2024高考物理一轮复习核心素养测评二十六磁吃运动电荷的作用含解析鲁科版.docVIP

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磁场对运动电荷的作用

(45分钟100分)

一、选择题(本题共9小题,每小题6分,共54分,1～6题为单选题,7～9题为多选题)

1.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圆周运动。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

【解析】选D。设带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期为T,则环形电流:I=qT=q2B2πm,可见,I与q的平方成正比,与v无关,与B成正比,与m

2.如图所示,带电小球沿竖直的光滑绝缘圆弧形轨道内侧来回往复运动,匀强磁场方向水平,它向左或向右运动通过最低点时,下列说法错误的是()

A.加速度大小相等

B.速度大小相等

C.所受洛伦兹力大小相等

D.轨道对它的支持力大小相等

【解析】选D。带电小球沿竖直的光滑绝缘圆弧形轨道向左或向右运动通过最低点的过程中,只有重力做功,机械能守恒,所以通过最低点时速度大小相等,选项B正确;由a=v2R得通过最低点时加速度大小相等,选项A正确;通过最低点时所受洛伦兹力大小F=qvB,选项C正确;向左或向右运动通过最低点时,洛伦兹力方向相反,而合力相等,所以轨道对它的支持力大小不相等,选项

3.(2024·北京高考)如图所示,正方形区域内存在垂直纸面的匀强磁场。一带电粒子垂直磁场边界从a点射入,从b点射出。下列说法正确的是 ()

A.粒子带正电

B.粒子在b点速率大于在a点速率

C.若仅减小磁感应强度,则粒子可能从b点右侧射出

D.若仅减小入射速率,则粒子在磁场中运动时间变短

【解析】选C。依据洛伦兹力用来供应向心力,运动轨迹向力的方向弯曲,依据左手定则:磁场穿入手心,四指指向正电荷运动方向或者负电荷运动反方向,拇指所指方向为洛伦兹力方向,由此可以推断出,粒子带负电,选项A错误;因为洛伦兹力与速度始终垂直,所以洛伦兹力只变更速度的方向,不变更速度的大小,粒子在a、b两点速率相同,选项B错误;由qBv=mv2r解得r=mvqB,若只B减小,其他条件不变,半径r变大,粒子从b点右侧射出,选项C正确;依据T=2πrv=2πmqB,仅变更入射速率并不影响带电粒子运动周期T,速率减小,半径减小,由图可知,半径减小,

4.中核集团核工业西南物理探讨院2024年建成我国新托卡马克装置——中国环流器二号M装置,托卡马克装置意在通过可控热核聚变方式,给人类带来几乎无限的清洁能源,俗称“人造太阳”。要实现可控热核聚变,装置中必需有极高的温度,因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装,而是通过磁约束,使之长时间束缚在某个有限空间内。如图所示,环状磁场的内半径为R1,外半径为R2,磁感应强度大小为B,中空区域内带电粒子的质量为m,电荷量为q,具有各个方向的速度。欲保证带电粒子都不会穿出磁场的外边缘而被约束在半径为R2的区域内,则带电粒子的最大速度为 ()

A.qB(R2

C.qB(R2

【解析】选B。粒子的速度越大,在磁场中运动的半径越大,假如我们限制了最大半径,就限制了最大速度。本题中欲保证带电粒子都不会穿出磁场的外边,故最大半径为rmax=R2-R12。依据r=mvqB,得vmax=qB(R

5.如图所示,在xOy坐标系的第Ⅰ象限中有垂直于纸面对里的匀强磁场,一带电粒子在x轴上的A点垂直于x轴射入磁场,第一次入射速度为v,且经时间t1恰好在O点反向射出磁场,其次次以2v的速度射入,在磁场中的运动时间为t2,则t1∶t2的值为 ()

A.1∶2 B.1∶4

C.2∶1 D.4∶1

【解析】选C。由于带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力供应向心力,从而得到半径公式:r=mvqB,时间:t=θ360°T=θ360°·2πmqB,只与粒子偏转的角度有关。由题意知当粒子的速度变为2v时,其半径也变为原来的2倍,则粒子偏转90°后垂直y轴射出。所以t1t2=180°90

【总结提升】本题易错点是:依据粒子运动的周期与粒子的速度无关,简单推断出时间之比为1∶1,但没有考虑到磁场区域只在第Ⅰ象限,粒子还没有到达x轴时已穿出磁场,所以粒子只偏转90°。

6.如图所示,在0≤x≤3a的区域内存在与xOy平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小为B。在t=0时刻,从原点O放射一束等速率的相同的带电粒子,速度方向与y轴正方向的夹角分布在0°～90°范围内。其中,沿y轴正方向放射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场右边界上P(3a,3a)点离开磁场,不计粒子重力,下列说法正确的是 ()

A.粒子在磁场中做圆周运动的半径为3a

B.粒子的放射速度大小为4π

C.带电粒子的比荷为4π

D.带电粒子在磁场中运动的最长时间为2t0

【解析】选D。依据题