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1、2022年高考物理總復(fù)習(xí) 專題8 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動分組訓(xùn)練(含解析)
A組 臨界與極值問題
1.如圖12所示,邊界OA與OC之間分布有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,邊界OA上有一粒子源S.某一時刻,從S平行于紙面向各個方向發(fā)射出大量帶正電的同種粒子(不計(jì)粒子的重力及粒子間的相互作用),所有粒子的初速度大小相同,經(jīng)過一段時間有大量粒子從邊界OC射出磁場.已知∠AOC=60°,從邊界OC射出的粒子在磁場中運(yùn)動的最長時間等于(T為粒子在磁場中運(yùn)動的周期),則從邊界OC射出的粒子在磁場中運(yùn)動的時間可能為( )
圖12
A. B.
C. D.
【答案】AB
【解析】粒子在磁場中做
2、逆時針方向的圓周運(yùn)動,由于所有粒子的速度大小相同,故弧長越小,粒子在磁場中運(yùn)動的時間就越短.由于粒子在磁場中運(yùn)動的最長時間為,沿SA方向射出的粒子在磁場中運(yùn)動時間最長,如圖所示作出粒子運(yùn)動軌跡圖,由幾何關(guān)系可知當(dāng)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動繞過的弧所對應(yīng)的弦垂直邊界OC時,在磁場中運(yùn)動時間最短,SD⊥OC,則SD=ES,即弦SD等于半徑,相應(yīng)∠DO′S=60°,即最短時間為t=T=,所以A、B正確.
2.(xx·汕頭測評)如圖13為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖,等離子體束(含有正、負(fù)離子)以某一速度垂直噴射入由一對磁極CD產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場中,A、B是一對平行于磁場放置的金屬板,穩(wěn)定后電流表中的電流從“+”極
3、流向“-”極.由此可知( )
圖13
A.D磁極為N極
B.正離子向B板偏轉(zhuǎn)
C.負(fù)離子向D磁極偏轉(zhuǎn)
D.離子在磁場中偏轉(zhuǎn)過程洛倫茲力對其不做功
【答案】AD
【解析】由電流表中電流的方向,可知金屬板A集聚了正離子,金屬板B集聚了負(fù)離子,說明等離子體束中的正離子受到的洛倫茲力向上,根據(jù)左手定則,可知磁場方向由D指向C,D磁極為N極,故A選項(xiàng)正確,因洛倫茲力不做功,D正確.
B組 多解問題
3.(xx·江門質(zhì)檢)垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場區(qū)域?qū)挾葹閐,一個電子以速度v沿圖14所示方向垂直磁場方向及磁場邊界射入該區(qū)域,恰好不能飛過場區(qū),采取如下哪些方法,可能使該電子飛到場區(qū)右側(cè)(
4、 )
圖14
A.增大磁感應(yīng)強(qiáng)度
B.改變v的方向
C.減小d
D.將磁場反向
【答案】BC
【解析】因電子恰好不能飛過場區(qū),說明其運(yùn)動軌跡恰好與右邊界相切,做圓周運(yùn)動的半徑為d,若讓電子飛到場區(qū)右側(cè),則可改變v的方向,使圓心向右偏,或減小d,都能使電子飛到場區(qū)右側(cè),選項(xiàng)B、C正確.
4.如圖15所示,垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場分布在正方形abcd區(qū)域內(nèi),O點(diǎn)是cd邊的中點(diǎn).一個帶正電的粒子僅在磁場力的作用下,從O點(diǎn)沿紙面以垂直于cd邊的速度射入正方形內(nèi),經(jīng)過時間t0剛好從c點(diǎn)射出磁場.現(xiàn)設(shè)法使該帶電粒子從O點(diǎn)沿紙面以與Od成30°的方向,以大小不同的速率射入正方形內(nèi),那么
5、下列說法中正確的是( )
圖15
A.若該帶電粒子在磁場中經(jīng)歷的時間是t0,則它一定從cd邊射出磁場
B.若該帶電粒子在磁場中經(jīng)歷的時間是t0,則它一定從ad邊射出磁場
C.若該帶電粒子在磁場中經(jīng)歷的時間是t0,則它一定從bc邊射出磁場
D.若該帶電粒子在磁場中經(jīng)歷的時間是t0,則它一定從ab邊射出磁場
【答案】AC
【解析】作出從ab邊射出的軌跡①、剛好從bc邊射出的軌跡②、從cd邊射出的軌跡③和剛好從ad邊射出的軌跡④.由帶正電的粒子從O點(diǎn)沿紙面以垂直于cd邊的速度射入正方形內(nèi),經(jīng)過時間t0剛好從c點(diǎn)射出磁場可知,帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期是2t0.如圖可知,從ab邊射出經(jīng)歷的時間一定不大于,從bc邊射出經(jīng)歷的時間一定不大于,從cd邊射出經(jīng)歷的時間一定是,從ad邊射出經(jīng)歷的時間一定不大于.所以選項(xiàng)A、C正確.