2019年高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题10磁场含解析.pdf

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1、专题 10 磁场专题 10 磁场 第一部分名师综述第一部分名师综述 本章内容包括磁场的基本性质和安培定则、左手定则的应用、安培力的应用、洛伦兹力和带电粒子在磁场 中的运动、带电粒子在复合场中的运动等内容，基本概念多且非常抽象,需要熟练掌握磁场的基本概念，掌 握用磁感线描述磁场的方法，以及电流、带电粒子在磁场中的受力和运动情况,结合牛顿运动定律、运动学 知识、圆周运动知识及功能关系等知识进行综合分析.历年高考对本考点知识的考查覆盖面大，几乎每个知 识点都考查到。特别是左手定则的运用和带电粒子在磁场中的运动更是两个命题频率最高的知识点带电 粒子在磁场中的运动考题一般运动情景复杂、综合性强，多以把场

2、的性质、运动学规律、牛顿运动定律、 功能关系及交变电流等有机结合的计算题出现，难度中等偏上，对考生的空间想象能力、物理过程和运动 规律的综合分析能力及用数学方法解决物理问题的能力要求较高。从近两年高考看，涉及本考点的命题常 以构思新颖、高难度的压轴题形式出现，在复习中要高度重视。特别是带电粒子在复合场中的运动问题在 历年高考中出现频率高， 难度大， 经常通过变换过程情景、 翻新陈题面貌、 突出动态变化的手法， 结合社会、 生产、科技实际来着重考查综合分析能力、知识迁移和创新应用能力。情景新颖、数理结合、联系实际将 是本考点今年高考命题的特点。 第二部分知识背一背第二部分知识背一背 一、洛伦兹力

3、：一、洛伦兹力： 1、产生洛伦兹力的条件： （1）电荷对磁场有相对运动磁场对与其相对静止的电荷不会产生洛伦兹力作用 （2）电荷的运动速度方向与磁场方向不平行 2、洛伦兹力大小：当电荷运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力为零；当电荷运动方向与磁场方向垂直时， 洛伦兹力最大，等于qvB； 3、洛伦兹力的方向：洛伦兹力方向用左手定则判断 4、洛伦兹力不做功 二、带电粒子在匀强磁场的运动二、带电粒子在匀强磁场的运动 1、带电粒子在匀强磁场中运动规律 初速度的特点与运动规律 （1）00 0 Fv，为静止状态； （2）0/ 0 FBv，则粒子做匀速直线运动； （3）qvBFBv， 0 ，则粒子做匀速圆周运动

4、，其基本公式为： 向心力公式： R v mBqv 2 运动轨道半径公式： Bq mv R ； 运动周期公式： Bq m T 2 动能公式： m BqR mvEk 22 1 2 2 2、解题思路及方法 圆周运动的圆心的确定： （1）利用洛仑兹力的方向永远指向圆心的特点，只要找到圆运动两个点上的洛仑兹力的方向，其延长线的 交点必为圆心 （2）利用圆上弦的中垂线必过圆心的特点找圆心 三、带电体在复合场或组合场中的运动三、带电体在复合场或组合场中的运动 复合场是指重力场、电场和磁场三者或其中任意两者共存于同一区域的场；组合场是指电场与磁场同时存 在， 但不重叠出现在同一区域的情况 带电体在复合场中的运

5、动 （包括平衡）， 说到底仍然是一个力学问题， 只要掌握不同的场对带电体作用的特点和差异，从分析带电体的受力情况和运动情况着手，充分发掘隐含 条件，建立清晰的物理情景，最终把物理模型转化成数学表达式，即可求解 解决复合场或组合场中带电体运动的问题可从以下三个方面入手：1、动力学观点（牛顿定律结合运动学方 程）；2、能量观点（动能定理和机械能守恒或能量守恒）；3、动量观点（动量定理和动量守恒定律） 一般地，对于微观粒子，如电子、质子、离子等不计重力，而一些实际物体，如带电小球、液滴等应考虑 其重力有时也可由题设条件，结合受力与运动分析，确定是否考虑重力 四、带电粒子在复合场中运动的应用实例四、带

6、电粒子在复合场中运动的应用实例 1电视显像管 电视显像管是应用电子束磁偏转的原理来工作的，使电子束偏转的磁场是由两对偏转线圈产生的显像管 工作时，由阴极发射电子束，利用磁场来使电子束偏转，实现电视技术中的扫描，使整个荧光屏都在发光 2速度选择器（如图所示） （1）平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直这种装置能把具有一定速度的粒子选择出 来，所以叫做速度选择器 （2）带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 B E vqvBqE，即。 3磁流体发电机 （1）磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能 （2）根据左手定则，如图中的B是发电机正极 （3） 磁流体发电机两极板间的距离

7、为l， 等离子体速度为v， 磁场的磁感应强度为B， 则由qvB l U qqE 得两极板间能达到的最大电势差BlvU . 4电磁流量计 工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自 由电荷（正、负离子），在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受 的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即 ： d U qqEqvB，所以 Bd U v ，因此液 体流量 B dU SvQ 4 。 5霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都 垂直的方向上出现了

8、电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示 第三部分技能+方法第三部分技能+方法 一、带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动 解析带电粒子在磁场中运动的问题，应画出运动轨迹示意图，确定轨迹圆的圆心是关键常用下列方法确 定圆心：已知轨迹上某两点速度方向，作出过两点的速度的垂线，两条垂线的交点即圆心；已知轨迹 上两个点的位置，两点连线的中垂线过圆心 带电粒子在磁场中运动侧重于运用数学知识（圆与三角形知识）求解，带电粒子在磁场中偏转的角度、初 速度与磁场边界的夹角往往是解题的关键，角度是确定圆心、运动方向的依据，更是计算带电粒子在磁场 中运动时间的桥梁，如带电粒

9、子在磁场中运动的时间为Tt 2 （是圆弧对应的圆心角）带电粒子在 磁场中的运动半径不仅关联速度的求解，而且在首先确定了运动半径的情况下，可利用半径发现题中隐含 的几何关系 二、带电粒子在复合场中的运动问题带电粒子在复合场中的运动问题 1.是否考虑粒子重力 （1）对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽 略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力. （2）在题目中有明确说明是否要考虑重力的，按题目要求处理. （3）不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重 力. 2.分析方法 （

10、1）弄清复合场的组成.如磁场、电场的复合,磁场、重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合等. （2）正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析. （3）确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合. （4）对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时,要分阶段进行处理. 3带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类 （1）磁场力、重力并存 若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动 若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因F洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问 题 （2）电场力、磁场力并存（不计重力的微观粒子） 若电场力和洛伦兹力平衡，则带电

11、体做匀速直线运动 若电场力和洛伦兹力不平衡， 则带电体将做复杂的曲线运动， 因洛伦兹力不做功， 可用动能定理求解问题 （3）电场力、磁场力、重力并存 若三力平衡，一定做匀速直线运动 若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动 若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用能量守恒或动能定理求解 问题 4带电粒子在复合场中有约束情况下的运动 带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动， 此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量 守恒定律结合牛顿运动定律求出结果 三、与磁场有关的

12、实际应用问题与磁场有关的实际应用问题 与磁场、复合场相关的实际应用问题很多，如回旋加速器、速度选择器、质谱仪、电磁流量计、等离子发 电机、霍尔效应等，对这类问题的分析首先要清楚相关仪器的结构，进而理解其原理，其核心原理都是带 电粒子在磁场、复合场中运动规律的应用对于常用仪器要记住其基本结构、基本原理以及经常出现的基 本结论，例如“回旋加速器加速后的带电粒子所能达到的最大动能与加速次数无关，而与加速器半径和磁 感应强度有关”等，这样有利于提高快速解题能力 第四部分基础练+测第四部分基础练+测 一、单选题 1在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆 1 和

13、 2 的 径迹照片如图所示，己知两个相切圆半径分别为、。下列说法正确的是( )r1r2 A原子核可能发生的是衰变，也可能发生的是衰变 B径迹 2 可能是衰变后新核的径迹 C若是衰变，则 1 和 2 的径迹均是逆时针方向 D若衰变方程是,则:=1:45 238 92U23490Th + 4 2He r1r2 【答案】 D 【解析】 【详解】 原子核衰变过程系统动量守恒， 由动量守恒定律可知， 衰变生成的两粒子动量方向相反， 粒子速度方向相反， 由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外 切圆，所以为电性相同的粒子，可能发生的是衰变，但不是衰变；若

14、是衰变，生成的两粒子电性 相同，图示由左手定则可知，两粒子都沿顺时针方向做圆周运动，故 AD 错误；核反应过程系统动量守恒， 原子核原来静止， 初动量为零， 由动量守恒定律可知， 原子核衰变后生成的两核动量P大小相等、 方向相反， 粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：，解得：，qvB = m v2 r r = mv qB = P Bq 由于P、B都相同，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于粒子的电荷量，则新 核的轨道半径小于粒子的轨道半径，则半径为r1的圆为放出新核的运动轨迹，半径为r2的圆为粒子的运动 轨迹，且：r1：r2=2：90=1：45

15、，故 D 正确，B 错误； 2根据电磁炮原理，我们可以设计一新型电磁船:船体上安装了用于产生强磁场的超导线圈，在两船舷之 间装有电池，导电的海水在安培力作用下即可推动该船前进。如图是电磁船的简化原理图，其中 MN 和 PQ 是与电池相连的导体棒，MN、 PQ、电池与海水构成闭合回路，且与船体绝缘，要使该船水平向左运动，则 超导线圈在 NMPQ 所在区域产生的磁场方向是 A竖直向下B竖直向上C水平向左D水平向右 【答案】 A 【解析】 【详解】 由电源、海水构成的闭合电路可知海水中电流的方向是从 MN 指向 PQ，根据左手定则可知磁场方向竖直向下 时海水受到的力水平向右，海水反作用于船体的力水平

16、向左，符合题意。故 A 项正确，BCD 三项错误。 3如图所示，R1和 R2是同种材料、厚度相同、上下表面为正方形的金属导体，但 R1的尺寸比 R2的尺寸大。 将两导体同时放置在同一匀强磁场 B 中，磁场方向垂直于两导体正方形表面，在两导体上加相同的电压， 形成图所示方向的电流；电子由于定向移动，会在垂直于电流方向受到洛伦兹力作用，从而产生霍尔电压， 当电流和霍尔电压达到稳定时,下列说法中正确的是（） AR1中的电流大于R2中的电流 BR1 中的电流小于R2中的电流 CR1 中产生的霍尔电压小于R2中产生的霍尔电压 DR1中产生的霍尔电压等于R2中产生的霍尔电压 【答案】 D 【解析】 【详解

17、】 AB电阻，设正方形金属导体边长为 a，厚度为 b，则，则 R1=R2，在两导体上加上相同R = L S R = a ab = b 电压，则 R1中的电流等于 R2中的电流，故 AB 错误。 CD根据电场力与洛伦兹力平衡，则有，解得 ： UH=Bav=Ba=，则有 R1中产生的霍尔电压evB = eUH a I neab 1 ne BI b 等于 R2中产生的霍尔电压，故 C 错误，D 正确。 4如图所示，在xOy坐标系的第一象限内存在垂直坐标平面向里的匀强磁场，第二象限内的部分区域存在 匀强电场 图中未画出 ，现有一带电荷量为、质量为m的粒子，以大小为的初速度从点沿与x()+ qv0P(a

18、,0) 轴正方向成的方向射入磁场中，通过y轴上的点进人第二象限后，依次通过无电场区域和匀强45 N(0,a) 电场区域后， 到达x轴时速度恰好为 0， 已知该粒子从第一次通过N点到第二次通过N点时所用的时间为，t0 粒子重力不计，下列说法正确的是 () A磁场的磁感应强度大小为 2mv 0 2aq B该粒子从P点开始到第一次通过N点时所用的时间为 2a 2v0 C该粒子在第一次通过无电场区域过程中的位移大小为 v0t0 2 - 2a D该粒子在第一次通过无电场区城过程中的位移大小为2 2a - v0t0 2 【答案】 B 【解析】 【详解】 画出带电粒子的运动轨迹如图所示， 根据几何关系可知，

19、根据洛伦兹力提供向心力可得，联立可得：，故A错误；粒r = 2 2 aqvB = m v2 r B = 2mv 0 aq 子在磁场中运动的周期：，从P到N的时间，故B正确；设粒子在非T = 2r v0 = 2m qB = 2a v0 t = T 2 = 2a 2v0 电场区域飞行时间为，位移为，在电场中飞行时间为，位移为，则有t1x1t2x2t1+ t2= t0 由几何关系有：x1+ x2= 2a 又因为：，x1= v0t1x2= v0t2 2 联立可得：，故CD错误。故选B。x1= v0t1= 22a - v0t0 5将静止在 P 点的原子核置于匀强磁场中（匀强磁场的方向图中未画出） ，能发

20、生 衰变或 衰变，衰 变后沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，得到轨迹圆弧 AP 和轨迹圆弧 PB，两轨迹在 P 点相切，它们的半 径 RAP与 RPB之比为 44:1，则 A发生了 衰变，磁场垂直纸面向外，原核电荷数为 90 B发生了 衰变，磁场垂直纸面向里，原核电荷数为 86 C发生了 衰变，磁场垂直纸面向里，原核电荷数为 45 D发生了 衰变，磁场垂直纸面向外，原核电荷数为 43 【答案】 D 【解析】 【详解】 两粒子运动方向相反，受洛伦兹力方向相同，可知两粒子带异种电荷，可知发生的是 衰变；根据动量守 恒定律，两粒子动量等大反向，由，则两粒子的电量之比为 1：44，因 射线带一个负电荷

21、，r = mv qB 1 q 则原核电荷数为 43，根据左手定则可知，磁场垂直纸面向外，故选 D. 6如图所示，静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个 粒子后，其速度方向与磁场 方向垂直，测得 粒子和反冲核轨道半径之比为 44:1，则下列说法不正确的是（） A 粒子与反冲粒子的动量大小相等，方向相反 B原来放射性元素的原子核电荷数为 90 C反冲核的核电荷数为 88 D 粒子和反冲粒子的速度之比为 1:88 【答案】 D 【解析】 【详解】 微粒之间相互作用的过程中遵守动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即 粒子和反冲 核的动量大小相等，方向相反；由于释放的 粒子和

22、反冲核均在垂直于磁场的平面内，且在洛伦兹力作用 下做圆周运动；由得：，若原来放射性元素的核电荷数为 Q，则对 粒子：，对反Bqv = mv2 R R = mv Bq R1= P1 B2e 冲核：，由于，根据，解得，反冲核的核电荷数为，R2= P2 B(Q - 2)e P1= P2R1:R2= 44:1Q = 9090 - 2 = 88 它们的速度大小与质量成反比，由于不知道质量关系，无法确定速度大小关系，故 A、B、C 正确，D 错误； 7在粒子物理学的研究中，我们可以让粒子通过“云室”“气泡室”等装置，显示它们的径迹。右图为在 气泡室中垂直施加匀强磁场后带电粒子的运动径迹，密封的气泡室里装满

23、了因绝热膨胀而处于过热状态的 液体，当带电粒子经过液体时会产生气泡，从而显示出粒子的运动轨迹。观察图片，对气泡室内带电粒子 运动径迹的描述，下列说法不正确的是 A不同粒子的径迹半径不同是因为粒子的比荷、速度不同造成的 B从同一方向飞来的粒子偏转方向不同是电荷量大小不同导致的 C从同一方向飞来的粒子偏转方向不同是电荷种类不同导致的 D粒子的径迹是螺旋线是因为粒子在运动过程中动能减少 【答案】 B 【解析】 【分析】 根据题中“匀强磁场粒子的运动轨迹”可知，本题考察带电粒子在磁场中的运动，应用牛顿第二定律、 左手定则等知识分析推断。 【详解】 A： 据可得，则不同粒子的径迹半径不同是因为粒子的比荷

24、、速度不同造成的。故 A 项正确。qvB = m v2 r r = mv qB BC： 据左手定则可知，从同一方向飞来的粒子偏转方向不同是电荷种类不同导致的。故 B 项错误，C 项正确。 D：粒子在运动过程中动能减少，速度减小；据可知，粒子的径迹是螺旋线。故 D 项正确。r = mv qB 本题选不正确的，答案是 B。 8如图所示，在倾角为 37的光滑斜面上有一根长为 0.5m、质量为 2kg 的通电直导线，电流大小 I=2A、 方向垂直于纸面向里，导线用平行于斜面的轻弹簧拴住不动，整个装置放在磁感应强度为 5T,竖直向上的磁 场中， 已知弹簧的劲度系数为 400N/m,整个过程未超出弹簧的弹

25、性限度， 则以下说法正确的是 （g 取 10m/s2） A通电直导线对斜面的压力为 19N B弹簧的伸长量为 4m C如果磁感应强度增大，则弹簧的弹力减小 D如果磁感应强度增大，则通电导线对斜面的压力减小 【答案】 D 【解析】 【详解】 AB、通电直导线受到重力、斜面对其的支持力、弹簧对其的拉力和水平向右安培力作用，通电直导线受到 的安培力：，根 据平衡条 件可得：，F安= BIL = 5NF弹- mgsin37 - BILcos370= 0FN+ BILsin ， 解 得 ：，37 - mgcos37 = 0FN= mgcos37 - BILsin37 = 13NF弹= mgsin37 +

26、 BILcos ，根据胡克定律可知弹簧的伸长量为：，故 A、B 错误；37 = 16Nx = F弹 k = 16 400m = 0.04m CD、如果磁感应强度增大，通电直导线受到的安培力增大，弹簧的弹力F安= BILF弹= mgsin37 + BILcos 增大，斜面对通电导线的支持力减小，故 D 正确，C 错误；37FN= mgcos37 - BILsin37 故选 D。 9以下涉及物理学史上的四个重大发现,其中说法不正确的是 A卡文迪许通过扭秤实验,测定出了万有引力常量 B奥斯特通过实验研究,发现了电流周围存在磁场 C牛顿根据理想斜面实验,提出力是改变物体运动状态的原因 D纽曼、韦伯在对

27、理论和实验资料进行严格分析后,总结出后人称之为法拉第电磁感应定律的结论 【答案】 C 【解析】 【详解】 A、卡文迪许通过扭秤实验,测定出了万有引力恒量.所以 A 选项是正确的. B、奥斯特通过实验研究,发现了电流周围存在磁场,所以 B 选项是正确的; C、伽利略根据理想斜面实验,提出力不是维持物体运动的原因,故 C 错误 D、纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后,先后指出：闭合电路中电磁感应电动势的大小，跟穿 过这一电路的磁通量的变化率成正比，后人称之为法拉第电磁感应定律，故 D 对； 本题选不正确的，故选 C 10如图所示，OO为圆柱筒的轴线，磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁感线平行

28、于轴线方向，在圆筒 壁上布满许多小孔，如aa、bb、cc、，其中任意两孔的连线均垂直于轴线，有许多比荷为 的正粒 q m 子，以不同的速度、入射角射入小孔，且均从垂直于OO轴线的对称的小孔中射出，入射角为 30的粒子 的速度大小为km/s、则入射角为 45的粒子速度大小为2 A0.5 km/s B1 km/s C2 km/s D4 km/s 【答案】 B 【解析】 【分析】 根据洛伦兹力做向心力求得速度与半径成正比，由几何关系求得两种入射角的情况下分别对应的半径，即 可求得速度的比值，进而求得速度 【详解】 正粒子在匀强磁场中在洛伦兹力作用下进行匀速圆周运动，则有洛伦兹力作为向心力，即，所以，

29、qvBm v2 r ，匀强磁场的磁感应强度 B 不变，正粒子的比荷不变，所以 为常数。设圆柱筒半径为 R，则有右图所 v r Bq m v r 示几何关系， 那么，入射角为 的正粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径，入射角为 30正粒子的速度v1r R sin 2 km/s，半径r12R，入射角为 45的粒子速度为 v2，半径，因为，所以， R sin300 r2= R sin450 = 2R v1 r1 = v2 r2 v2 。故选 B。 v1 r1r2 2 2R 2R(km/s)1km/s 二、多选题 11质谱仪是一种测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源A产生电荷量

30、 相同而质量不同的离子束（初速度可视为零） ，从狭缝S1进入电场，经电压为U的加速电场加速后，再通过 狭缝S2从小孔垂直MN射入圆形匀强磁场。该匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外，半径为R， 磁场边界与直线MN相切E为切点。离子离开磁场最终到达感光底片MN上，设离子电荷量为g，到达感光底 片上的点与E点的距离为x，不计重力，可以判断（ ） A离子束带负电 Bx越大，则离子的比荷一定越大 C到达处的离子在匀强磁场运动时间为x = 3R BR2 9U D到达处的离子质量为x = 3R qB2R2 6U 【答案】 CD 【解析】 【详解】 带电粒子在加速电场中做匀加速直线运动，设加速后的速

31、度大小为v，根据动能定理有：，qU = 1 2mv 2 - 0 解得：，然后匀速运动到 E 点进入有界磁场中，其运动轨迹如下图所示：v = 2qU m 粒子从E点先沿虚线圆弧， 再沿直线做匀速直线运动到N点。 由左手定则， 粒子是正电。 故 A 错误 ； 由qvB = m ，则，x越大则r越大，则比荷 越小，故 B 错误；在ENO中，解得:=60，设带电粒 v2 r r = mv qB q m tan = x R 子运动的轨迹圆的半径为r，根据数学知识有：，解得：，由，r = 3 3 Rm = qB2R2 6U t = 360 T = 360 2m qB 由几何关系圆弧圆心角=120，联立可得

32、：，故 CD 正确。t = BR2 9U 12 如图所示,长为 L、 相距 d 的两水平放置的平行金属板之间有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为 B。 从离子源先后发射出氢同位素粒子、 (不计重力),经同一电场区加速,从两极板中点以相同速率垂直磁 1 1H 3 1H 感线水平进入磁场,两种粒子都恰好不打在极板上。下列说法正确的是 A、粒子在磁场中运动的轨道半径之比为 3:1 1 1H 3 1H B极板长 L 与间距 d 之比为1：2 C、粒子在磁场中转过的角度之比为 3:1 1 1H 3 1H D、粒子进入电场区域前的初动能之比小于 1/3 1 1H 3 1H 【答案】 BD 【解析】 【详

33、解】 A在磁场中的半径：，因两同位素的质量之比为 1:3，则半径之比为 1:3，选项 A 错误；R = mv qB B在板间运动时在磁场中做圆周运的半径之比为r1:r2=1:3，且两种粒子都恰好不打在极板上，可知 1 2d = 2 ,，联立解得：L:d=1:，选项 B 错误；r1(r2- 1 2d) 2 + L2= r222 C在磁场中转过的角度为 ，由几何关系可知，在磁场中转过的角度正弦值为，可 1 1H 3 1H sin = L r2 = 22 3 知两种粒子在磁场中转过的角度之比不等于 3:1，选项 C 错误； D根据动能定理，两粒子在电场中运动中满足 ：；，则Uq = 1 2mv 2

34、- Ek1Uq = 1 2 3mv 2 - Ek2 Ek1 Ek2 = 1 2mv 2 - qU 1 2 3mv 2 - qU ，选项 D 正确.= 1 3 1 2mv 2 - qU ( 1 2mv 2 - 1 3qU) 30飞入的粒子在磁场中运动的时间都相等 D在AC边界上有粒子射出的区域长度大于L 【答案】 AD 【解析】 【详解】 根据 Bqv0=m，可知粒子的运动半径 r=2L；假设粒子能经过 C 点，则此时粒子速度方向与 CO 的夹角为 ， v02 r 则由几何关系可知，则 30飞入的粒子在磁场中运动时的弧长不同，则运 动的时间不相等，选项 C 错误 ； 若当 =90入射时，假设此时

35、粒子运动的半径等于 OC=L，则粒子打到 AC3 边上的位置距离 C 点L 的位置，粒子的半径大于L，则粒子打到 AC 边上的位置距离 C 点的距离一定大33 于L，选项 D 正确；故选 AD。3 16如图所示，某同学用玻璃皿在中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源 的正极做“旋转的液体的实验” ，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度为 B=0.1T， 玻璃皿的横截面的半径为 a=0.05m，电源的电动势为 E=3V，内阻 r=0.1，限流电阻 R0=4.9，玻璃皿中两 电极间液体的等效电阻为 R=0.9，闭合开关后当液体旋转时电压表的示数为 1.5V

36、，则（不计一切摩擦阻力） （ ） A由上往下看，液体做逆时针旋转 B液体所受的安培力大小为 1.5N C闭合开关后，液体热功率为 0.081W D闭合开关 10s，液体具有的动能是 3.69J 【答案】 ACD 【解析】 【详解】 A、根据左手定则，导电液体受到的安培力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故 A 正确； B、电压表的示数，则根据闭合电路欧姆定律：，所以电路中的电流值为：U = 1.5VE = U + IR0+ IrI = ，液体所受安培力为，故 B 错误； E - U R0+ r = 0.3AF = BIa = 1.5 10 - 3N C、玻璃皿中两极间液体的等效电阻为R=

37、0.9，液体的热功率为：，故 C 正确；P热= I2R = 0.081W D、根据能量守恒定律，闭合开关 10s，液体具有的动能是：Ek= W电流- W热= (P - P热)t = (UI - I2 ，故 D 正确；R)t = 3.69J 17如下图所示，平行直线 aa及 bb间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 B现分别在 aa上 某两点射入带正电粒子 M、N，M、N 的初速度方向不同，但与 aa的夹角均为 ，两粒子都恰不能越过界 线 bb若两粒子质量均为 m，电荷量均为 q，两粒子射入到 bb的时间分别为 t1和 t2，则（） At1+t2= 2m qB BM 粒子的初速度大于 N 粒

38、子的初速度 Ct1+t2= m 2qB DM 粒子轨迹半径小于 N 粒子的轨迹半径 【答案】 AB 【解析】 【详解】 设磁场宽度为 d，M 和 N 两粒子的轨迹半径分别为和，粒子 M 的运动轨迹如图所示：R1R2 由几何知识可知：R1（1 - cos） = d 粒子的轨道半径：R1= d 1 - cos 粒子 N 的运动轨迹如图所示： 由几何知识可知：，粒子轨道半径：R2（1 + cos） = dR2= d 1 + cos 故 M 粒子轨迹半径大于 N 粒子的轨迹半径；R1R2 根据洛伦兹力提供向心力 ：可得粒子半径 ：，可知当 m、q 和 B 相同时，R 与 v 成正比，故 MqvB =

39、m v2 R R = mv qB 粒子的初速度大于 N 粒子的初速度； 两粒子在磁场中运动的周期相同，均为：T = 2R v = 2m qB M、N 两粒子在磁场中运动的圆心角分别为和2（2 - 2） M 粒子运动的时间：t1= 2 2 T N 粒子运动的时间：t2= 2 - 2 2 T 两粒子运动时间之和：，故 AB 正确，CD 错误。t1+ t2= 2 2 T + 2 - 2 2 T = T = 2m qB 18央视是真的吗节目做了如下实验：用裸露的钢导线绕制成一根无限长螺旋管，将螺旋管固定在绝 缘水平桌面上，用一节干电池和两磁铁制成一个“小车” ，两导电磁铁的同名磁极粘在电池的正、负两极

40、上， 只要将这辆小车推入螺旋管中，小车就会加速运动起来，如图所示。图中电池所在处的线圈没有画出，关 于小车的运动，以下说法正确的是 A图中小车的加速度方向向右 B小车加速运动的能量源于安培力做功 C将小车上两磁铁均改为 S 极与电池粘连，小车的加速度方向会改变 D将小车上两磁铁均改为 S 极与电池粘连，小车的加速度方向不会改变 【答案】 BC 【解析】 【详解】 A 项：两磁极间的磁感线如图甲所示， 干电池与磁体及中间部分线圈组成了闭合回路，在两磁极间的线圈产生电流，左端磁极的左侧线圈和右端 磁极的右侧线圈中没有电流，其中线圈中电流方向的左视图如图乙所示， 由左手定则可知，中间线圈所受的安培力

41、向右，由牛顿第二定律有小车具有向左的加速度，故 A 错误； B 项：在两磁极间的线圈产生电流，根据 F=BIL 可知，小车加速运动是受安培力作用，故 B 正确； C、D 项：将小车两磁极均改为 S 极与电池相连，磁感线会向里聚集，受到的力与 A 中方向相反，故车的加 速度方向将发生改变，故 C 正确，D 错误。 故选：BC。 19回旋加速器工作原理示意图如图所示.磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直,两盒间的狭缝很小,粒子 穿过的时间可忽略,它们接在电压为 U、频率为 f 的交流电源上,A 处粒子源产生的质子在加速器中被加速. 质子初速度可忽略，则下列说法正确的是 A若只增大交流电压 U,则

42、质子获得的最大动能增大 B若只增大交流电压 U,则质子在回旋加速器中运行时间会变短 C质子第 n 次被加速前、后的轨道半径之比n - 1:n D不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f,该回旋加速器也能用于加速 粒子 【答案】 BC 【解析】 【详解】 当粒子从 D 形盒中出来时速度最大，根据，得，那么质子获得的最大动能，则qvmB = m v2m R vm= qBR m EKm= q2B2R2 2m 最大动能与交流电压 U 无关。故 A 错误。根据，若只增大交变电压 U，不会改变质子在回旋加速器T = 2m Bq 中运行的周期，但加速次数减少，则运行时间也会变短。故 B 正确。质子第 n-1

43、次被加速 ：(n - 1)qU = 1 2m ；第 n 次被加速：；其中，则半径之比；选项 C 正确；带电粒v 2 n - 1 nqU = 1 2mv 2 n r = mv qB = 1 B 2mU q rn - 1 rn = n - 1 n 子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等， 根据知， 换用 粒子， 粒子的比荷变化， 周期变化，T = 2m Bq 回旋加速器需改变交流电的频率才能加速 粒子。故 D 错误。故选 BC。 20如图所示，从有界匀强磁场的边界上 O 点以相同的速率射出三个相同粒子 a、b、c，粒子 b 射出的方向 与边界垂直，粒子 b 偏转后打在边界上的 Q 点，另外两个粒

44、子打在边界 OQ 的中点 P 处，不计粒子所受的重 力和粒子间的相互作用力，下列说法正确的是 A粒子一定带正电 B粒子 a 与 b 射出的方向间的夹角等于粒子 b 与 c 射出的方向间的夹角 C两粒子 a、c 在磁场中运动的平均速度相同 D三个粒子做圆周运动的圆心与 O 点的连线构成一个菱形 【答案】 BD 【解析】 【详解】 如图，粒子往右偏转，根据左手定则，粒子带负电，故 A 错误； 由几何知识得， 粒子 a， c 均从 P 点射出， 所以弧 OP 的对称弧与 a 粒子的轨迹半径相等， 故 a， b 粒子与 b， c 粒子的射出的方向间的夹角相等，故 B 正确；a，c 粒子位移相等，时间不

45、等，故两粒子 a，c 在磁场中运动 的平均速度不相同，故 C 错误；根据，则速率相同的三个粒子在同一磁场中运动的轨迹半径相等，故r = mv qB 连接三个粒子做圆周运动的圆心与 O 点的连线构成一个菱形，故 D 正确；故选 BD。 【点睛】 解答此题的关键是知道相同粒子在同一磁场中做匀速圆周运动的半径是相等的，注意与数学知识相结合解 答更容易。 三、解答题 21如图所示，竖直虚线左侧有竖直向上的匀强电场，右侧有水平向左的匀强电场，两电场的电场强度大 小均为 E=21 02v/m，右侧电场中有一斜面，斜面的倾角，虚线左侧还有垂直纸面向外的匀强磁场，一45 带电小球（可视为质点）从斜面由上的 A

46、 点由静止释放，沿斜面向下运动，从斜面的底端（虚线上的 C 点） 进入虚线左侧正交的电场和磁场中，结果小球恰好能做匀速圆周运动，并从虚线上的 D 点进入虚线右侧的 电场， 小球的电荷量为 q=lxl0-6C， C、 D 两点间的距离为， A、 C 两点的高度差 h=l0cm， g=l0m/s2，d = 20 2cm 斜面的上端足够长。 (1)求小球运动到 C 点时的速度大小。 (2)求匀强磁场的磁感应强度大小 B。 (3)试分析小球从 D 点进入虚线右侧的电场后，能不能打在斜面上？如果能，求小球从 D 点打到斜面上所用 的时间；如果不能，则小球在电场中运动多长时间恰好进入虚线左侧正交的电场和磁

47、场中？ 【答案】(1) (2) (3)能。2m/s200T0.1s 【解析】 【详解】 (1)小球恰好能在虚线左侧正交的电场和磁场中做匀速圆周运动，则有：qE = mg 从斜面由上的 A 点由静止释放， 小球沿斜面向下匀加速运动， 根据动能定理可得 ：mgh + qE h tan45 = 1 2mv 2 C- 0 解得：小球运动到 C 点时的速度大小：vC= 2m/s (2) 小球恰好能在虚线左侧正交的电场和磁场中做匀速圆周运动，有几何关系可得：2R = d 解得：R = 0.2m 根据可得：匀强磁场的磁感应强度大小：qvCB = mvC2 R B = 200T (3) 小球从 D 点进入虚线

48、右侧的电场后做内平抛运动，假设小球能打在斜面上，则有： 平行速度方向：dcos45= vCt 解得：dcos45 = vCt = 0.1s 垂直速度方向有：a = (mg)2+ (qE)2 m = 20m/s2 y = 1 2at 2 = 0.1m 由于，假设成立，即能打在斜面上y = 0.1m 0 的区域加一竖直方向的匀强电场（图中未画出） ，带电小环从 c 端离开细杆后能垂直通过 y 轴上的 P 点，且通过 P 点时的速度与通过坐标原点 O 时速度大小相等，求所加电场的电场强度 E 及小环通 过 y 轴的位置坐标 P； （3）若在小环从 P 点通过 y 轴瞬间撤去磁场，通过计算判断小环能否在运动中垂直撞击细杆。 【答案】 （1）。 （2） ，方向竖直向下；（3）小环不能垂直撞击细杆 3 25mgl0 mg q P(0, 48 25l0) 【解析】 【详解】 （1）小环恰能匀速通过 bc 段，表明细杆对小环的摩擦力为 0，因此细杆对小环的弹力为 0，因此有 mg- qvB=0，带电小环在 ab 段运动时，由动能定理得，由式得速度，mgl0sin - Wf= 1 2mv 2 v = 2 5 6gl0