《（北京專用）2021版高考物理總復(fù)習(xí)第十一章第2講洛倫茲力帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)精練（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（北京專用）2021版高考物理總復(fù)習(xí)第十一章第2講洛倫茲力帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)精練（含解析）（14頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 （北京專用）2020版高考物理總復(fù)習(xí)第十一章第2講洛倫茲力帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)精練（含解析） 第2講　洛倫茲力　帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) A組　基礎(chǔ)鞏固 1.(2017海淀期末)來自太陽和其他星體的宇宙射線中含有大量高能帶電粒子,若這些粒子都直接到達(dá)地面,將會(huì)對(duì)地球上的生命帶來危害。但由于地磁場(如圖所示)的存在改變了宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向,使得很多高能帶電粒子不能到達(dá)地面。若不考慮地磁偏角的影響,關(guān)于上述高能帶電粒子在地磁場的作用下運(yùn)動(dòng)情況的判斷,下列說法中正確的是(　　) A.若帶電粒子帶正電,且沿地球赤道平面射向地心,則由于地磁場的作用將向東偏轉(zhuǎn) B.

2、若帶電粒子帶正電,且沿地球赤道平面射向地心,則由于地磁場的作用將向北偏轉(zhuǎn) C.若帶電粒子帶負(fù)電,且沿垂直地球赤道平面射向地心,則由于地磁場的作用將向南偏轉(zhuǎn) D.若帶電粒子沿垂直地球赤道平面射向地心,它可能在地磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 答案　A　高能帶電粒子在地磁場中受洛倫茲力影響,由左手定則可判斷,若帶電粒子帶正電,且沿地球赤道平面射向地心,受到向東的洛倫茲力,則粒子向東偏轉(zhuǎn),A對(duì)B錯(cuò);若帶電粒子沿垂直地球赤道平面射向地心,它將不受洛倫茲力,做直線運(yùn)動(dòng),C、D錯(cuò)。 2.(2014北京理綜,16,6分)帶電粒子a、b在同一勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),它們的動(dòng)量大小相等,a運(yùn)動(dòng)的半徑大于b運(yùn)動(dòng)的

3、半徑。若a、b的電荷量分別為qa、qb,質(zhì)量分別為ma、mb,周期分別為Ta、Tb。則一定有(　　) A.qaRb,pa=pb,Ba=Bb,故qa

4、圓弧PN,兩軌跡在P點(diǎn)相切,且半徑之比為RA∶RB=2∶1,粒子C的軌跡未畫出。下列說法正確的是(　　) A.粒子A和B都帶正電荷 B.粒子B與C的動(dòng)量大小之比為1∶3 C.粒子A與B的速度大小之比為2∶1 D.粒子B與C的質(zhì)量數(shù)之和小于粒子A的質(zhì)量數(shù) 答案　B　根據(jù)題意,可以畫出軌跡切線方向即速度方向,洛倫茲力與速度垂直且指向圓弧內(nèi)側(cè),再由左手定則可以判斷出A、B粒子都帶負(fù)電荷,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;衰變前后粒子的總質(zhì)量數(shù)守恒,因此粒子B與C的質(zhì)量數(shù)之和等于粒子A的質(zhì)量數(shù),D項(xiàng)錯(cuò)誤;衰變滿足系統(tǒng)動(dòng)量守恒,A粒子在P點(diǎn)衰變,設(shè)衰變前A的速度方向?yàn)檎较?pA、pB、pC分別表示A、B、C粒

5、子的動(dòng)量大小,pA=-pB+pC,由R=mvBq,得粒子A、B動(dòng)量大小之比為2∶1,而A、B質(zhì)量不相等,因此速度大小之比不是2∶1,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由pA∶pB=2∶1,得pB∶pC=1∶3,B項(xiàng)正確。 4.(2018朝陽期末)如圖所示,在x軸上方存在垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。一帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O處以速度v沿y軸正方向進(jìn)入磁場,最后從P(a,0)射出磁場。不計(jì)粒子重力,該帶電粒子的電性和比荷qm是(　　) A.正電荷,vaB B.負(fù)電荷,vaB C.正電荷,2vaB D.負(fù)電荷,2vaB 答案　D　帶電粒子能從圖中P點(diǎn)離開磁場,說明進(jìn)入磁場時(shí)所受洛倫茲力向右,由左手定

6、則可知,粒子帶負(fù)電荷,由幾何關(guān)系可知,軌跡圓心在OP的中點(diǎn)處,故r=a2,由洛倫茲力充當(dāng)向心力可知,qvB=mv2r,解得qm=2vaB,故只有D選項(xiàng)正確,A、B、C選項(xiàng)均錯(cuò)誤。 5.(2018海淀期末)圖甲是洛倫茲力演示儀。圖乙是演示儀結(jié)構(gòu)圖,玻璃泡內(nèi)充有稀薄的氣體,由電子槍發(fā)射電子束,在電子束通過時(shí)能夠顯示電子的徑跡。圖丙是勵(lì)磁線圈的原理圖,兩線圈之間產(chǎn)生近似勻強(qiáng)磁場,線圈中電流越大磁場越強(qiáng),磁場的方向與兩個(gè)線圈中心的連線平行。電子速度的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度可以分別通過電子槍的加速電壓和勵(lì)磁線圈的電流來調(diào)節(jié)。若電子槍垂直磁場方向發(fā)射電子,給勵(lì)磁線圈通電后,能看到電子束的徑跡呈圓形。關(guān)于電子束

7、的軌道半徑,下列說法正確的是(　　) A.只增大電子槍的加速電壓,軌道半徑不變 B.只增大電子槍的加速電壓,軌道半徑變小 C.只增大勵(lì)磁線圈中的電流,軌道半徑不變 D.只增大勵(lì)磁線圈中的電流,軌道半徑變小 答案　D　電子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),evB=mv2R,R=mvBe。電子在加速電場中加速過程由動(dòng)能定理有,eU=12mv2。只增大加速電壓,則v增大,R增大。只增大勵(lì)磁線圈中的電流,則B增大,R減小。D項(xiàng)正確。 6.(2017西城一模)在粒子物理學(xué)的研究中,經(jīng)常應(yīng)用“氣泡室”裝置。粒子通過氣泡室中的液體時(shí)能量降低,在它的周圍有氣泡形成,顯示出它的徑跡。如圖所示為

8、帶電粒子在氣泡室運(yùn)動(dòng)徑跡的照片,氣泡室處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中。下列有關(guān)甲、乙兩粒子的判斷正確的是(　　) A.甲粒子帶正電 B.乙粒子帶負(fù)電 C.甲粒子從b向a運(yùn)動(dòng) D.乙粒子從c向d運(yùn)動(dòng) 答案　C　由題意知,粒子通過氣泡室中的液體時(shí)能量降低,即速度v減小,由R=mvBq知,R越來越小,C正確、D錯(cuò)誤。由于磁場方向垂直紙面向里,由左手定則知,甲粒子帶負(fù)電,乙粒子帶正電,A、B錯(cuò)誤。 7.如圖所示,甲、乙兩個(gè)帶等量異種電荷而質(zhì)量不同的帶電粒子,以相同的速率經(jīng)小孔P垂直磁場邊界MN,進(jìn)入方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),并垂直磁場邊界MN射出磁場,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中

9、虛線所示。不計(jì)粒子所受重力及空氣阻力,下列說法正確的是(　　) A.甲帶負(fù)電荷,乙?guī)д姾? B.甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量 C.洛倫茲力對(duì)甲做正功 D.甲在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等于乙在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 答案　B　根據(jù)左手定則判斷知,甲帶正電荷,乙?guī)ж?fù)電荷,A選項(xiàng)錯(cuò)誤。帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力充當(dāng)向心力,洛倫茲力不做功,C選項(xiàng)錯(cuò)誤。由Bqv=mv2r,得r=mvBq,因?yàn)閞甲>r乙,所以m甲>m乙,又T=2πmBq,則T甲>T乙,t甲=12T甲,t乙=12T乙,故t甲>t乙,B選項(xiàng)正確,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 8.如圖所示,有一圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,O為圓的圓心,磁場方向垂直紙面向里。兩個(gè)正、負(fù)

10、電子a、b,以不同的速率沿著PO方向進(jìn)入磁場,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。不計(jì)電子之間的相互作用及重力。a與b比較,下列判斷正確的是　(　　) A.a為正電子,b為負(fù)電子 B.b的速率較大 C.a在磁場中所受洛倫茲力較大 D.b在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間較長 答案　B　由左手定則可知b帶正電,a帶負(fù)電,由題圖可知rb>ra,又qvB=mv2r,r=mvqB,則vb>va,對(duì)f洛=qvB,則f洛b>f洛a。T=2πrv=2πmqB,兩者周期相同,但b的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)圓心角小,b在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短。 9.(2017北京東城期末)如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電粒子,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁

11、場中,以垂直于磁場方向的速度v做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 (1)畫出粒子此時(shí)所受洛倫茲力的方向及運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖; (2)推導(dǎo)軌道半徑公式; (3)推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)周期公式。 答案　見解析 解析　(1)如圖所示 (2)帶電粒子運(yùn)動(dòng)過程中所受洛倫茲力F洛=qvB 洛倫茲力充當(dāng)向心力F洛=mv2r 解得軌道半徑r=mvBq (3)帶電粒子運(yùn)動(dòng)周期T=2πrv=2πmBq B組　綜合提能 1.(2018西城二模)我們通常用陰極射線管來研究磁場、電場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用,如圖所示為陰極射線管的示意圖。玻璃管已抽成真空,當(dāng)左右兩個(gè)電極連接到高壓電源時(shí),陰極會(huì)發(fā)射電子,電子在電場的加速下,由陰極沿x

12、軸方向飛向陽極,電子掠射過熒光屏,屏上亮線顯示出電子束的徑跡。要使電子束的徑跡向z軸正方向偏轉(zhuǎn),在下列措施中可采用的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.加一電場,電場方向沿z軸正方向 B.加一電場,電場方向沿y軸負(fù)方向 C.加一磁場,磁場方向沿z軸正方向 D.加一磁場,磁場方向沿y軸負(fù)方向 答案　D　電子在電場中所受電場力方向與場強(qiáng)方向相反,若所加電場方向沿z軸正方向,則電子束向z軸負(fù)方向偏轉(zhuǎn);若所加電場方向沿y軸負(fù)方向,則電子束向y軸正方向偏轉(zhuǎn),A、B錯(cuò)誤。由左手定則可知,若所加磁場方向沿z軸正方向,電子受洛倫茲力方向沿y

13、軸正方向,電子束向y軸正方向偏轉(zhuǎn);若所加磁場方向沿y軸負(fù)方向,電子受洛倫茲力方向沿z軸正方向,電子束向z軸正方向偏轉(zhuǎn),C錯(cuò)誤,D正確。 2.(2017朝陽期末)在光滑絕緣水平面上,用絕緣細(xì)線拉著一帶負(fù)電的小球,在水平面內(nèi)繞豎直方向的軸做逆時(shí)針方向的勻速圓周運(yùn)動(dòng),整個(gè)空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場,俯視圖如圖所示。若小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)細(xì)線突然斷開,則小球此后(　　) A.仍做逆時(shí)針方向的勻速圓周運(yùn)動(dòng),但半徑減小 B.仍保持原來速度大小,做勻速直線運(yùn)動(dòng) C.做順時(shí)針方向的曲線運(yùn)動(dòng),但不是圓周運(yùn)動(dòng) D.做順時(shí)針方向的圓周運(yùn)動(dòng),半徑可能不變 答案　D　細(xì)線斷開前,帶負(fù)電的小球做逆時(shí)針方向的勻

14、速圓周運(yùn)動(dòng),在A位置小球受的拉力方向向左,洛倫茲力方向向右,合力充當(dāng)向心力;細(xì)線斷了以后,小球在A位置受的洛倫茲力向右,做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力大小可能與細(xì)線斷前小球所受合力相等,軌跡半徑可能不變。故選D。 3.如圖,空間存在方向垂直于紙面(xOy平面)向里的磁場。在x≥0區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B0;x<0區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為λB0(常數(shù)λ>1)。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的帶電粒子以速度v0從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸正向射入磁場,此時(shí)開始計(jì)時(shí)。當(dāng)粒子的速度方向再次沿x軸正向時(shí),求(不計(jì)重力) (1)粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間; (2)粒子與O點(diǎn)間的距離。 答案　(1)πmB0q(1+1λ)　(2)2mv0B0q(1-1λ) 解析　本題考查帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)。 (1)在勻強(qiáng)磁場中,帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)在x≥0區(qū)域,圓周半徑為R1;在x<0區(qū)域,圓周半徑為R2。由洛倫茲力公式及牛頓定律得 qB0v0=mv02R1 qλB0v0=mv02R2 粒子速度方向轉(zhuǎn)過180°時(shí),所需時(shí)間t1為 t1=πR1v0 粒子再轉(zhuǎn)過180°時(shí),所需時(shí)間t2為 t2=πR2v0 聯(lián)立得所求時(shí)間為 t0=t1+t2=πmB0q(1+1λ) (2)由幾何關(guān)系得,所求距離為 d0=2(R1-R2)=2mv0B0q(1-1λ) 14