高考物理一轮复习课时练28《带电粒子在复合场中的运动》(含解析)

带电粒子在复合场中的运动

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1.[名师原创]关于通电直导线和通电线圈周围磁场的磁感线分布和磁场方向，不考虑地磁场影响，下列说法正确的是(　　)
A．通电直导线周围的磁场方向可以用右手定则判断，顺着导线看去，磁感线可表示为以直导线为圆心的均匀分布的同心圆
B．环形导线的磁场，可用安培定则判断，方法是让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指方向即为环形导线轴线上的磁场方向
C．从外部看，通电螺线管周围的磁场类似于条形磁铁的磁场，螺线管内部的磁场不能视为匀强磁场
D．若把一个小磁针放在通电螺线管正上方中间位置，小磁针可能不与螺线管平行
答案：B
解析：通电直导线周围的磁场方向可以用安培定则判断，顺着导线看去，磁感线可表示为以直导线为圆心的分布不均匀的同心圆，选项A错误．环形导线的磁场，可用安培定则判断，方法是让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指方向即为环形导线轴线上的磁场方向，选项B正确．通电螺线管周围的磁场类似于条形磁铁的磁场，螺线管内部的磁场可以视为匀强磁场，选项C错误．若把一个小磁针放在通电螺线管正上方中间位置，小磁针一定与螺线管平行，选项D错误．
2.

[预测新题]已知流过通电直导线的电流大小为I，与通电直导线距离为r处的N点的磁感应强度大小为BN＝(k为常量)．如图所示，△ACD是直角三角形，∠ADC＝60°，A、C、D三点放置三个完全相同且垂直于该直角三角形所在平面的直导线，A、C、D处的直导线中的电流大小分别为I、2I和2I，方向均垂直平面向里；已知A点的直导线在AD的中点M处的磁感应强度大小为B，若在M点固定一垂直于纸面的直导体棒，其长度为L(L很小)，通过的电流大小为I，则该导体棒受到的安培力大小为(　　)
A.BIL B.BIL
C.BIL D．3BIL
答案：C

解析：如图所示，根据右手螺旋定则可知，C点的直导线在M点处的磁感应强度大小为2B，D点的直导线在M点处的磁感应强度大小为2B，根据磁感应强度的叠加得M点处的磁感应强度大小为B，则M点处固定的导体棒受到的安培力大小为BIL，选项C正确．


3．[新情景题]如图所示，空间存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场，图中虚线为匀强电场的等势线，一不计重力的带电粒子在M点以某一初速度垂直等势线进入正交电场、磁场中，运动轨迹如图所示(粒子在N点的速度比在M点的速度大)，则下列说法正确的是(　　)
A．粒子一定带正电
B．粒子的运动轨迹一定是抛物线
C．电场线方向一定垂直等势线向左
D．粒子从M点运动到N点的过程中电势能增大
答案：C
解析：根据粒子在电场、磁场中的运动轨迹和左手定则可知，粒子一定带负电，选项A错误；由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，故粒子受到的合力是变力，而物体只有在恒力作用下做曲线运动时，轨迹才是抛物线，选项B错误；由于空间只存在电场和磁场，粒子的速度增大，说明在此过程中电场力对带电粒子做正功，则电场线方向一定垂直等势线向左，选项C正确；电场力做正功，电势能减小，选项D错误．

4．(多选)如图所示，直线MN与水平方向成60°角，MN的右上方存在垂直纸面向外的匀强磁场，左下方存在垂直纸面向里的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B.一粒子源位于MN上的a点，能水平向右发射不同速率、质量为m(重力不计)、电荷量为q(q>0)的同种粒子，所有粒子均能通过MN上的b点，已知ab＝L，则粒子的速度可能是(　　)
A. B.
C. D.
答案：AB
解析：

由题意可知粒子可能的运动轨迹如图所示，所有圆弧的圆心角均为120°，所以粒子运动的半径为r＝·(n＝1,2,3，…)，由洛伦兹力提供向心力得Bqv＝m，则v＝＝·(n＝1,2,3，…)，所以A、B正确．
5．[名师原创](多选)回旋加速器是用来加速带电粒子的，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒间有一定的电势差U，使粒子每次穿过狭缝都被加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子带电荷量为q、质量为m，盒间的窄缝宽度为d，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图所示．下列说法正确的是(　　)

A．D形金属盒的作用是屏蔽外电场，使盒内无电场
B．忽略粒子在电场中运动的时间，则高频交流电源的频率为
C．粒子离开加速器时速度为
D．考虑粒子在电场中运动的时间，则把静止粒子加速到最大动能所需时间为
答案：AC
解析：根据静电屏蔽的相关知识可知，D形金属盒的作用是屏蔽外电场，使盒内无电场，选项A正确．粒子在电场中运动时间极短，因此高频交流电源频率等于粒子回旋频率，由T＝，得回旋频率即高频交流电源频率为f＝＝，选项B错误．粒子旋转半径最大时，由牛顿第二定律得qvmB＝，解得vm＝，选项C正确．粒子最大动能Ekm＝mv＝，粒子在电场中做匀加速直线运动，粒子每旋转一周能量增加2qU，粒子的能量提高到Ekm，则旋转周数n＝，粒子在磁场中运动的时间t磁＝nT＝，旋转周数n，在电场中运动的距离为2nd，由2nd＝vmt电，解得t电＝，把静止粒子加速到最大动能所需时间为t＝t电＋t磁＝＋，选项D错误．
6.

[母题改编](多选)如图所示，在以R0为半径、O为圆心的圆形区域内存在磁场，直径MN左侧区域存在一方向垂直于纸面向外、磁感应强度大小为B1的匀强磁场(未画出)；MN右侧区域存在一方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B2的匀强磁场(未画出)．现有一质量为m、电荷量为q的带正电粒子(不计重力)从P点沿垂直于MN的方向射入磁场，通过磁场区域后从Q点离开磁场，离开磁场时粒子的运动方向仍垂直于MN.已知OP与MN的夹角为θ1，OQ与MN的夹角为θ2，粒子在MN左侧区域磁场中的运动时间为t1，粒子在MN右侧区域磁场中的运动时间为t2，则(　　)
A.＝ B.＝
C.＝ D.＝
答案：AD

解析：设粒子的速度为v，它在MN左侧磁场中的运动轨迹为圆弧PS，圆弧对应的圆心为O1，半径为R1，如图所示，则qvB1＝，且O1P平行于MN；粒子进入MN右侧磁场中的运动轨迹为圆弧SQ，圆弧对应的圆心为O2，半径为R2，如图所示，则qvB2＝，且O2Q平行于MN，连接O1S、SO2，则O1、S、O2在同一条直线上，设∠PO1S＝∠QO2S＝α，由几何关系可得OP＝OQ＝R0，O1S＝R1，SO2＝R2，R1sinα＝R0sinθ1，R2sinα＝R0sinθ2，联立解得＝＝，选项A正确，B错误；粒子在MN左侧区域磁场中的运动时间为t1＝T1＝·＝，粒子在MN右侧区域磁场中的运动时间为t2＝T2＝·＝，＝＝，选项D正确，C错误．

7．[江西省赣中南五校一联]一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段都可近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变)，从图中情况可以确定(　　)
A．粒子从a到b，带正电 B．粒子从a到b，带负电
C．粒子从b到a，带正电 D．粒子从b到a，带负电
答案：C
解析：由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小，速度逐渐减小，根据粒子在磁场中运动的半径公式r＝，可知，粒子运动的轨迹半径是逐渐减小的，所以粒子的运动轨迹是从b到a，选项A、B错误；再根据左手定则可知，粒子带正电，选项C正确，D错误．
8.

[浙江省模拟]如图所示，在倾角为α(αB2 B．B1