高中物理人教10讲 带电粒子在磁场中的运动专题强化解析版.docx

10讲 带电粒子在磁场中的运动专题强化训练
一、单选题
1．（重庆市北碚区2022-2023学年高二上学期期末学生学业质量调研抽测物理试题）如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L、质量为m的通电直导线，电流大小为I，方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上，外加磁场磁感应强度的最小值的大小和方向是（　　）
A．，方向垂直斜面向下
B．，方向竖直向下
C．，方向水平向左
D．，方向水平向右
【答案】A
【详解】对导体棒受力分析，受重力、支持力和安培力，三力平衡，如图所示
当安培力平行斜面向上时最小，故安培力的最小值为
故磁感应强度的最小值为
根据左手定则，磁场方向垂直斜面向下。
故选A。
2．（2022秋·河北石家庄·高二石家庄实验中学阶段练****如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，取重力加速度为g。整个装置处于匀强磁场中，在导体棒中通以垂直纸面向外的恒定电流I时，欲使导体棒静止在斜面上，且匀强磁场的磁感应强度取最小值，则关于磁感应强度B的大小和方向，下列说法正确的是  
A．大小为，方向为水平向右 B．大小为 ，方向为竖直向下
C．大小为 ，方向为垂直斜面向下 D．大小为，方向为沿着斜面向上
【答案】C
【详解】对导体棒受力分析，受重力mg、支持力FN和安培力FA，三力平衡，合力为零，将支持力FN和安培力FA合成，合力与重力相平衡，如图，当安培力平行斜面向上是，安培力最小，由公式可知，此时磁感应强度最小，由平衡可得
得
由左手定则可知，磁场方向为垂直斜面向下。
故选C。
3．（2023秋·北京顺义·高三统考期末）如图所示，在MNQP所围的区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，质量和电荷量都相等（电性可能不同）的带电粒子a、b，c以不同的速率从O点沿纸面并垂直于PQ的方向射入磁场，图中实线是它们的运动轨迹。已知O是PQ的中点，不计粒子重力及带电粒子间的相互作用，下列说法中正确的是（　　）
A．射入磁场时粒子a的速率最小
B．粒子a带负电，粒子b、c带正电
C．粒子a在磁场中运动的周期最小
D．粒子c在磁场中运动的时间最长
【答案】D
【详解】A．粒子在磁场中做圆周运动有即
根据粒子的运动轨迹可知各粒子的轨迹半径大小关系为
各粒子的质量和电荷量都相等，所以粒子c的速率最小，A错误；
B．根据运动轨迹结合左手定则可得粒子a带正电，粒子b、c带负电，B错误；
C．根据公式有即
各粒子的质量和电荷量都相等，所以各粒子在磁场中运动的周期相同，C错误；
D．根据前面分析各粒子在磁场中运动的周期相同，可知运动轨迹所对应的圆心角越大，运动时间越长，结合图像可知粒子c运动轨迹对应的圆心角最大，所以运动的时间最长，D正确。
故选D。
4．（2023秋·河北秦皇岛·高二秦皇岛一中校考期末）如图所示，等边三角形ABC内（含边界）有垂直纸面向里的匀强磁场，D为BC边的中点。现有比荷相同的粒子1、粒子2以不同的速率从A点分别沿AD、AC进入磁场，均从B点射出磁场。下列说法正确的是（　　）
A．粒子1、粒子2都带正电
B．粒子1与粒子2速度大小之比为3：2
C．粒子1与粒子2在磁场中运动时间之比为1：2
D．粒子1与粒子2在磁场中运动路程之比为3：1
【答案】C
【详解】A．由左手定则可知，粒子1、粒子2都带负电，故A错误；
BCD．设等边三角形ABC边长为，有几何关系可得，粒子1的轨道半径
粒子2的轨道半径
粒子1、粒子2对应的圆心角分别为和，由
可得粒子1与粒子2速度大小之比为，由
可得粒子1与粒子2在磁场中运动时间之比为1：2，其路程之比为
BD错误，C正确。
故选C。
5．（2022春·江苏泰州·高一泰州中学期中）如图所示，空间有竖直方向的匀强电场，一带正电的小球质量为m，在竖直平面内沿与水平方向成30°角的虚线以速度斜向上做匀速运动。当小球经过O点时突然将电场方向旋转一定的角度，电场强度大小不变，小球仍沿虚线方向做直线运动，选O点电势为零，重力加速度为g，则（　　）
A．原电场方向竖直向下
B．改变后的电场方向垂直于ON
C．电场方向改变后，小球的加速度大小为
D．电场方向改变后，小球的最大电势能为
【答案】D
【详解】A．开始时，小球沿虚线做匀速运动，可知小球受向下的重力和向上的电场力平衡，即有
小球带正电，则电场竖直向上，A错误；
B．改变电场方向后，小球仍沿虚线做直线运动，可知电场力与重力的合力沿着NO方向，因Eq=mg
可知电场力与重力关于ON对称，电场方向