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1、
2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 第27講 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用(含解析)
1.在武漢市某中學(xué)操場(chǎng)的上空中停著一個(gè)熱氣球,從它底部脫落一個(gè)塑料小部件,下落過(guò)程中由于和空氣的摩擦而帶負(fù)電,如果沒(méi)有風(fēng),那么它的著地點(diǎn)會(huì)落在氣球正下方地面位置的( )
A.偏東 B.偏西
C.偏南 D.偏北
2.xx·揭陽(yáng)模擬如圖K27-1所示,在示波管下方有一根水平放置的通電直導(dǎo)線,則示波管中的電子束將( )
圖K27-1
A.向上偏轉(zhuǎn) B.向下偏轉(zhuǎn)
C.向紙外偏轉(zhuǎn) D.向紙里偏轉(zhuǎn)
3.如圖K27-2所示,一帶負(fù)電的滑塊從粗糙斜面的頂端滑
2、至底端時(shí)的速率為v,若加一個(gè)垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),并保證滑塊能滑至底端,則它滑至底端時(shí)的速率( )
圖K27-2
A.變大 B.變小
C.不變 D.條件不足,無(wú)法判斷
4.xx·蘇北四市一模電視顯像管上的圖像是電子束打在熒光屏的熒光點(diǎn)上產(chǎn)生的.為了獲得清晰的圖像,電子束應(yīng)該準(zhǔn)確地打在相應(yīng)的熒光點(diǎn)上.電子束飛行過(guò)程中受到地磁場(chǎng)的作用,會(huì)發(fā)生我們所不希望的偏轉(zhuǎn).電子重力不計(jì),從電子槍射出后自西向東飛向熒光屏的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( )
A.電子受到一個(gè)與速度方向垂直的恒力
B.電子在豎直平面內(nèi)做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)
C.電子向熒光屏運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中速率不發(fā)生改變
3、
D.電子在豎直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)
5.xx·朝陽(yáng)期末正方形區(qū)域ABCD中有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一個(gè)α粒子(不計(jì)重力)以一定速度從AB邊的中點(diǎn)M沿既垂直于AB邊又垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng),正好從AD邊的中點(diǎn)N射出.若將磁感應(yīng)強(qiáng)度B變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,其他條件不變,則這個(gè)粒子射出磁場(chǎng)的位置是( )
A.A點(diǎn) B.ND之間的某一點(diǎn)
C.CD之間的某一點(diǎn) D.BC之間的某一點(diǎn)
圖K27-3 圖K27-4
6.xx·廣西四市聯(lián)考(雙選)如圖K27-4所示,帶有正電荷的A粒子和B粒子同時(shí)以同樣大小的速度從寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上的O點(diǎn)分別以與邊
4、界的夾角為30°和60°的方向射入磁場(chǎng),又恰好不從另一邊界飛出,則下列說(shuō)法中正確的是( )
A.A、B兩粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比是
B.A、B兩粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比是
C.A、B兩粒子的之比是
D.A、B兩粒子的之比是
圖K27-5
7.xx·廈門期末圖K27-5是回旋加速器示意圖,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,兩個(gè)金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,并分別與高頻電源相連.現(xiàn)分別加速氘核(q1、m1)和氦核(q2、m2).已知q2=2q1,m2=2m1,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.它們的最大速度相同
B.它們的最大動(dòng)能相同
C.僅增大高頻電源的電壓可增大粒子
5、的最大動(dòng)能
D.僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能
8.xx·鄭州模擬如圖K27-6所示,回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩盒分別與高頻交流電源相連,則帶電粒子獲得的最大動(dòng)能與下列哪些因素有關(guān)( )
圖K27-6
A.加速的次數(shù)
B.加速電壓的大小
C.交流電的頻率
D.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度
9.xx·廈門適應(yīng)性考試顯像管原理的示意圖如圖K27-7所示,當(dāng)沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí),電子束將打在熒光屏正中的O點(diǎn),安裝在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場(chǎng),使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn).設(shè)垂直紙面向里的磁場(chǎng)方向?yàn)檎较?,若?/p>
6、高速電子流打在熒光屏上的位置由a點(diǎn)逐漸移動(dòng)到b點(diǎn),下列變化的磁場(chǎng)能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是( )
圖K27-7
A B
C D
圖K27-8
10.如圖K27-9所示,在x<0與x>0的區(qū)域中,存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B1與B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,且B1>B2,一個(gè)帶負(fù)電、比荷為k的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度v沿x軸負(fù)方向射出,粒子重力不計(jì).
(1)求粒子在兩個(gè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑;
(2)如果B1=2B2,則粒子再次回到原點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)時(shí)間?
(3)要使該粒子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后又經(jīng)過(guò)O點(diǎn),B1與B2的比值應(yīng)滿足什么條件
7、?
圖K27-9
11.xx·湖北八校聯(lián)考如圖K27-10所示,在正方形區(qū)域ABCD內(nèi)充滿方向垂直紙面向里的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).在t=0時(shí)刻,一位于AD邊中點(diǎn)O的粒子源在ABCD平面內(nèi)發(fā)射出大量的同種帶電粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向分布在與OD邊的夾角0~180°范圍內(nèi).已知沿OD方向發(fā)射的粒子在t=t0時(shí)刻剛好從磁場(chǎng)邊界CD上的P點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng),粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑恰好等于正方形邊長(zhǎng)L,粒子重力不計(jì),求:
(1)粒子的比荷;
(2)假設(shè)粒子源發(fā)射的粒子在0~180°范圍內(nèi)均勻分布,t0時(shí)刻仍在磁場(chǎng)中的粒子數(shù)與粒子源發(fā)
8、射的總粒子數(shù)之比;
(3)從粒子發(fā)射到全部粒子離開(kāi)磁場(chǎng)所用的時(shí)間.
圖K27-10
課時(shí)作業(yè)(二十七)
1.B [解析] 小部件帶負(fù)電,下落過(guò)程受洛倫茲力作用,由左手定則,洛倫茲力向西,它的著地點(diǎn)回落在氣球正下方地面偏西位置,B正確.
2.A [解析] 根據(jù)安培定則,通電導(dǎo)線在上方產(chǎn)生垂直紙面向外的磁場(chǎng),又根據(jù)左手定則,電子束受到向上的洛倫茲力,向上偏轉(zhuǎn),A正確.
3.B [解析] 加一個(gè)垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),帶負(fù)電的滑塊下滑時(shí)受到垂直于斜面向下的洛倫茲力,使得滑塊受到的摩擦力增大,故滑至底端時(shí)的速率變小,A、C、D錯(cuò)誤,B正確.
4.CD [解析] 電子在飛行
9、過(guò)程中受到地磁場(chǎng)洛倫茲力的作用,洛倫茲力是變力而且不做功,所以電子的速率不發(fā)生改變,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;電子在自西向東飛向熒光屏的過(guò)程中所受的地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量可視為定值,故電子在豎直平面內(nèi)所受洛倫茲力大小不變、方向始終與速度方向垂直,故電子在豎直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D正確.
5.A [解析] 從M射入從N射出,則軌道半徑為r=(a為正方形邊長(zhǎng)),若將B加倍,由半徑公式R=可得,粒子軌道半徑減半,即r′=,所以粒子從A射出磁場(chǎng),A正確.
6.BD [解析] 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由幾何關(guān)系,有RAcos30°+RA=d,RBcos60°+RB=d,解得==,A錯(cuò),
10、B對(duì);因半徑R=,故=∝R,故=,C錯(cuò),D對(duì).
7.A [解析] 由洛倫茲力提供向心力,有qvB=m,即v=,當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑最大即r=R時(shí),粒子的速度達(dá)到最大,即vm=,而氘核和氦核的比荷相等,所以它們的最大速度相同,選項(xiàng)A正確;又因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量不同,所以它們的最大動(dòng)能不同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)關(guān)系式vm=可知,粒子的最大速度或最大動(dòng)能與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形金屬盒的尺寸R有關(guān),而與高頻電源的電壓或頻率無(wú)關(guān),選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.
8.D [解析] 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有qvB=,最大半徑R==,帶電粒子獲得的最大動(dòng)能Ek=,D正確.
9.A [解析] 電子流打
11、在熒光屏上的位置由a點(diǎn)逐漸移動(dòng)到b點(diǎn),洛倫茲力先向上后向下,由左手定則,磁場(chǎng)方向先向外后向里;由a點(diǎn)逐漸移動(dòng)到b點(diǎn),電子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑先增大再減小,由r=,則磁感應(yīng)強(qiáng)度先減小再增大,故選A.
10.(1)r1= r2=
(2)t= (3)=
[解析] (1)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式r=,又k=
則粒子在兩個(gè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r1=,r2=
(2)因B1=2B2,則r2=2r1,粒子再次回到原點(diǎn)需經(jīng)歷左邊兩個(gè)半圓和右邊一個(gè)半圓,則
經(jīng)歷左邊兩個(gè)半圓的時(shí)間t1===
經(jīng)歷右邊一個(gè)半圓的時(shí)間t2==
則總時(shí)間t=t1+t2==.
(3)在xOy平面內(nèi),粒子分別在左邊和右邊各
12、運(yùn)動(dòng)一個(gè)半圓,其直徑差為Δd=2(r2-r1),如圖所示.
粒子每經(jīng)歷一次回旋,其y軸坐標(biāo)就減小Δd,設(shè)經(jīng)歷n次回旋y軸坐標(biāo)減小2r1時(shí),再經(jīng)過(guò)左邊的半個(gè)圓周恰好通過(guò)O點(diǎn),則
Δd×n=2r1 (n=1,2,3,…)
所以= (n=1,2,3,…)
解得= (n=1,2,3,…)
11.(1) (2) (3)t=(arcsin)t0
[解析] (1)初速度沿OD方向發(fā)射的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示,其圓心為N,由幾何關(guān)系有:∠ONP=,t0=.
粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供,根據(jù)牛頓第二定律得
Bqv=mR
且v=
解得=.
(2)依題意,同一時(shí)刻仍在磁場(chǎng)中的粒子到O點(diǎn)距離相等.在t0時(shí)刻仍在磁場(chǎng)中的粒子應(yīng)位于以O(shè)為圓心,OP為半徑的弧PW上.
由圖知∠POW=
此時(shí)刻仍在磁場(chǎng)中的粒子數(shù)與總粒子數(shù)之比為.
(3)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)的粒子的軌跡應(yīng)該與磁場(chǎng)邊界B點(diǎn)相交.
設(shè)此粒子運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為θ,則sin=
在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間t=T=t0
所以從粒子發(fā)射到全部離開(kāi)所用時(shí)間為t=(arcsin)t0.