高三磁场基础知识专题训练+答案(精选)

1磁场专题训练（考试时间：60分钟，满分：100分）一、选择题：1、如图所示，以直角三角形AOC为边界的有界匀强磁场区域，磁感应强度为B，∠A=60°，AO=a。在O点放置一个粒子源，可以向各个方向发射某种带负电粒子，粒子的电量大小为q，质量为m，发射速度大小都为v0，发射方向由图中的角度θ表示．不计粒子间的相互作用及重力，下列说法正确的是（）A．若v0=，则以θ=0°方向射入磁场的粒子在磁场中运动的时间为B．若v0=，则以θ＝60°飞入的粒子在磁场中运动时间最短C．若v0=，则以θ30°飞入的粒子在磁场中运动的时间都相等D若v0=，则在AC边界上只有一半区域有粒子射出4、．如图所示，在半径为R的圆形区域和边长为2R的正方形区域里均有磁感应强度大小相同的匀强磁场，两个相同的带电粒子以相同的速率分别从M、N两点射入匀强磁场．在M点射入的带电粒子，其速度方向指向圆心；在N点射入的带电粒子，速度方向与边界垂直，且N点为正方形边长的中点，粒子重力不计，则下列说法不正确的是（）A．带电粒子在磁场中飞行的时间可能相同B．从M点射入的带电粒子可能先飞出磁场C．从N点射入的带电粒子可能先飞出磁场D．从N点射入的带电粒子不可能比M点射入的带电粒子先飞出磁场5．如图所示，MN为两个匀强磁场的分界面，两磁场的磁感应强度大小的关系为B1＝2B2，一带电荷量为＋q、质量为m的粒子从O点垂直MN进入磁感应强度为B1的磁场，则经过多长时间它将向下再一次通过O点()A.2πmqB1B.2πmqB2C.2πmq(B1＋B2)D.πmq(B1＋B2)6．在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是()A．无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点B．无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长C．若小球带负电荷，小球会落在更远的b点D．若小球带正电荷，小球会落在更远的b点7．如图是某粒子速度选择器的示意图．在一半径为R＝10cm的圆柱形桶内有B＝10－4T的匀强磁场，方向平行于轴线，在圆柱桶某一直径的两端开有小孔，作为入射孔和出射孔．粒子束以不同角度入射，最后有不同速度的粒子束射出．现有一粒子源发射比荷为qm＝2×1011C/kg的阳离子，粒子束中速度分布连续．当角θ＝45°时，出射粒子速度v的大小是()A.2×106m/sB．22×106m/sC．22×108m/sD．42×106m/s8、设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，已知一离子在静电力和洛伦兹力的作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C点是运动的最低点，忽略重力，下述说法中正确的是()A．该离子必带正电荷B．A点和B点位于同一高度C．离子在C点时速度最大D．离子到达B点后，将沿原曲线返回A点9．如图所示，长为L的水平极板间有垂直于纸面向内的匀强磁场，磁感应强度为B，板间距离也为L，板不带电．现有质量为m、电荷量为q的带正电粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极2板上，可采用的办法是()A．使粒子的速度vBqL4mB．使粒子的速度v5BqL4mC．使粒子的速度vBqLmD．使粒子的速度BqL4mv5BqL4m10.如图所示为圆柱形区域的横截面，在该区域加沿圆柱轴线方向的匀强磁场．带电粒子(不计重力)第一次以速度v1沿截面直径入射，粒子飞入磁场区域时，速度方向偏转60°角；该带电粒子第二次以速度v2从同一点沿同一方向入射，粒子飞出磁场区域时，速度方向偏转90°角．则带电粒子第一次和第二次在磁场中运动的()A．半径之比为3∶1B．速度之比为1∶3C．时间之比为2∶3D．时间之比为3∶2二．实验题（15分）12.（10分）某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表（内阻约为3kΩ），电流表（内阻约为1Ω），定值电阻等。①使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图15（a）所示，读数为Ω。据此应该选择图15中的（填“b”或“c”）的电路进行实验。②连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐(填“增大”或“减小”）；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成Y，重复实验。③该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图16（b）所示所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00V；断开S2，读数为1.00V．利用图16（a）可算得E=V，r=Ω（结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表）二、计算题（45分）13．（12分）如图所示，直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场．正、负电子同时从同一点O以与MN成30°角的同样速度v射入磁场(电子质量为m，电荷为e)，它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？14、（12分）一匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面．在xOy平面上，磁场分布在以O为圆心的一个圆形区域内．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由原点O开始运动，初速度为v，方向沿x轴正方向．后来，粒子经过y轴上的P点，此时速度方向与y轴的夹角为30°，P点到O点的距离为L，如图所示．不计重力的影响，求磁场的磁感应强度B的大小和xOy平面上磁场区域的半径R.15.（11分）如图所示，在空间中固定放置一绝缘材料制成的边长为L的刚性等边三角形框架3△DEF，DE边上S点DS＝L4处有一发射带正电的粒子源，发射粒子的方向皆在图中截面内且垂直于DE边向下．发射的电荷量皆为q，质量皆为m，但速度v有各种不同的值．整个空间充满磁感应强度大小为B，方向垂直截面向里的均匀磁场．设粒子与△DEF边框碰撞时没有能量损失和电荷量传递．求：(1)带电粒子速度的大小为v时，做匀速圆周运动的半径；(2)带电粒子速度v的大小满足什么条件时，可使S点发出的粒子最终又垂直于DE边回到S点？(3)这些粒子中，回到S点所用的最短时间是多少？16、（10分）如图所示，在空间有一坐标系xOy，其第一象限内充满着两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，直线OP是它们的边界．区域Ⅰ中的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外；区域Ⅱ中的磁感应强度为2B，方向垂直于纸面向内，边界上的P点坐标为(4L,3L)．一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从P点平行于y轴负方向射入区域Ⅰ，经过一段时间后，粒子恰好经过原点O.忽略粒子重力，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求：(1)粒子从P点运动到O点的时间至少为多少？(2)粒子的速度大小可能是多少？物理答案（17）第一题、选择题4题号12345678910答案CBDCBDBABCABAC第二题、实验题|11、【答案】（1）3.25；1.79；(2)C12、【答案】①10b②增大Y③3.20.50三．计算题13.[答案]2mveB4πB3eB[解析]由公式轨道半径R＝mvqB和周期T＝2πmqB知，它们的半径和周期是相同的．只是偏转方向相反．先确定圆心，画轨迹，后由几何关系求半径，由对称性知：射入、射出点和圆心恰好组成正三角形．所以两个射出点相距2R＝2mveB.由图还可看出，经历时间相差2T3＝4πm3eB.则v＝v1cosθ＝2.0×104m/s14.[答案]3mvqL33L[解析]粒子在磁场中受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，设其半径为r，qvB＝mv2r①据此并由题意知，粒子在磁场中的轨迹的圆心C必在y轴上，且P点在磁场区域之外．过P沿速度方向作反向延长线，它与x轴相交于Q点．作圆弧过O点与x轴相切，并且与PQ相切，切点A即粒子离开磁场区域的点．这样可得到圆弧轨迹的圆心C，如图所示．由图中几何关系得L＝3r.②由①②求得，B＝3mvqL.③图中OA即为圆形磁场区域的半径R，由几何关系得R＝33L.15、答案](1)mvqB(2)qBL4(2n－1)m(n＝0,1,2,3，…)(3)8πmqB[解析](1)带电粒子从S点垂直于DE边以速度v射出后，做匀速圆周运动，其圆心一定位于DE边上，其半径R可由qvB＝mv2R求得，R＝mvqB①(2)要求此粒子每次与△DEF的三条边碰撞时都与边垂直，且能回到S点，则R和v应满足以下条件：DS＝L4＝(2n－1)R(n＝1,2,3，…)②由①②得v＝qBL4(2n－1)m(n＝1,2,3，…)③(3)这些粒子在磁场中做圆周运动的周期为T＝2πRv将①式代入，得T＝2πmqB④可见在B及qm给定时T与v无关．粒子从S点出发最后回到S点的过程中，与△DEF的边碰撞次数越少，所经历的时间就越短，所以应取n＝1，由图可看出该粒子的轨迹包括3个半圆和3个圆心角为300°的圆弧，故最短时间为t＝3×T2＋3×5T6＝4T＝8πmqB⑤16.[答案](1)53πm60qB(2)25qBL12nm(n＝1,2,3，…)[解析](1)设粒子的入射速度为v，用R1、R2、T1、T2分别表示粒子在磁场Ⅰ区和Ⅱ区中运动的轨道半径和周期，则有qvB＝mv2R1，qv·2B＝mv2R2，T1＝2πR1v＝2πmqB，T2＝2πR2v＝πmqB.粒子先在磁场Ⅰ区中做顺时针的圆周运动，后在磁场Ⅱ区中做逆时针的圆周运动，然后从O点射出，这样粒子从P点运动到O点所用的时间最短．粒子运动轨迹如图所示tanα＝3L4L＝0.75，得α＝37°，α＋β＝90°.粒子在磁场Ⅰ区和Ⅱ区中的运动时间分别为t1＝2β360°·T1，t2＝2β360°·T2，粒子从P点运动到O点的时间至少为t＝t1＋t2，5由以上各式解得t＝53πm60qB.(2)当粒子的速度大小满足一定条件时，粒子先在磁场Ⅰ区中运动，后在磁场Ⅱ区中运动，然后又重复前面的运动，直到经过原点O.这样粒子经过n个周期性的运动到达O点，每个周期的运动情况相同，粒子在一个周期内的位移为s＝OPn＝(4L)2＋(3L)2n＝5Ln(n＝1,2,3，…)．粒子每次在磁场Ⅰ区中运动的位移为s1＝R1R1＋R2s＝23s，由图中的几何关系可知s12R1＝cosα，由以上各式解得粒子的速度大小为v＝25qBL12nm(n＝1,2,3，…)．