2010-2012高考物理高频考点精选分类解析29 带电粒子在匀强磁场中的运动

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名称 2010-2012高考物理高频考点精选分类解析29 带电粒子在匀强磁场中的运动
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资源类型 试卷
版本资源 新人教版
科目 物理
更新时间 2012-06-14 00:00:00

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2010~2012高考物理高频考点精选分类解析
高频考点29 带电粒子在匀强磁场中的运动
1. (2012·江苏物理)如图所示,MN 是磁感应强度为B 的匀强磁场的边界。一质量为m、电荷量为q 的粒子在纸面内从O 点射入磁场. 若粒子速度为v0,最远能落在边界上的A 点。. 下列说法正确的有
(A) 若粒子落在A 点的左侧,其速度一定小于v0
(B) 若粒子落在A 点的右侧,其速度一定大于v0
(C) 若粒子落在A 点左右两侧d 的范围内,其速度不可能小于v0-qBd/2m
(D)若粒子落在A 点左右两侧d 的范围内,其速度不可能大于v0 +qBd/2m
1.【答案】:BC
【解析】:若粒子落在A 点的左侧,其速度可能大于v0,若粒子落在A 点的右侧,其速度一定大于v0,选项A错误B正确;当速度等于v=v0-qBd/2m时,落点距A点左侧最远为2mv/qB=d,所以若粒子落在A 点左右两侧d 的范围内,其速度不可能小于v0-qBd/2m,选项C正确;当速度等于v=v0+qBd/2m时,落点距A点右侧最远为2mv/qB=d,若粒子不是垂直边界MN射入,落在A 点左右两侧d 的范围内,其速度可能大于v0 +qBd/2m,选项D错误。
【考点定位】此题考查带电粒子在匀强磁场中的运动。
2. (2012·安徽理综)如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度v从A点沿 直径AOB方向射入磁场,经过△t时间从C点射出磁场,OC与OB成60°角。现将带电粒子的速度变为v/3,仍从A点沿原方向射入磁场,不计重力,则粒子在磁场中的运动时间变为
A. △t B.2△t
C. △t D.3△t
2【答案】B
【解析】设圆形区域半径为r,画出带电粒子运动轨迹,由几何关系分析可知,轨道半径为R=2rcos30°=r。根据题述和带电粒子在匀强磁场中运动的相关知识可知,r=mv/qB,,△t=T/6.。将带电粒子的速度变为v/3,仍从A点沿原方向射入磁场,轨道半径减小到r/3,画出轨迹图,由图中几何关系可知,轨迹所对的圆心角为120°,粒子在磁场中的运动时间变为2△t,选项B正确。
【考点定位】此题考查带电粒子在匀强磁场中的圆周运动及其相关知识。
3. (2012·北京理综)处于匀强磁场中的一个带电粒子,仅在磁场力作用下做匀速圈周运动。将该粒子的运动等效为环形电流,那么此电流值
A. 与粒子电荷量成正比 B. 与粒子速率成正比
C.与粒子质量成正比 D.与磁感应强度成正比
3,【答案】:D
【解析】:该粒子的运动等效为环形电流,电流值I=q/T。而T=2πm/qB,所以I=q2B/2πm。由此可知,此电流值与磁感应强度成正比,与粒子质量成反比,与粒子电荷量的二次方成正比,选项D正确。
【考点定位】此题考查带电粒子在匀强磁场中的运动及其相关知识。
4(2012·全国理综)质量分别为m1和m2、电荷量分别为q1和q2的两粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,已知两粒子的动量大小相等。下列说法正确的是
A.若q1=q2,则它们做圆周运动的半径一定相等
B.若m1=m2,则它们做圆周运动的周期一定相等
C. 若q1≠q2,则它们做圆周运动的半径一定不相等
D. 若m1≠m2,则它们做圆周运动的周期一定不相等
4.【答案】:A 【解析】:带电粒子在匀强磁场中运动,洛伦兹力提供向心力,其轨道半径r=,周期T=。若q1=q2,则它们做圆周运动的半径一定相等,选项A正确;若q1≠q2,则它们做圆周运动的半径可能相等,选项C错误;若m1=m2,则它们做圆周运动的周期不一定相等,选项B错误;若m1≠m2,则它们做圆周运动的周期可能相等,选项D错误。
【考点定位】此题考查带电粒子在匀强磁场中运动。
5. (2012·广东理综物理)质量和电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,运行的半圆轨迹如图2种虚线所示,下列表述正确的是
A.M带负电,N带正电
B. M的速度率小于N的速率
C. 洛伦磁力对M、N做正功
D. M的运行时间大于N的运行时间
5【答案】:A
【解析】:由左手定则可知,M带负电,N带正电,选项A正确。由R=mv/qB可知,M的速度率大于N的速率,选项B错误;洛伦磁力对M、N都不做功,选项C错误;由T=2πm/qB可知,M的运行时间等于N的运行时间,选项D错误。
【考点定位】此题考查带电粒子在匀强磁场中的运动。
6(2011浙江理综第20题)利用如图1所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MN上方的感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,板上两条宽度分别为2d和d的缝,两缝近端相距为L。一群质量为m、电荷为q,具有不同速度的的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场,对于能够从宽度为d的缝射出的粒子,下列说法正确的是
A. 粒子带正电
B. 射出粒子的最大速度为
C. 保持d和L不变,增大B,射出粒子的最大速度与最小速度之差增大
D. 保持d和B不变,增大L,射出粒子的最大速度与最小速度之差增大
6.【答案】BC
【解析】:此题考查带电粒子在磁场中运动知识点。由左手定则和粒子偏转情况可知粒子带负电,选项A错误;根据洛仑兹力提供向心力qvB=m,可得v=。r最大值为rmax=,射出粒子的最大速度为v=选项B正确;r最小值为rmin=L/2,将r的最大值和最小值代人v的表达式得出射出粒子的最大速度与最小速度之差△v=,选项C正确D错误。
【点评】此题考查带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动、轨道半径及其相关知识。
7(2011海南物理卷第10题)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,图2中的正方形为其边界。一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射。这两种粒子带同种电荷,它们的电荷量、质量均不同,但其比荷相同,且都包含不同速率的粒子。不计重力。下列说法正确的是
A.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同
B. 入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同
C.在磁场中运动时间相同的粒子,其运动轨迹一定相同
D.在磁场中运动时间越长的粒子,其轨迹所对的圆心角一定越大
【解析】:由洛仑兹力提供向心力,qvB=m可得粒子在磁场中运动轨迹半径r=mv/qB, 运动时间t=θr/v=θm/qB,(θ为运动轨迹所对的圆心角),显然入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同,在磁场中运动时间越长的粒子,其轨迹所对的圆心角一定越大,选项BD正确;对于从O点所在的边上射出的粒子,由于速度不同,轨迹可以不同,但轨迹所对的圆心角均相同为180°,时间为半个周期,时间相同,因而选项AC错误。
【答案】BD
【点评】此题考查带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动、轨道半径、运动时间及其相关知识。
8.(2010重庆理综)如题图所示,矩形MNPQ区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场,有5个带点粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场,在纸面内做匀速圆周运动,运动轨迹为相应的圆弧,,这些粒子的质量,电荷量以及速度大小如下表所示。
粒子编号
质量
电荷量(q>0)
速度大小
1
m
2q
v
2
2m
2q
2v
3
3m
-3q
3v
4
2m
2q
3v
5
2m
-q
v
由以上信息可知,从图中a、b、c处进入的粒子对应表中的编号分别为
A.3,5, 4 B.4,2,5 C.5,3,2 D.2,4,5
【解析】带电粒子垂直于磁场方向进入匀强磁场中,洛仑兹力提供向心力,qvB=mv2/r,解得带电粒子在圆周运动的半径r=mv/qB,结合表格中数据可求得1—5各组粒子的半径之比依次为0.5︰2︰3︰3︰2,说明第一组正粒子的半径最小,该粒子从MQ边界进入磁场逆时针运动。由图a、b粒子进入磁场也是逆时针运动,则都为正电荷,而且a、b粒子的半径比为2︰3,则a一定是第2组粒子,b是第4组粒子。c顺时针运动,为负电荷,半径与a相等是第5组粒子,所以正确答案D。
【答案】D
【点评】此题以轨迹图中方格来说明轨迹半径的大小,考查带电粒子在匀强磁场中的运动,新颖而难度不大。
9.(2010年江苏物理)如图所示,在匀强磁场中附加另一匀强磁场,附加磁场位于图中阴影区域,附加磁场区域的对称轴OO’与SS’垂直。a、b、c三个质子先后从S点沿垂直于磁场的方向射入磁场,它们的速度大小相等,b的速度方向与SS’垂直,a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为α、β,且α>β。三个质子经过附加磁场区域后能达到同一点S’,则下列说法中正确的有
A.三个质子从S运动到S’的时间相等
B.三个质子在附加磁场以外区域运动时,运动轨迹的圆心均在OO’轴上
C.若撤去附加磁场,a到达SS’连线上的位置距S点最近
D.附加磁场方向与原磁场方向相同
【解析】由图可知,a质子的轨迹所对的圆心角最小,小于π,运动时间小于半个周期,b质子的轨迹所对的圆心角为π,运动时间等于半个周期,c质子的轨迹所对的圆心角最大,大于π,运动时间大于半个周期,选项A错误;由r=mv/qB可知,三个质子在附加磁场以外区域运动时,轨道半径相等,而圆心在初速度方向的垂线上,所以从S点作出的轨迹圆心不是均在OO’轴上,选项B错误;设初速度方向与OO’方向的夹角为( ,SS’=2rcos( ,若撤去附加磁场,因为α>β,a到达SS’连线上的位置距S点最近,选项C正确;要使三个质子经过附加磁场区域后能达到同一点S’,只有使附加磁场方向与原磁场方向相同,使它们的轨迹半径减小,选项D正确。
【答案】.CD
【点评】此题考查带电粒子在磁场中的运动,难度较大。
10(2011新课标理综)如图,在区域I(0≤x≤d)和区域II(d≤x≤2d)内分别存在匀强磁场,磁感应强度大小分别为B和2B,方向相反,且都垂直于Oxy平面。一质量为m、带电荷量q(q>0)的粒子a于某时刻从y轴上的P点射入区域I,其速度方向沿x轴正方向。已知a在离开区域I时,速度方向与x轴正方向的夹角为30°;此时,另一质量和电荷量均与a相同的粒子b也从P点沿x轴正方向射入区域I,其速度大小是a的1/3。不计重力和两粒子之间的相互作用力。求
(1)粒子a射入区域I时速度的大小;
(2)当a离开区域II时,a、b两粒子的y坐标之差。
【解析】:(1)设粒子a在I内做匀速圆周运动的圆心为C(在y轴上),半径为Ra1,粒子速率为va,运动轨迹与两磁场区域边界的交点为P’,如图,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得  ①  
由几何关系得  ② 
  ③
式中,θ=30°,由①②③式得 ④
(2)设粒子a在II内做圆周运动的圆心为Oa,半径为,射出点为(图中未画出轨迹),。由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得 ⑤
由①⑤式得 ⑥ 
、和三点共线,且由 ⑥式知点必位于 ⑦ 的平面上。由对称性知,点与点纵坐标相同,即=cosθ+h ⑧
式中,h是C点的y坐标。
设b在I中运动的轨道半径为,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得 ⑨
  设a到达点时,b位于点,转过的角度为α。如果b没有飞出I,则
⑩    
式中,t是a在区域II中运动的时间,而
 
由⑤⑨⑩式得α=30° 
由①③⑨式可见,b没有飞出。点的y坐标为=(2+cosα)+h      
由①③⑧⑨式及题给条件得,a、b两粒子的y坐标之差为- = (-2)d 
【点评】此题考查带电粒子在相邻相反方向磁场中的运动,具有一定的难度。
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