高考物理一轮复习 考点规范练习本26 磁场运动电荷的作用（含答案解析）

2020版高考物理 考点规范练习本26

磁场运动电荷的作用

1.两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力),从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的(　　)

A.轨道半径减小,角速度增大          B.轨道半径减小,角速度减小

C.轨道半径增大,角速度增大          D.轨道半径增大,角速度减小

2.如图所示,在正方形abcd区域内存在一垂直纸面的匀强磁场,磁感应强度的大小为B1。一带电粒子从ad边的中点P垂直ad边射入磁场区域后,从cd边的中点Q射出磁场。若将磁场的磁感应强度大小变为B2后,该粒子仍从P点以相同的速度射入磁场,结果从c点射出磁场,则B1：B2等于(　　)

A.2.5           B.3.5          C.1.25          D.1.75

3.如图所示圆形区域内，有垂直于纸面方向的匀强磁场，一束质量和电荷量都相同的带电粒子，以不同的速率，沿着相同的方向，对准圆心O射入匀强磁场，又都从该磁场中射出，这些粒子在磁场中的运动时间有的较长，有的较短，若带电粒子在磁场中只受磁场力的作用，则在磁场中运动时间越长的带电粒子(　　)

A．速率一定越小

B．速率一定越大

C．在磁场中通过的路程越长

D．在磁场中的周期一定越大

4.如图所示,a是竖直平面P上的一点,P前有一条形磁铁垂直于P,且S极朝向a点,P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下,在水平面内向右弯曲经过a点。在电子经过a点的瞬间,条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向为(　　)

A.向上          B.向下           C.向左           D.向右

5.如图所示,长方形abcd长ad=0.6 m,宽ab=0.3 m,O、e分别是ad、bc的中点,以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场),磁感应强度B=0.25 T。一群不计重力、质量m=3×10-7 kg、电荷量q=+2×10-3 C的带电粒子以速度v=5×102 m/s沿垂直ad方向且垂直于磁场射入磁场区域,则(　　)

A.从Od边射入的粒子,出射点全部分布在Oa边

B.从aO边射入的粒子,出射点全部分布在ab边

C.从Od边射入的粒子,出射点分布在Oa边和ab边

D.从aO边射入的粒子,出射点分布在ab边和be边

6.如图所示,直角坐标系中y轴右侧存在一垂直纸面向里、宽为a的有界匀强磁场,磁感应强度为B,右边界PQ平行于y轴。一粒子(重力不计)从原点O以与x轴正方向成θ角的速度v垂直射入磁场,当斜向上射入时,粒子恰好垂直PQ射出磁场;当斜向下射入时,粒子恰好不从右边界射出。则粒子的比荷及粒子恰好不从右边界射出时在磁场中运动的时间分别为(　　)

A.           B.          C.           D.

7.如图所示,在x>0,y>0的空间中有恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里,大小为B。现有一质量为m、电荷量为q的带正电粒子,从x轴上的某点P沿着与x轴正方向成30°角的方向射入磁场。不计重力的影响,则下列有关说法正确的是(　　)

A.只要粒子的速率合适,粒子就可能通过坐标原点

B.粒子在磁场中运动所经历的时间一定为

C.粒子在磁场中运动所经历的时间可能为

D.粒子在磁场中运动所经历的时间可能为

8.如图所示，有界匀强磁场边界线SP∥MN，速率不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场，其中穿过a点的粒子速度v1与MN垂直；穿过b点的粒子速度v2与MN成60°角，设两粒子从S点到a、b点所需时间分别为t1和t2，则t1∶t2为(重力不计)(　　)

A．1∶3           B．4∶3          C．1∶1           D．3∶2

9. (多选)质量和电荷量都相等的带电粒子M和N,以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场,带电粒子仅受洛伦兹力的作用,运行的半圆轨迹如图中虚线所示,下列表述正确的是(　　)

A.M带负电,N带正电

B.M的速率小于N的速率

C.洛伦兹力对M、N不做功

D.M的运行时间大于N的运行时间

10. (多选)用洛伦兹力演示仪可以观察电子在磁场中的运动径迹．图甲是洛伦兹力演示仪的实物图，图乙是结构示意图．励磁线圈通电后可以产生垂直纸面的匀强磁场，励磁线圈中的电流越大，产生的磁场越强．图乙中电子经电子枪中的加速电场加速后水平向左垂直磁感线方向射入磁场．下列关于实验现象和分析正确的是(　　)

图甲　　　　　图乙　　　

A．要使电子形成如图乙中的运动径迹，励磁线圈应通以顺时针方向的电流

B．仅升高电子枪加速电场的电压，运动径迹的半径变大

C．仅增大励磁线圈中的电流，运动径迹的半径变大

D．仅升高电子枪加速电场的电压，电子做圆周运动的周期将变大

11. (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,能水平向右发射速度大小不同、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,则粒子的速度大小可能是              (　　)

A.           B.           C.           D.

12. (多选)汤姆孙提出的测定带电粒子的比荷的实验原理如图所示,带电粒子经过电压为U的加速电场加速后,垂直于磁场方向进入宽为l的有界匀强磁场,某次测定中发现带电粒子穿过磁场时发生的偏转位移为d=,已知匀强磁场的磁感应强度为B,粒子重力不计,取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,π≈3,则下列说法正确的是(　　)

A.带电粒子的比荷为

B.带电粒子的偏转角为θ=37°

C.带电粒子在磁场中运动的时间约为

D.带电粒子运动的加速度大小为

13.匀强磁场区域由一个半径为R的半圆和一个长为2R、宽为的矩形组成,磁场的方向如图所示。一束质量为m、电荷量为+q的粒子(粒子间的相互作用和重力均不计)以速度v从边界AN的中点P垂直于AN和磁场方向射入磁场中。

(1)当磁感应强度为多大时,粒子恰好从A点射出?

(2)对应于粒子可能射出的各段磁场边界,磁感应强度应满足什么条件?

14.如图所示，在xOy平面内，有一以O为圆心、R为半径的半圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直坐标平面向里，磁感应强度大小为B.位于O点的粒子源向第二象限内的各个方向连续发射大量同种带电粒子，粒子均不会从磁场的圆弧边界射出．粒子的速率相等，质量为m、电荷量大小为q，粒子重力及粒子间的相互作用均不计．

(1)若粒子带负电，求粒子的速率应满足的条件及粒子在磁场中运动的最短时间；

(2)若粒子带正电，求粒子在磁场中能够经过区域的最大面积．

答案解析

1.答案为：D；

解析：带电粒子从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的速度v大小不变,磁感应强度B减小,由公式r=可知,轨道半径增大。由公式T=可知,粒子在磁场中运动的周期增大,根据ω=知角速度减小。选项D正确。

2.答案为：A；

解析：设正方形边长为l,根据几何知识,当粒子从Q点射出时,R1=;当粒子从c点射出时,根据几何知识可得R2=,所以有,A正确。

3.答案为：A；

解析：

根据公式T=可知，粒子的比荷相同，它们进入匀强磁场后做匀速圆周运动的周期相同，

选项D错误；如图所示，设这些粒子在磁场中的运动圆弧所对应的圆心角为θ，

则运动时间t=T，在磁场中运动时间越长的带电粒子，圆心角越大，运动半径越小，

根据r=可知，速率一定越小，选项A正确，B错误；当圆心角趋近180°时，

粒子在磁场中通过的路程趋近于0，所以选项C错误．

4.答案为：A；

解析：条形磁铁的磁感线在a点垂直P向外,电子在条形磁铁的磁场中向右运动,由左手定则可知电子所受洛伦兹力的方向向上,A正确。

5.答案为：D；

解析：由r=得带电粒子在匀强磁场中运动的半径r=0.3m,从Od边射入的粒子,出射点分布在ab和be边;从aO边射入的粒子,出射点分布在ab边和be边。选项D正确。

6.答案为：C；

解析：粒子在磁场中运动轨迹如图所示,则由图知,斜向上射入时有rsinθ=a,斜向下射入时有rsinθ+a=r,联立求得θ=30°,且r=2a。由洛伦兹力提供向心力得Bqv=m,解得r=,即粒子的比荷为。粒子恰好不从右边界射出时在磁场中运动的圆心角为α=2×(90°-30°)=120°,运动时间为t=,选项C正确。

7.答案为：C；

解析：带正电的粒子从P点沿与x轴正方向成30°角的方向射入磁场中,则圆心在过P点与速度方向垂直的直线上,如图所示,粒子在磁场中要想到达O点,转过的圆心角肯定大于180°,因磁场有边界,故粒子不可能通过坐标原点,故选项A错误;由于P点的位置不确定,所以粒子在磁场中运动的圆弧对应的圆心角也不同,最大的圆心角是圆弧与y轴相切时即300°,运动时间为T,而最小的圆心角为P点在坐标原点即120°,运动时间为T,而T=,故粒子在磁场中运动所经历的时间最长为,最短为,选项C正确,B、D错误。

8.答案为：D；

解析：

如图所示，可求出从a点射出的粒子对应的圆心角为90°，

从b点射出的粒子对应的圆心角为60°，由t=T，

可得：t1∶t2=90°∶60°=3∶2，故D正确．

9.答案为：AC；

解析：由左手定则可知,M带负电,N带正电,选项A正确;由r=可知,M的速率大于N的速率,

选项B错误;洛伦兹力对M、N不做功,选项C正确;由T=可知M的运行时间等于N的运行时间,

选项D错误。

10.答案为：AB；

解析：

励磁线圈通以顺时针方向的电流，根据右手螺旋定则可得，产生的磁场垂直纸面向里，根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力正好指向运动径迹圆心，故A正确；根据公式r=可得，当升高电子枪加速电场的电压时，电子的速度增大，所以运动半径增大，B正确；若仅增大励磁线圈中的电流，则磁感应强度增大，根据公式r=可得运动半径减小，C错误；根据公式T=可得，电子做匀速圆周运动的周期和速度大小无关，D错误．

11.答案为：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qvB=m,

则v=(n=1,2,3,…),所以A、B正确。

12.答案为：AC；

解析：带电粒子的运动轨迹如图所示,则由几何关系知r2=l2+(r-d)2,即r=,

由洛伦兹力提供向心力知qvB=m,即r=,又由动能定理知qU=mv2,联立得,A正确;

由图知tanθ=,即θ=53°,B错误;带电粒子在磁场中运动时间为t=,约为,

C正确;由a=知带电粒子运动的加速度大小为,D错误。

13.解：

(1)由左手定则判定,粒子向左偏转,只能从PA、AC和CD三段边界射出,如图所示。

当粒子从A点射出时,运动半径r1=。由qvB1=得B1=。

(2)当粒子从C点射出时,由勾股定理得:

(R-r2)2+,解得r2=R由qvB2=,得B2=

据粒子在磁场中运动半径随磁场减弱而增大,可以判断:

当B>时,粒子从PA段射出;

当<B<时,粒子从AC段射出;

当B<时,粒子从CD段射出。

14.解：

(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则：qvB=m

根据几何关系：r≤   联立得：v≤

粒子在磁场中做圆周运动的周期：T=

由粒子在磁场中运动的轨迹可得，沿y轴正向射入磁场中的粒子在磁场中运动时间最短，

则：t=  联立可得：t=

(2)分析可得，粒子在磁场中能经过的区域为半圆，如图中阴影部分，

有几何关系可得该半圆的半径：r′=R   面积：S=πr′2

联立可得：S=πR2