拉力最大值为F3=2mg,故C正确;对金属棒受力分析有tan30°=,得I0=,故D错误。
5.(多选)(2024广东汕头一模)晶圆掺杂机的简图如图所示,O是晶圆面(设其半径足够大)的圆心,上、下竖直放置的圆柱形电磁线圈可在中间圆柱形区域形成匀强磁场;圆柱形磁场区域的横截面半径为L、圆心为O1,OO1水平且垂直于晶圆面;若线圈中通入如图所示的电流,比荷为k的正离子以速度v、沿O1O射入,且全部掺杂在晶圆上,则( )
A.离子掺杂在x轴的负半轴上
B.离子掺杂在x轴的正半轴上
C.圆柱形磁场的磁感应强度必须小于
D.圆柱形磁场的磁感应强度必须小于
答案 BC
解析 根据安培定则可得,两圆柱形电磁线圈中间的匀强磁场方向竖直向上,正离子刚开始运动时,根据左手定则,受到的洛伦兹力方向沿x轴正方向,故A错误,B正确;若所有的离子都能掺杂在晶圆上,则离子在磁场中做圆周运动的最小轨迹半径为r=L,根据牛顿第二定律有qvB=m,解得最小的磁感应强度为B=,故C正确,D错误。故选B、C。
6.(2024四川绵阳期中)在xOy平面的0≤y