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新高考物理二轮复习讲练测专题10 磁场 带电粒子在磁场中的运动（练习）（2份打包，原卷版+解析版）
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这是一份新高考物理二轮复习讲练测专题10 磁场 带电粒子在磁场中的运动（练习）（2份打包，原卷版+解析版），文件包含新高考物理二轮复习讲练测专题10磁场带电粒子在磁场中的运动练习原卷版doc、新高考物理二轮复习讲练测专题10磁场带电粒子在磁场中的运动练习解析版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共68页， 欢迎下载使用。
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc155113282" 01 磁场对通电导线的作用力问题 PAGEREF _Tc155113282 \h 2
\l "_Tc155113283" 考向一 磁场对通电导线的作用力问题 PAGEREF _Tc155113283 \h 2
\l "_Tc155113284" 02 带电粒子在磁场中的运动 PAGEREF _Tc155113284 \h 7
\l "_Tc155113285" 考向一 带电粒子在磁场中的圆周运动 PAGEREF _Tc155113285 \h 7
\l "_Tc155113286" 考向二带电粒子在有界磁场运动的临界与极值问题 PAGEREF _Tc155113286 \h 9
\l "_Tc155113287" 考向三 带电粒子在磁场中运动的多解问题 PAGEREF _Tc155113287 \h 21
01 磁场对通电导线的作用力问题
考向一 磁场对通电导线的作用力问题
1．（2023·北京·高考真题）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，固定一内部真空且内壁光滑的圆柱形薄壁绝缘管道，其轴线与磁场垂直。管道横截面半径为a，长度为l（ SKIPIF 1 < 0 ）。带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，与管壁发生弹性碰撞，多次碰撞后从另一端射出，单位时间进入管道的粒子数为n，粒子电荷量为 SKIPIF 1 < 0 ，不计粒子的重力、粒子间的相互作用，下列说法不正确的是（ ）
A．粒子在磁场中运动的圆弧半径为a
B．粒子质量为 SKIPIF 1 < 0
C．管道内的等效电流为 SKIPIF 1 < 0
D．粒子束对管道的平均作用力大小为 SKIPIF 1 < 0
2．（2023·江苏·高考真题）如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B．L形导线通以恒定电流I，放置在磁场中．已知ab边长为2l，与磁场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行．该导线受到的安培力为（ ）
A．0B．BIlC．2BIlD． SKIPIF 1 < 0
3．（2022·湖南·高考真题）如图（a），直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图（b）所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是（ ）
A．当导线静止在图（a）右侧位置时，导线中电流方向由N指向M
B．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变
C．tanθ与电流I成正比
D．sinθ与电流I成正比
4．（2022·浙江·高考真题）利用如图所示装置探究匀强磁场中影响通电导线受力的因素，导线垂直匀强磁场方向放置。先保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，然后保持电流I不变，改变导线通电部分的长度L，得到导线受到的安培力F分别与I和L的关系图象，则正确的是（ ）
A．B．
C．D．
5．（2021·重庆·高考真题）（多选）某同学设计了一种天平，其装置如图所示。两相同的同轴圆线圈 SKIPIF 1 < 0 水平固定，圆线圈P与 SKIPIF 1 < 0 、N共轴且平行等距。初始时，线圈 SKIPIF 1 < 0 通以等大反向的电流后，在线圈P处产生沿半径方向的磁场，线圈P内无电流且天平平衡。设从上往下看顺时针方向为正向。当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，可能的办法是（ ）
A．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入正向电流
B．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入负向电流
C．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入正向电流
D．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入负向电流
6．（2021·江苏·高考真题）在光滑桌面上将长为 SKIPIF 1 < 0 的软导线两端固定，固定点的距离为 SKIPIF 1 < 0 ，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
7．（2021·广东·高考真题）截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流 SKIPIF 1 < 0 ，四根平行直导线均通入电流 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（ ）
A．B．C．D．
8．（2023·北京·高考真题）2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为 SKIPIF 1 < 0 （k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为 SKIPIF 1 < 0 。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求：
（1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F；
（2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比 SKIPIF 1 < 0 ；
（3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。
9．（2022·天津·高考真题）直流电磁泵是利用安培力推动导电液体运动的一种设备，可用图1所示的模型讨论其原理，图2为图1的正视图。将两块相同的矩形导电平板竖直正对固定在长方体绝缘容器中，平板与容器等宽，两板间距为 SKIPIF 1 < 0 ，容器中装有导电液体，平板底端与容器底部留有高度可忽略的空隙，导电液体仅能从空隙进入两板间。初始时两板间接有直流电源，电源极性如图所示。若想实现两板间液面上升，可在两板间加垂直于 SKIPIF 1 < 0 面的匀强磁场，磁感应强度的大小为 SKIPIF 1 < 0 ，两板间液面上升时两板外的液面高度变化可忽略不计。已知导电液体的密度为 SKIPIF 1 < 0 、电阻率为 SKIPIF 1 < 0 ，重力加速度为 SKIPIF 1 < 0 。
（1）试判断所加磁场的方向；
（2）求两板间液面稳定在初始液面高度2倍时的电压 SKIPIF 1 < 0 ；
（3）假定平板与容器足够高，求电压 SKIPIF 1 < 0 满足什么条件时两板间液面能够持续上升。
02 带电粒子在磁场中的运动
考向一 带电粒子在磁场中的圆周运动
1．（2021·湖北·高考真题）（多选）一电中性微粒静止在垂直纸面向里的匀强磁场中，在某一时刻突然分裂成a、b和c三个微粒，a和b在磁场中做半径相等的匀速圆周运动，环绕方向如图所示，c未在图中标出。仅考虑磁场对带电微粒的作用力，下列说法正确的是（ ）
A．a带负电荷B．b带正电荷
C．c带负电荷D．a和b的动量大小一定相等
2．（2023·福建·高考真题）阿斯顿（F．Astn）借助自己发明的质谱仪发现了氖等元素的同位素而获得诺贝尔奖，质谱仪分析同位素简化的工作原理如图所示。在 SKIPIF 1 < 0 上方存在一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两个氖离子在O处以相同速度v垂直磁场边界入射，在磁场中发生偏转，分别落在M和N处。已知某次实验中， SKIPIF 1 < 0 ，落在M处氖离子比荷（电荷量和质量之比）为 SKIPIF 1 < 0 ；P、O、M、N、P在同一直线上；离子重力不计。
（1）求OM的长度；
（2）若ON的长度是OM的1.1倍，求落在N处氖离子的比荷。
3．（2023·天津·高考真题）信号放大器是一种放大电信号的仪器，如图1，其可以通过在相邻极板间施加电压，使阴极逸出的电子，击中极板时，激发出更多电子，从而逐级放大电信号。已知电子质量m，带电量e。
（1）如图2，在极板上建系。极板上方空间内存在磁场，其强度为B，方向平行z轴。极板间电压U极小，几乎不影响电子运动。如图，某次激发中，产生了2个电子a和b，其初速度方向分别在xOy与zOy平面内，且与y轴正方向成 SKIPIF 1 < 0 角，则：
（i）判断B的方向；
（ii）a、b两个电子运动到下一个极板的时间 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）若单位时间内阴极逸出的电子数量不变，每个电子打到极板上可以激发出 SKIPIF 1 < 0 个电子，且 SKIPIF 1 < 0 ，阳极处接收电子产生的电流为I，在答题纸给出坐标系里画出表示U和I关系的图像并说出这样画的理由。
4．（2023·河北唐山·迁西县第一中学校考二模）（多选）如图所示， SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 是相互平行、间距为L的长直边界，在两边界外侧都存在匀强磁场，方向均垂直于纸面向内， SKIPIF 1 < 0 右侧磁场的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 。一质量为 SKIPIF 1 < 0 ，电荷量为 SKIPIF 1 < 0 的带电粒子从 SKIPIF 1 < 0 边界的O点以大小为 SKIPIF 1 < 0 的初速度垂直于边界沿纸面射入右侧磁场区，一段时间后粒子从右向左再次经过O点，不计粒子的重力。左侧磁场的磁感应强度可能值为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
考向二带电粒子在有界磁场运动的临界与极值问题
5．（2022·辽宁·高考真题）（多选）粒子物理研究中使用的一种球状探测装置横截面的简化模型如图所示。内圆区域有垂直纸面向里的匀强磁场，外圆是探测器。两个粒子先后从P点沿径向射入磁场，粒子1沿直线通过磁场区域后打在探测器上的M点。粒子2经磁场偏转后打在探测器上的N点。装置内部为真空状态，忽略粒子重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是（ ）
A．粒子1可能为中子
B．粒子2可能为电子
C．若增大磁感应强度，粒子1可能打在探测器上的Q点
D．若增大粒子入射速度，粒子2可能打在探测器上的Q点
6．（2021·全国·高考真题）如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为 SKIPIF 1 < 0 的带电粒子从圆周上的M点沿直径 SKIPIF 1 < 0 方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为 SKIPIF 1 < 0 ，离开磁场时速度方向偏转 SKIPIF 1 < 0 ；若射入磁场时的速度大小为 SKIPIF 1 < 0 ，离开磁场时速度方向偏转 SKIPIF 1 < 0 ，不计重力，则 SKIPIF 1 < 0 为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
7．（2021·北京·高考真题）如图所示，在xOy坐标系的第一象限内存在匀强磁场。一带电粒子在P点以与x轴正方向成60的方向垂直磁场射入，并恰好垂直于y轴射出磁场。已知带电粒子质量为m、电荷量为q，OP = a。不计重力。根据上述信息可以得出（ ）
A．带电粒子在磁场中运动的轨迹方程
B．带电粒子在磁场中运动的速率
C．带电粒子在磁场中运动的时间
D．该匀强磁场的磁感应强度
8．（2021·海南·高考真题）（多选）如图，在平面直角坐标系 SKIPIF 1 < 0 的第一象限内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。大量质量为m、电量为q的相同粒子从y轴上的 SKIPIF 1 < 0 点，以相同的速率在纸面内沿不同方向先后射入磁场，设入射速度方向与y轴正方向的夹角为 SKIPIF 1 < 0 。当 SKIPIF 1 < 0 时，粒子垂直x轴离开磁场。不计粒子的重力。则（ ）
A．粒子一定带正电
B．当 SKIPIF 1 < 0 时，粒子也垂直x轴离开磁场
C．粒子入射速率为 SKIPIF 1 < 0
D．粒子离开磁场的位置到O点的最大距离为 SKIPIF 1 < 0
9．（2024·海南·校联考一模）（多选）在如图所示的坐标系中，P、Q分别是x、y轴上的两点，P、Q到原点O的距离均为L， SKIPIF 1 < 0 区域内（包含边界）存在与直角坐标系 SKIPIF 1 < 0 平面垂直的匀强磁场（未画出）。一质量为m、电荷量绝对值为q的带电粒子从原点O处以速率 SKIPIF 1 < 0 沿x轴正方向射入磁场，从OQ之间的M点（未画出）射出，不计带电粒子的重力，则匀强磁场的磁感应强度大小可能为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
10．（2023·全国·模拟预测）（多选）如图所示，空间中有一个底角均为 SKIPIF 1 < 0 的梯形，上底与腰长相等为L，梯形处于磁感应强度大小为B、垂直于纸面向外的匀强磁场中，现c点存在一个粒子源，可以源源不断射出速度方向沿cd，大小可变的电子，电子的比荷为k，为使电子能从ab边射出，速度大小可能为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
11．（2023·河北保定·河北省唐县第一中学校考二模）（多选）如图所示的直角三角形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场（包括边界，图中未画出）， SKIPIF 1 < 0 ，一带正电的粒子由 SKIPIF 1 < 0 点以速率 SKIPIF 1 < 0 沿 SKIPIF 1 < 0 方向射入磁场，经磁场偏转后从 SKIPIF 1 < 0 边离开磁场，已知 SKIPIF 1 < 0 ，粒子的质量为 SKIPIF 1 < 0 ，电荷量为 SKIPIF 1 < 0 ，粒子重力忽略不计.则下列说法正确的是（ ）
A．磁感应强度的大小可能为 SKIPIF 1 < 0
B．磁感应强度最小时，粒子的出射点到 SKIPIF 1 < 0 点的距离为 SKIPIF 1 < 0
C．从 SKIPIF 1 < 0 边离开的粒子在磁场中运动的时间均为 SKIPIF 1 < 0
D．当磁感应强度取粒子从 SKIPIF 1 < 0 边离开磁场的最小值时，增大粒子的入射速度，粒子在磁场中的运动时间缩短
12．（2023·河北·校联考模拟预测）（多选）如图所示，在 SKIPIF 1 < 0 坐标系中，y轴右侧存在匀强磁场，磁场右边界线与y轴平行，有两个带负电荷的粒子A和B从O点进入磁场，进入磁场时两粒子的速度大小相等，粒子A进入磁场时速度方向与x轴成60°角，粒子B进入磁场时速度方向与x轴成30°角，经磁场偏转后两粒子恰好都没有穿越磁场右侧边界线，则下列说法正确的是（ ）
A．两粒子在磁场运动半径之比 SKIPIF 1 < 0
B．两粒子的比荷之比为 SKIPIF 1 < 0
C．两粒子在磁场运动周期之比 SKIPIF 1 < 0
D．两粒子在磁场运动时间之比 SKIPIF 1 < 0
13．（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考一模）（多选）如图，在一个边长为a的正六边形区域内，存在磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，三个相同的带正电粒子，比荷为 SKIPIF 1 < 0 ，先后从A点沿AD方向以大小不等的速率射入匀强磁场区域，已知粒子只受磁场的作用力，则（ ）
A．从 SKIPIF 1 < 0 点飞出磁场的粒子速度大小为 SKIPIF 1 < 0
B．所有从 SKIPIF 1 < 0 边上飞出磁场的粒子，在磁场中的运动时间都相同
C．从 SKIPIF 1 < 0 点飞出磁场的粒子，在磁场中的运动时间为 SKIPIF 1 < 0
D．从 SKIPIF 1 < 0 边上的某一点垂直 SKIPIF 1 < 0 飞出磁场的粒子，其轨道半径为 SKIPIF 1 < 0
14．（2023·广西南宁·南宁三中校考二模）（多选）如图所示，A、C两点分别位于x轴和y轴上， SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 的长度为L。在 SKIPIF 1 < 0 区域内（包括边界）有垂直于 SKIPIF 1 < 0 平面向里的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的带电粒子，以各种不同的速度垂直 SKIPIF 1 < 0 边射入磁场。已知粒子从某点射入时，恰好垂直于 SKIPIF 1 < 0 边射出磁场，且粒子在磁场中运动的时间为 SKIPIF 1 < 0 。不计重力。下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子带负电
B．磁场的磁感应强度的大小为 SKIPIF 1 < 0
C．从 SKIPIF 1 < 0 中点射入磁场的带电粒子可以从C点出射
D．能从 SKIPIF 1 < 0 边射出的带电粒子最大射入速度是 SKIPIF 1 < 0
15．（2023·河北唐山·开滦第一中学校考一模）（多选）如图所示，竖直平面内两条虚线是匀强磁场的上下边界，宽度 SKIPIF 1 < 0 ，磁场的磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 ，在磁场下边界P点有粒子源，可以向磁场各个方向发射速度 SKIPIF 1 < 0 带正电的粒子，粒子比荷 SKIPIF 1 < 0 ，不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ）
A．粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为0.4m
B．粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为0.5m
C．粒子在磁场中运动的最长时间是 SKIPIF 1 < 0
D．粒子在磁场中运动的最长时间是 SKIPIF 1 < 0
16．（2023·全国·校联考模拟预测）如图1所示，在半径为 SKIPIF 1 < 0 的圆形区域内，有垂直于圆面的磁场，磁感应强度随时间的变化关系如图2所示， SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 大小之比为 SKIPIF 1 < 0 ，已知 SKIPIF 1 < 0 。 SKIPIF 1 < 0 时刻，一带电粒子从 SKIPIF 1 < 0 点沿 SKIPIF 1 < 0 方向进入匀强磁场中，从圆周上 SKIPIF 1 < 0 点离开磁场， SKIPIF 1 < 0 ，在磁场中运动的时间为 SKIPIF 1 < 0 ，粒子重力不计。
（1）求该粒子的比荷（用含 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的式子表示）；
（2）若同一种粒子在 SKIPIF 1 < 0 时刻从 SKIPIF 1 < 0 点入射，速度大小、方向均与第一次相同，求这个粒子在圆形磁场区域中运动的时间。
17．（2023·河南新乡·统考一模）如图所示，在空间坐标系 SKIPIF 1 < 0 中，区域Ⅰ是边长为 SKIPIF 1 < 0 的正方体空间，该空间内存在沿 SKIPIF 1 < 0 轴正方向的匀强磁场，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 （大小未知），区域Ⅱ也是边长为 SKIPIF 1 < 0 的正方体空间，该空间内存在沿 SKIPIF 1 < 0 轴正方向的匀强磁场，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 （大小未知），区域Ⅱ的上表面是一粒子收集板。一质量为 SKIPIF 1 < 0 、电荷量为 SKIPIF 1 < 0 的带电粒子从坐标原点 SKIPIF 1 < 0 沿 SKIPIF 1 < 0 平面以初速度 SKIPIF 1 < 0 进入区域Ⅰ，然后从区域Ⅰ右边界上的 SKIPIF 1 < 0 点沿 SKIPIF 1 < 0 轴正方向进入区域Ⅱ。已知 SKIPIF 1 < 0 点的坐标为 SKIPIF 1 < 0 ，粒子重力不计。
（1）求磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 的大小；
（2）为使粒子能够在区域II中直接打到粒子收集板上，求磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 的大小范围。
18．（2023·浙江台州·统考模拟预测）如图所示， SKIPIF 1 < 0 平面（纸面）内 SKIPIF 1 < 0 轴右侧连续分布宽度为 SKIPIF 1 < 0 的无场区域和宽度为d（未知）的匀强磁场区域，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 ，方向垂直纸面向里。位于原点 SKIPIF 1 < 0 处的粒子源能释放出质量为 SKIPIF 1 < 0 ，电量为 SKIPIF 1 < 0 ，初速度大小为 SKIPIF 1 < 0 的正离子，离子沿各方向均匀分布在与 SKIPIF 1 < 0 轴成 SKIPIF 1 < 0 的范围内，其中有 SKIPIF 1 < 0 的离子能从第一个磁场区域的右边界飞出。不计离子的重力及离子间的相互作用，并忽略磁场的边界效应。求：
（1）离子进入磁场后做圆周运动的半径大小；
（2）磁场宽度d的大小；
（3）离子能到达离 SKIPIF 1 < 0 轴的最远距离；
（4）离子从 SKIPIF 1 < 0 点出发到飞离第一个磁场区域的左边界所用时间的最小值。
[提示：若 SKIPIF 1 < 0 ，则 SKIPIF 1 < 0 ]
19．（2023·四川成都·校联考模拟预测）如图所示，真空中有四个相同的矩形匀强磁场区域，高为4d，宽为d，中间两个磁场区域间隔为2d，中轴线与磁场区域两侧相交于O、 SKIPIF 1 < 0 点，各区域磁感应强度大小相等，方向如图所示。某粒子质量为m、电荷量为+q，从O点沿轴线方向射入磁场。当入射速度为v0时，粒子从O点上方d处射出磁场。求：
（1）磁感应强度大小B；
（2）入射速度为 SKIPIF 1 < 0 时，粒子从O运动到 SKIPIF 1 < 0 的时间t；
（3）入射速度仍为 SKIPIF 1 < 0 ，通过沿轴线 SKIPIF 1 < 0 平移中间两个磁场（磁场不重叠），可使粒子从O运动到 SKIPIF 1 < 0 的时间增加 SKIPIF 1 < 0 ，求 SKIPIF 1 < 0 的最大值。
20．（2023·河南开封·统考一模）光滑水平桌面上 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 之间存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于桌面向上，如图所示（俯视图）， SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 之间的夹角为 SKIPIF 1 < 0 ，一带电小球的质量为m，电荷量为q，沿纸面以大小为 SKIPIF 1 < 0 的速度从 SKIPIF 1 < 0 的某点Q向左上方射入磁场，速度方向与 SKIPIF 1 < 0 成 SKIPIF 1 < 0 角。已知带电小球在磁场中的运动轨迹与 SKIPIF 1 < 0 恰好相切，且带电小球能从 SKIPIF 1 < 0 上另一点P射出磁场。（P点未画出）
（1）带电小球离开磁场的出射点P到O点的距离s多大？
（2）若在 SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 之间加上水平方向的匀强电场，带电小球离开磁场后在该电场中继续运动，恰能从Q点以与第一次相同的速度射入磁场，求匀强电场的场强？
21．（2023·陕西商洛·镇安中学校考模拟预测）受控热核聚变反应的装置中温度极高，因而带电粒子没有通常意义上的容器可装，而是由磁场将带电粒子束缚在某个区域内。现有一个环形区域，其截面内圆半径 SKIPIF 1 < 0 ，外圆半径 SKIPIF 1 < 0 ，区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，如图所示。已知磁感应强度大小 SKIPIF 1 < 0 ，被束缚的带正电粒子的比荷 SKIPIF 1 < 0 ，中空区域中的带电粒子由内、外圆的圆心O点以不同的初速度射入磁场，不计带电粒子的重力和它们之间的相互作用，且不考虑相对论效应。
（1）求带电粒子在磁场中运动的周期T和带电粒子不能穿越磁场外边界的最大速度v0。
（2）若中空区域中的带电粒子以（1）中的最大速度 SKIPIF 1 < 0 沿圆环半径方向射入磁场，求带电粒子从某点进入磁场到其第一次回到该点所需要的时间。
（3）若要使束缚效果最好，应在半径为 SKIPIF 1 < 0 的圆内也加上磁场，则该磁场的磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 要与B的方向相同还是相反？在取得最大束缚效果的情况下，若 SKIPIF 1 < 0 =2B，为使粒子不能射出半径为 SKIPIF 1 < 0 的圆形区域，求粒子速度的最大值 SKIPIF 1 < 0 。
22．（2023·江苏扬州·统考三模）如图所示，y方向足够长的两个条形区域，宽度分别为l1 SKIPIF 1 < 0 和l2 SKIPIF 1 < 0 ，两区域分别分布着磁感应强度为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 的磁场，磁场方向垂直于xOy平面向外，磁碱应强度 SKIPIF 1 < 0 ，现有大量粒子从坐标原点O以恒定速度 SKIPIF 1 < 0 不断沿x轴正方向射入磁场，由于 SKIPIF 1 < 0 的大小在0-0.5T范围内可调，粒子可从磁场边界的不同位置飞出。已知带电粒子的电量 SKIPIF 1 < 0 C。 质量 SKIPIF 1 < 0 ，不考虑带电粒子的重力，求：
（1）要使粒子能进入 SKIPIF 1 < 0 的磁场， SKIPIF 1 < 0 应满足的条件；
（2）粒子在条形区域内运动的最短时间t；
（3）粒子从y轴飞出磁场时的最高点坐标y。
考向三 带电粒子在磁场中运动的多解问题
23．（2022·湖北·高考真题）（多选）在如图所示的平面内，分界线SP将宽度为L的矩形区域分成两部分，一部分充满方向垂直于纸面向外的匀强磁场，另一部分充满方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，SP与磁场左右边界垂直。离子源从S处射入速度大小不同的正离子，离子入射方向与磁场方向垂直且与SP成30°角。已知离子比荷为k，不计重力。若离子从Р点射出，设出射方向与入射方向的夹角为θ，则离子的入射速度和对应θ角的可能组合为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 kBL，0°B． SKIPIF 1 < 0 kBL，0°C．kBL，60°D．2kBL，60°
24．（2023·湖北·高考真题）如图所示，空间存在磁感应强度大小为B、垂直于xOy平面向里的匀强磁场。t= 0时刻，一带正电粒子甲从点P（2a，0）沿y轴正方向射入，第一次到达点O时与运动到该点的带正电粒子乙发生正碰。碰撞后，粒子甲的速度方向反向、大小变为碰前的3倍，粒子甲运动一个圆周时，粒子乙刚好运动了两个圆周。己知粒子甲的质量为m，两粒子所带电荷量均为q。假设所有碰撞均为弹性正碰，碰撞时间忽略不计，碰撞过程中不发生电荷转移，不考虑重力和两粒子间库仑力的影响。求：
（1）第一次碰撞前粒子甲的速度大小；
（2）粒子乙的质量和第一次碰撞后粒子乙的速度大小；
（3） SKIPIF 1 < 0 时刻粒子甲、乙的位置坐标，及从第一次碰撞到 SKIPIF 1 < 0 的过程中粒子乙运动的路程。（本小问不要求写出计算过程，只写出答案即可）
25．（2023·陕西·校联考一模）（多选）如图，圆形区域匀强磁场垂直于纸面，初速度v大小不同的同种带电粒子，先后向着圆心射入磁场，经磁场偏转后射出磁场。忽略带电粒子的重力，下面说法正确的是（ ）
A．粒子运动周期跟速度v成正比
B．粒子受到的向心力与速度v成正比
C．在磁场中转过的圆心角越大，运动时间越长
D．因为洛伦兹力不做功，所以粒子在磁场中受到的洛伦兹力冲量等于零
26．（2023·湖北·校联考模拟预测）（多选）如图所示的xOy坐标系中，y轴的左侧存在垂直纸面向外、磁感应强度大小未知的匀强磁场，y轴右侧的匀强磁场垂直纸面方向且大小未知，一带正电的粒子由y轴上（0， SKIPIF 1 < 0 ）处沿与y轴正方向成30°角的方向以速度v射入磁场，已知粒子的比荷为k，粒子在y轴右侧的轨道半径为L，最终粒子经过O点，粒子重力不计。下列说法正确的是（ ）
A．若y轴右侧的磁场垂直纸面向里，则y轴右侧的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0
B．若y轴右侧的磁场垂直纸面向里，则粒子从射入到运动至O点的时间为 SKIPIF 1 < 0
C．若y轴右侧的磁场垂直纸面向外，则粒子从射入到运动至O点的时间可能为 SKIPIF 1 < 0
D．若y轴右侧的磁场垂直纸面向外，则粒子从射入到运动至O点的时间可能为 SKIPIF 1 < 0
27．（2023·云南·一模）空间存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面，线段 SKIPIF 1 < 0 是屏与纸面的交线，长度为 SKIPIF 1 < 0 ，其左侧有一粒子源S，可沿纸面内各个方向不断发射质量为m、电荷量为q、速率相同的粒子； SKIPIF 1 < 0 ，P为垂足，如图所示，已知 SKIPIF 1 < 0 ，若 SKIPIF 1 < 0 上所有的点都能被粒子从其右侧直接打中，则粒子的速率至少为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
28．（2023·江西鹰潭·校联考模拟预测）如图所示，以 SKIPIF 1 < 0 为圆心、半径为 SKIPIF 1 < 0 的圆形区域内存在垂直圆面向里、磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 的匀强磁场。在圆周上的 SKIPIF 1 < 0 点安装一个粒子源，可向磁场区域内垂直磁场沿各个方向发射比荷为 SKIPIF 1 < 0 的粒子。若粒子以 SKIPIF 1 < 0 的速率沿 SKIPIF 1 < 0 方向射入磁场，恰能在圆内运动时间 SKIPIF 1 < 0 （未知）后从圆周上的 SKIPIF 1 < 0 点（图中未画出）离开磁场。若向磁场区域内垂直磁场沿各个方向发射速率为 SKIPIF 1 < 0 （未知）的粒子，这些粒子均能从劣弧 SKIPIF 1 < 0 范围内离开磁场（ SKIPIF 1 < 0 点有粒子经过）。不计粒子重力和粒子间的相互作用。求：
（1）粒子运动的时间 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）粒子的速率 SKIPIF 1 < 0 。
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc155113282" 01 磁场对通电导线的作用力问题 PAGEREF _Tc155113282 \h 2
\l "_Tc155113283" 考向一 磁场对通电导线的作用力问题 PAGEREF _Tc155113283 \h 2
\l "_Tc155113284" 02 带电粒子在磁场中的运动 PAGEREF _Tc155113284 \h 7
\l "_Tc155113285" 考向一 带电粒子在磁场中的圆周运动 PAGEREF _Tc155113285 \h 7
\l "_Tc155113286" 考向二带电粒子在有界磁场运动的临界与极值问题 PAGEREF _Tc155113286 \h 9
\l "_Tc155113287" 考向三 带电粒子在磁场中运动的多解问题 PAGEREF _Tc155113287 \h 21
01 磁场对通电导线的作用力问题
考向一 磁场对通电导线的作用力问题
1．（2023·北京·高考真题）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，固定一内部真空且内壁光滑的圆柱形薄壁绝缘管道，其轴线与磁场垂直。管道横截面半径为a，长度为l（ SKIPIF 1 < 0 ）。带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，与管壁发生弹性碰撞，多次碰撞后从另一端射出，单位时间进入管道的粒子数为n，粒子电荷量为 SKIPIF 1 < 0 ，不计粒子的重力、粒子间的相互作用，下列说法不正确的是（ ）
A．粒子在磁场中运动的圆弧半径为a
B．粒子质量为 SKIPIF 1 < 0
C．管道内的等效电流为 SKIPIF 1 < 0
D．粒子束对管道的平均作用力大小为 SKIPIF 1 < 0
2．（2023·江苏·高考真题）如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B．L形导线通以恒定电流I，放置在磁场中．已知ab边长为2l，与磁场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行．该导线受到的安培力为（ ）
A．0B．BIlC．2BIlD． SKIPIF 1 < 0
3．（2022·湖南·高考真题）如图（a），直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图（b）所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是（ ）
A．当导线静止在图（a）右侧位置时，导线中电流方向由N指向M
B．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变
C．tanθ与电流I成正比
D．sinθ与电流I成正比
4．（2022·浙江·高考真题）利用如图所示装置探究匀强磁场中影响通电导线受力的因素，导线垂直匀强磁场方向放置。先保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，然后保持电流I不变，改变导线通电部分的长度L，得到导线受到的安培力F分别与I和L的关系图象，则正确的是（ ）
A．B．
C．D．
5．（2021·重庆·高考真题）（多选）某同学设计了一种天平，其装置如图所示。两相同的同轴圆线圈 SKIPIF 1 < 0 水平固定，圆线圈P与 SKIPIF 1 < 0 、N共轴且平行等距。初始时，线圈 SKIPIF 1 < 0 通以等大反向的电流后，在线圈P处产生沿半径方向的磁场，线圈P内无电流且天平平衡。设从上往下看顺时针方向为正向。当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，可能的办法是（ ）
A．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入正向电流
B．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入负向电流
C．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入正向电流
D．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入负向电流
6．（2021·江苏·高考真题）在光滑桌面上将长为 SKIPIF 1 < 0 的软导线两端固定，固定点的距离为 SKIPIF 1 < 0 ，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
7．（2021·广东·高考真题）截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流 SKIPIF 1 < 0 ，四根平行直导线均通入电流 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（ ）
A．B．C．D．
8．（2023·北京·高考真题）2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为 SKIPIF 1 < 0 （k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为 SKIPIF 1 < 0 。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求：
（1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F；
（2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比 SKIPIF 1 < 0 ；
（3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。
9．（2022·天津·高考真题）直流电磁泵是利用安培力推动导电液体运动的一种设备，可用图1所示的模型讨论其原理，图2为图1的正视图。将两块相同的矩形导电平板竖直正对固定在长方体绝缘容器中，平板与容器等宽，两板间距为 SKIPIF 1 < 0 ，容器中装有导电液体，平板底端与容器底部留有高度可忽略的空隙，导电液体仅能从空隙进入两板间。初始时两板间接有直流电源，电源极性如图所示。若想实现两板间液面上升，可在两板间加垂直于 SKIPIF 1 < 0 面的匀强磁场，磁感应强度的大小为 SKIPIF 1 < 0 ，两板间液面上升时两板外的液面高度变化可忽略不计。已知导电液体的密度为 SKIPIF 1 < 0 、电阻率为 SKIPIF 1 < 0 ，重力加速度为 SKIPIF 1 < 0 。
（1）试判断所加磁场的方向；
（2）求两板间液面稳定在初始液面高度2倍时的电压 SKIPIF 1 < 0 ；
（3）假定平板与容器足够高，求电压 SKIPIF 1 < 0 满足什么条件时两板间液面能够持续上升。
02 带电粒子在磁场中的运动
考向一 带电粒子在磁场中的圆周运动
1．（2021·湖北·高考真题）（多选）一电中性微粒静止在垂直纸面向里的匀强磁场中，在某一时刻突然分裂成a、b和c三个微粒，a和b在磁场中做半径相等的匀速圆周运动，环绕方向如图所示，c未在图中标出。仅考虑磁场对带电微粒的作用力，下列说法正确的是（ ）
A．a带负电荷B．b带正电荷
C．c带负电荷D．a和b的动量大小一定相等
2．（2023·福建·高考真题）阿斯顿（F．Astn）借助自己发明的质谱仪发现了氖等元素的同位素而获得诺贝尔奖，质谱仪分析同位素简化的工作原理如图所示。在 SKIPIF 1 < 0 上方存在一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两个氖离子在O处以相同速度v垂直磁场边界入射，在磁场中发生偏转，分别落在M和N处。已知某次实验中， SKIPIF 1 < 0 ，落在M处氖离子比荷（电荷量和质量之比）为 SKIPIF 1 < 0 ；P、O、M、N、P在同一直线上；离子重力不计。
（1）求OM的长度；
（2）若ON的长度是OM的1.1倍，求落在N处氖离子的比荷。
3．（2023·天津·高考真题）信号放大器是一种放大电信号的仪器，如图1，其可以通过在相邻极板间施加电压，使阴极逸出的电子，击中极板时，激发出更多电子，从而逐级放大电信号。已知电子质量m，带电量e。
（1）如图2，在极板上建系。极板上方空间内存在磁场，其强度为B，方向平行z轴。极板间电压U极小，几乎不影响电子运动。如图，某次激发中，产生了2个电子a和b，其初速度方向分别在xOy与zOy平面内，且与y轴正方向成 SKIPIF 1 < 0 角，则：
（i）判断B的方向；
（ii）a、b两个电子运动到下一个极板的时间 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）若单位时间内阴极逸出的电子数量不变，每个电子打到极板上可以激发出 SKIPIF 1 < 0 个电子，且 SKIPIF 1 < 0 ，阳极处接收电子产生的电流为I，在答题纸给出坐标系里画出表示U和I关系的图像并说出这样画的理由。
4．（2023·河北唐山·迁西县第一中学校考二模）（多选）如图所示， SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 是相互平行、间距为L的长直边界，在两边界外侧都存在匀强磁场，方向均垂直于纸面向内， SKIPIF 1 < 0 右侧磁场的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 。一质量为 SKIPIF 1 < 0 ，电荷量为 SKIPIF 1 < 0 的带电粒子从 SKIPIF 1 < 0 边界的O点以大小为 SKIPIF 1 < 0 的初速度垂直于边界沿纸面射入右侧磁场区，一段时间后粒子从右向左再次经过O点，不计粒子的重力。左侧磁场的磁感应强度可能值为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
考向二带电粒子在有界磁场运动的临界与极值问题
5．（2022·辽宁·高考真题）（多选）粒子物理研究中使用的一种球状探测装置横截面的简化模型如图所示。内圆区域有垂直纸面向里的匀强磁场，外圆是探测器。两个粒子先后从P点沿径向射入磁场，粒子1沿直线通过磁场区域后打在探测器上的M点。粒子2经磁场偏转后打在探测器上的N点。装置内部为真空状态，忽略粒子重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是（ ）
A．粒子1可能为中子
B．粒子2可能为电子
C．若增大磁感应强度，粒子1可能打在探测器上的Q点
D．若增大粒子入射速度，粒子2可能打在探测器上的Q点
6．（2021·全国·高考真题）如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为 SKIPIF 1 < 0 的带电粒子从圆周上的M点沿直径 SKIPIF 1 < 0 方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为 SKIPIF 1 < 0 ，离开磁场时速度方向偏转 SKIPIF 1 < 0 ；若射入磁场时的速度大小为 SKIPIF 1 < 0 ，离开磁场时速度方向偏转 SKIPIF 1 < 0 ，不计重力，则 SKIPIF 1 < 0 为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
7．（2021·北京·高考真题）如图所示，在xOy坐标系的第一象限内存在匀强磁场。一带电粒子在P点以与x轴正方向成60的方向垂直磁场射入，并恰好垂直于y轴射出磁场。已知带电粒子质量为m、电荷量为q，OP = a。不计重力。根据上述信息可以得出（ ）
A．带电粒子在磁场中运动的轨迹方程
B．带电粒子在磁场中运动的速率
C．带电粒子在磁场中运动的时间
D．该匀强磁场的磁感应强度
8．（2021·海南·高考真题）（多选）如图，在平面直角坐标系 SKIPIF 1 < 0 的第一象限内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。大量质量为m、电量为q的相同粒子从y轴上的 SKIPIF 1 < 0 点，以相同的速率在纸面内沿不同方向先后射入磁场，设入射速度方向与y轴正方向的夹角为 SKIPIF 1 < 0 。当 SKIPIF 1 < 0 时，粒子垂直x轴离开磁场。不计粒子的重力。则（ ）
A．粒子一定带正电
B．当 SKIPIF 1 < 0 时，粒子也垂直x轴离开磁场
C．粒子入射速率为 SKIPIF 1 < 0
D．粒子离开磁场的位置到O点的最大距离为 SKIPIF 1 < 0
9．（2024·海南·校联考一模）（多选）在如图所示的坐标系中，P、Q分别是x、y轴上的两点，P、Q到原点O的距离均为L， SKIPIF 1 < 0 区域内（包含边界）存在与直角坐标系 SKIPIF 1 < 0 平面垂直的匀强磁场（未画出）。一质量为m、电荷量绝对值为q的带电粒子从原点O处以速率 SKIPIF 1 < 0 沿x轴正方向射入磁场，从OQ之间的M点（未画出）射出，不计带电粒子的重力，则匀强磁场的磁感应强度大小可能为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
10．（2023·全国·模拟预测）（多选）如图所示，空间中有一个底角均为 SKIPIF 1 < 0 的梯形，上底与腰长相等为L，梯形处于磁感应强度大小为B、垂直于纸面向外的匀强磁场中，现c点存在一个粒子源，可以源源不断射出速度方向沿cd，大小可变的电子，电子的比荷为k，为使电子能从ab边射出，速度大小可能为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
11．（2023·河北保定·河北省唐县第一中学校考二模）（多选）如图所示的直角三角形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场（包括边界，图中未画出）， SKIPIF 1 < 0 ，一带正电的粒子由 SKIPIF 1 < 0 点以速率 SKIPIF 1 < 0 沿 SKIPIF 1 < 0 方向射入磁场，经磁场偏转后从 SKIPIF 1 < 0 边离开磁场，已知 SKIPIF 1 < 0 ，粒子的质量为 SKIPIF 1 < 0 ，电荷量为 SKIPIF 1 < 0 ，粒子重力忽略不计.则下列说法正确的是（ ）
A．磁感应强度的大小可能为 SKIPIF 1 < 0
B．磁感应强度最小时，粒子的出射点到 SKIPIF 1 < 0 点的距离为 SKIPIF 1 < 0
C．从 SKIPIF 1 < 0 边离开的粒子在磁场中运动的时间均为 SKIPIF 1 < 0
D．当磁感应强度取粒子从 SKIPIF 1 < 0 边离开磁场的最小值时，增大粒子的入射速度，粒子在磁场中的运动时间缩短
12．（2023·河北·校联考模拟预测）（多选）如图所示，在 SKIPIF 1 < 0 坐标系中，y轴右侧存在匀强磁场，磁场右边界线与y轴平行，有两个带负电荷的粒子A和B从O点进入磁场，进入磁场时两粒子的速度大小相等，粒子A进入磁场时速度方向与x轴成60°角，粒子B进入磁场时速度方向与x轴成30°角，经磁场偏转后两粒子恰好都没有穿越磁场右侧边界线，则下列说法正确的是（ ）
A．两粒子在磁场运动半径之比 SKIPIF 1 < 0
B．两粒子的比荷之比为 SKIPIF 1 < 0
C．两粒子在磁场运动周期之比 SKIPIF 1 < 0
D．两粒子在磁场运动时间之比 SKIPIF 1 < 0
13．（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考一模）（多选）如图，在一个边长为a的正六边形区域内，存在磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，三个相同的带正电粒子，比荷为 SKIPIF 1 < 0 ，先后从A点沿AD方向以大小不等的速率射入匀强磁场区域，已知粒子只受磁场的作用力，则（ ）
A．从 SKIPIF 1 < 0 点飞出磁场的粒子速度大小为 SKIPIF 1 < 0
B．所有从 SKIPIF 1 < 0 边上飞出磁场的粒子，在磁场中的运动时间都相同
C．从 SKIPIF 1 < 0 点飞出磁场的粒子，在磁场中的运动时间为 SKIPIF 1 < 0
D．从 SKIPIF 1 < 0 边上的某一点垂直 SKIPIF 1 < 0 飞出磁场的粒子，其轨道半径为 SKIPIF 1 < 0
14．（2023·广西南宁·南宁三中校考二模）（多选）如图所示，A、C两点分别位于x轴和y轴上， SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 的长度为L。在 SKIPIF 1 < 0 区域内（包括边界）有垂直于 SKIPIF 1 < 0 平面向里的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的带电粒子，以各种不同的速度垂直 SKIPIF 1 < 0 边射入磁场。已知粒子从某点射入时，恰好垂直于 SKIPIF 1 < 0 边射出磁场，且粒子在磁场中运动的时间为 SKIPIF 1 < 0 。不计重力。下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子带负电
B．磁场的磁感应强度的大小为 SKIPIF 1 < 0
C．从 SKIPIF 1 < 0 中点射入磁场的带电粒子可以从C点出射
D．能从 SKIPIF 1 < 0 边射出的带电粒子最大射入速度是 SKIPIF 1 < 0
15．（2023·河北唐山·开滦第一中学校考一模）（多选）如图所示，竖直平面内两条虚线是匀强磁场的上下边界，宽度 SKIPIF 1 < 0 ，磁场的磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 ，在磁场下边界P点有粒子源，可以向磁场各个方向发射速度 SKIPIF 1 < 0 带正电的粒子，粒子比荷 SKIPIF 1 < 0 ，不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ）
A．粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为0.4m
B．粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为0.5m
C．粒子在磁场中运动的最长时间是 SKIPIF 1 < 0
D．粒子在磁场中运动的最长时间是 SKIPIF 1 < 0
16．（2023·全国·校联考模拟预测）如图1所示，在半径为 SKIPIF 1 < 0 的圆形区域内，有垂直于圆面的磁场，磁感应强度随时间的变化关系如图2所示， SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 大小之比为 SKIPIF 1 < 0 ，已知 SKIPIF 1 < 0 。 SKIPIF 1 < 0 时刻，一带电粒子从 SKIPIF 1 < 0 点沿 SKIPIF 1 < 0 方向进入匀强磁场中，从圆周上 SKIPIF 1 < 0 点离开磁场， SKIPIF 1 < 0 ，在磁场中运动的时间为 SKIPIF 1 < 0 ，粒子重力不计。
（1）求该粒子的比荷（用含 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的式子表示）；
（2）若同一种粒子在 SKIPIF 1 < 0 时刻从 SKIPIF 1 < 0 点入射，速度大小、方向均与第一次相同，求这个粒子在圆形磁场区域中运动的时间。
17．（2023·河南新乡·统考一模）如图所示，在空间坐标系 SKIPIF 1 < 0 中，区域Ⅰ是边长为 SKIPIF 1 < 0 的正方体空间，该空间内存在沿 SKIPIF 1 < 0 轴正方向的匀强磁场，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 （大小未知），区域Ⅱ也是边长为 SKIPIF 1 < 0 的正方体空间，该空间内存在沿 SKIPIF 1 < 0 轴正方向的匀强磁场，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 （大小未知），区域Ⅱ的上表面是一粒子收集板。一质量为 SKIPIF 1 < 0 、电荷量为 SKIPIF 1 < 0 的带电粒子从坐标原点 SKIPIF 1 < 0 沿 SKIPIF 1 < 0 平面以初速度 SKIPIF 1 < 0 进入区域Ⅰ，然后从区域Ⅰ右边界上的 SKIPIF 1 < 0 点沿 SKIPIF 1 < 0 轴正方向进入区域Ⅱ。已知 SKIPIF 1 < 0 点的坐标为 SKIPIF 1 < 0 ，粒子重力不计。
（1）求磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 的大小；
（2）为使粒子能够在区域II中直接打到粒子收集板上，求磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 的大小范围。
18．（2023·浙江台州·统考模拟预测）如图所示， SKIPIF 1 < 0 平面（纸面）内 SKIPIF 1 < 0 轴右侧连续分布宽度为 SKIPIF 1 < 0 的无场区域和宽度为d（未知）的匀强磁场区域，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 ，方向垂直纸面向里。位于原点 SKIPIF 1 < 0 处的粒子源能释放出质量为 SKIPIF 1 < 0 ，电量为 SKIPIF 1 < 0 ，初速度大小为 SKIPIF 1 < 0 的正离子，离子沿各方向均匀分布在与 SKIPIF 1 < 0 轴成 SKIPIF 1 < 0 的范围内，其中有 SKIPIF 1 < 0 的离子能从第一个磁场区域的右边界飞出。不计离子的重力及离子间的相互作用，并忽略磁场的边界效应。求：
（1）离子进入磁场后做圆周运动的半径大小；
（2）磁场宽度d的大小；
（3）离子能到达离 SKIPIF 1 < 0 轴的最远距离；
（4）离子从 SKIPIF 1 < 0 点出发到飞离第一个磁场区域的左边界所用时间的最小值。
[提示：若 SKIPIF 1 < 0 ，则 SKIPIF 1 < 0 ]
19．（2023·四川成都·校联考模拟预测）如图所示，真空中有四个相同的矩形匀强磁场区域，高为4d，宽为d，中间两个磁场区域间隔为2d，中轴线与磁场区域两侧相交于O、 SKIPIF 1 < 0 点，各区域磁感应强度大小相等，方向如图所示。某粒子质量为m、电荷量为+q，从O点沿轴线方向射入磁场。当入射速度为v0时，粒子从O点上方d处射出磁场。求：
（1）磁感应强度大小B；
（2）入射速度为 SKIPIF 1 < 0 时，粒子从O运动到 SKIPIF 1 < 0 的时间t；
（3）入射速度仍为 SKIPIF 1 < 0 ，通过沿轴线 SKIPIF 1 < 0 平移中间两个磁场（磁场不重叠），可使粒子从O运动到 SKIPIF 1 < 0 的时间增加 SKIPIF 1 < 0 ，求 SKIPIF 1 < 0 的最大值。
20．（2023·河南开封·统考一模）光滑水平桌面上 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 之间存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于桌面向上，如图所示（俯视图）， SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 之间的夹角为 SKIPIF 1 < 0 ，一带电小球的质量为m，电荷量为q，沿纸面以大小为 SKIPIF 1 < 0 的速度从 SKIPIF 1 < 0 的某点Q向左上方射入磁场，速度方向与 SKIPIF 1 < 0 成 SKIPIF 1 < 0 角。已知带电小球在磁场中的运动轨迹与 SKIPIF 1 < 0 恰好相切，且带电小球能从 SKIPIF 1 < 0 上另一点P射出磁场。（P点未画出）
（1）带电小球离开磁场的出射点P到O点的距离s多大？
（2）若在 SKIPIF 1 < 0 与 SKIPIF 1 < 0 之间加上水平方向的匀强电场，带电小球离开磁场后在该电场中继续运动，恰能从Q点以与第一次相同的速度射入磁场，求匀强电场的场强？
21．（2023·陕西商洛·镇安中学校考模拟预测）受控热核聚变反应的装置中温度极高，因而带电粒子没有通常意义上的容器可装，而是由磁场将带电粒子束缚在某个区域内。现有一个环形区域，其截面内圆半径 SKIPIF 1 < 0 ，外圆半径 SKIPIF 1 < 0 ，区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，如图所示。已知磁感应强度大小 SKIPIF 1 < 0 ，被束缚的带正电粒子的比荷 SKIPIF 1 < 0 ，中空区域中的带电粒子由内、外圆的圆心O点以不同的初速度射入磁场，不计带电粒子的重力和它们之间的相互作用，且不考虑相对论效应。
（1）求带电粒子在磁场中运动的周期T和带电粒子不能穿越磁场外边界的最大速度v0。
（2）若中空区域中的带电粒子以（1）中的最大速度 SKIPIF 1 < 0 沿圆环半径方向射入磁场，求带电粒子从某点进入磁场到其第一次回到该点所需要的时间。
（3）若要使束缚效果最好，应在半径为 SKIPIF 1 < 0 的圆内也加上磁场，则该磁场的磁感应强度 SKIPIF 1 < 0 要与B的方向相同还是相反？在取得最大束缚效果的情况下，若 SKIPIF 1 < 0 =2B，为使粒子不能射出半径为 SKIPIF 1 < 0 的圆形区域，求粒子速度的最大值 SKIPIF 1 < 0 。
22．（2023·江苏扬州·统考三模）如图所示，y方向足够长的两个条形区域，宽度分别为l1 SKIPIF 1 < 0 和l2 SKIPIF 1 < 0 ，两区域分别分布着磁感应强度为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 的磁场，磁场方向垂直于xOy平面向外，磁碱应强度 SKIPIF 1 < 0 ，现有大量粒子从坐标原点O以恒定速度 SKIPIF 1 < 0 不断沿x轴正方向射入磁场，由于 SKIPIF 1 < 0 的大小在0-0.5T范围内可调，粒子可从磁场边界的不同位置飞出。已知带电粒子的电量 SKIPIF 1 < 0 C。 质量 SKIPIF 1 < 0 ，不考虑带电粒子的重力，求：
（1）要使粒子能进入 SKIPIF 1 < 0 的磁场， SKIPIF 1 < 0 应满足的条件；
（2）粒子在条形区域内运动的最短时间t；
（3）粒子从y轴飞出磁场时的最高点坐标y。
考向三 带电粒子在磁场中运动的多解问题
23．（2022·湖北·高考真题）（多选）在如图所示的平面内，分界线SP将宽度为L的矩形区域分成两部分，一部分充满方向垂直于纸面向外的匀强磁场，另一部分充满方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，SP与磁场左右边界垂直。离子源从S处射入速度大小不同的正离子，离子入射方向与磁场方向垂直且与SP成30°角。已知离子比荷为k，不计重力。若离子从Р点射出，设出射方向与入射方向的夹角为θ，则离子的入射速度和对应θ角的可能组合为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 kBL，0°B． SKIPIF 1 < 0 kBL，0°C．kBL，60°D．2kBL，60°
24．（2023·湖北·高考真题）如图所示，空间存在磁感应强度大小为B、垂直于xOy平面向里的匀强磁场。t= 0时刻，一带正电粒子甲从点P（2a，0）沿y轴正方向射入，第一次到达点O时与运动到该点的带正电粒子乙发生正碰。碰撞后，粒子甲的速度方向反向、大小变为碰前的3倍，粒子甲运动一个圆周时，粒子乙刚好运动了两个圆周。己知粒子甲的质量为m，两粒子所带电荷量均为q。假设所有碰撞均为弹性正碰，碰撞时间忽略不计，碰撞过程中不发生电荷转移，不考虑重力和两粒子间库仑力的影响。求：
（1）第一次碰撞前粒子甲的速度大小；
（2）粒子乙的质量和第一次碰撞后粒子乙的速度大小；
（3） SKIPIF 1 < 0 时刻粒子甲、乙的位置坐标，及从第一次碰撞到 SKIPIF 1 < 0 的过程中粒子乙运动的路程。（本小问不要求写出计算过程，只写出答案即可）
25．（2023·陕西·校联考一模）（多选）如图，圆形区域匀强磁场垂直于纸面，初速度v大小不同的同种带电粒子，先后向着圆心射入磁场，经磁场偏转后射出磁场。忽略带电粒子的重力，下面说法正确的是（ ）
A．粒子运动周期跟速度v成正比
B．粒子受到的向心力与速度v成正比
C．在磁场中转过的圆心角越大，运动时间越长
D．因为洛伦兹力不做功，所以粒子在磁场中受到的洛伦兹力冲量等于零
26．（2023·湖北·校联考模拟预测）（多选）如图所示的xOy坐标系中，y轴的左侧存在垂直纸面向外、磁感应强度大小未知的匀强磁场，y轴右侧的匀强磁场垂直纸面方向且大小未知，一带正电的粒子由y轴上（0， SKIPIF 1 < 0 ）处沿与y轴正方向成30°角的方向以速度v射入磁场，已知粒子的比荷为k，粒子在y轴右侧的轨道半径为L，最终粒子经过O点，粒子重力不计。下列说法正确的是（ ）
A．若y轴右侧的磁场垂直纸面向里，则y轴右侧的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0
B．若y轴右侧的磁场垂直纸面向里，则粒子从射入到运动至O点的时间为 SKIPIF 1 < 0
C．若y轴右侧的磁场垂直纸面向外，则粒子从射入到运动至O点的时间可能为 SKIPIF 1 < 0
D．若y轴右侧的磁场垂直纸面向外，则粒子从射入到运动至O点的时间可能为 SKIPIF 1 < 0
27．（2023·云南·一模）空间存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面，线段 SKIPIF 1 < 0 是屏与纸面的交线，长度为 SKIPIF 1 < 0 ，其左侧有一粒子源S，可沿纸面内各个方向不断发射质量为m、电荷量为q、速率相同的粒子； SKIPIF 1 < 0 ，P为垂足，如图所示，已知 SKIPIF 1 < 0 ，若 SKIPIF 1 < 0 上所有的点都能被粒子从其右侧直接打中，则粒子的速率至少为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
28．（2023·江西鹰潭·校联考模拟预测）如图所示，以 SKIPIF 1 < 0 为圆心、半径为 SKIPIF 1 < 0 的圆形区域内存在垂直圆面向里、磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 的匀强磁场。在圆周上的 SKIPIF 1 < 0 点安装一个粒子源，可向磁场区域内垂直磁场沿各个方向发射比荷为 SKIPIF 1 < 0 的粒子。若粒子以 SKIPIF 1 < 0 的速率沿 SKIPIF 1 < 0 方向射入磁场，恰能在圆内运动时间 SKIPIF 1 < 0 （未知）后从圆周上的 SKIPIF 1 < 0 点（图中未画出）离开磁场。若向磁场区域内垂直磁场沿各个方向发射速率为 SKIPIF 1 < 0 （未知）的粒子，这些粒子均能从劣弧 SKIPIF 1 < 0 范围内离开磁场（ SKIPIF 1 < 0 点有粒子经过）。不计粒子重力和粒子间的相互作用。求：
（1）粒子运动的时间 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）粒子的速率 SKIPIF 1 < 0 。
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