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高考物理一轮复习考点精讲精练第22讲 磁场对运动电荷的作用（2份打包，原卷版+解析版）
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这是一份高考物理一轮复习考点精讲精练第22讲 磁场对运动电荷的作用（2份打包，原卷版+解析版），文件包含高考物理一轮复习考点精讲精练第22讲磁场对运动电荷的作用原卷版doc、高考物理一轮复习考点精讲精练第22讲磁场对运动电荷的作用解析版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共71页， 欢迎下载使用。
1.会计算洛伦兹力的大小，并能判断其方向.
2.掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，并能解决确定圆心、半径、运动轨迹、周期、运动时间等相关问题．
考点一 对洛伦兹力的理解
1．洛伦兹力
磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力．
2．洛伦兹力的方向
(1)判定方法
左手定则：掌心——磁感线垂直穿入掌心；
四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；
大拇指——指向洛伦兹力的方向．
(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面(注意：洛伦兹力不做功)．
3．洛伦兹力的大小
(1)v∥B时，洛伦兹力F＝0.(θ＝0°或180°)
(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB.(θ＝90°)
(3)v＝0时，洛伦兹力F＝0.
（2024•沈阳二模）图（a）中，在x轴上关于原点O对称的位置固定两个等量异种点电荷。图（b）中，在x轴上关于原点O对称的位置固定两根垂直于纸面的平行长直导线，两根导线中电流大小相等、方向相反。电子以一定的初速度从原点O垂直纸面向里运动，则关于两幅图中电子在原点O处受力的说法正确的是（ ）
A．图（a）中，电子所受电场力方向沿x轴正向
B．图（a）中，电子所受电场力方向沿y轴正向
C．图（b）中，电子所受洛伦兹力方向沿y轴正向
D．图（b）中，电子所受洛伦兹力方向沿x轴正向
（2024•平谷区模拟）图示照片是2023年12月1日晚网友在北京怀柔拍摄到的极光。当太阳爆发的时候，就会发生日冕物质抛射，一次日冕物质抛射过程能将数以亿吨计的太阳物质以数百千米每秒的高速抛离太阳表面。当日冕物质（带电粒子流）与地球相遇后，其中一部分会随着地球磁场进入地球南北两极附近地区的高空，并与距离地面一百到四百千米高的大气层发生撞击，撞击的过程伴随着能量交换，这些能量被大气原子与分子的核外电子吸收之后，又快速得到释放，释放的结果就是产生极光。绿色与红色极光便是来自氧原子，紫色与蓝色极光则往往来自氮原子。则下列说法中最合理的是（ ）
A．若带正电的粒子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，在地球磁场的作用下将会向西偏转
B．地球南北两极附近的地磁场最强。但在两极附近，地磁场对垂直射向地球表面的带电粒子的阻挡作用最弱
C．若氮原子发出紫色极光的光子能量为E0，则与该氮原子核外电子发生撞击的带电粒子的能量也为E0
D．若氧原子的核外电子吸收能量为E0的光子后，则该氧原子就会放出能量为E0的光子
来自宇宙的高速带电粒子流在地磁场的作用下偏转进入地球两极，撞击空气分子产生美丽的极光。高速带电粒子撞击空气分子后动能减小。假如我们在地球北极仰视，发现正上方的极光如图甲所示，某粒子运动轨迹如乙图所示。下列说法正确的是（ ）
A．粒子从M沿逆时针方向射向N
B．高速粒子带正电
C．粒子受到的磁场力不断增大
D．若该粒子在赤道正上方垂直射向地面，会向东偏转
考点二 带电粒子做圆周运动的分析思路
1．匀速圆周运动的规律
若v⊥B，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动．
2．圆心的确定
(1)已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示，P为入射点，M为出射点)．
(2)已知入射方向、入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)．
3．半径的确定
可利用物理学公式或几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小．
4．运动时间的确定
粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为θ时，其运动时间表示为t＝eq \f(θ,2π)T(或t＝eq \f(θR,v))．
（2024•顺义区二模）如图所示为洛伦兹力演示仪的示意图。电子枪发出的电子经电场加速后形成电子束，玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹，励磁线圈能够产生垂直纸面向里的匀强磁场。下列说法正确的是（ ）
A．仅增大励磁线圈中的电流，运动径迹的半径变小
B．仅增大励磁线圈中的电流，电子做圆周运动的周期将变大
C．仅升高电子枪加速电场的电压，运动径迹的半径变小
D．仅升高电子枪加速电场的电压，电子做圆周运动的周期将变大
（2023秋•太原期末）某带电粒子垂直射入匀强磁场，粒子使沿途的空气电离，动能逐渐减小，一段径迹如图所示。若粒子带电量不变，重力不计，下列说法正确的是（ ）
A．粒子从a到b运动，带正电
B．粒子从b到a运动，带正电
C．粒子从a到b运动，带负电
D．粒子从b到a运动，带负电
（2024春•深圳期中）如图所示，在y＞0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面并指向纸外，磁感应强度大小为B。一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与x轴正向的夹角为θ＝30°，粒子重力不计。求：
（1）该粒子在磁场中离x轴的最远距离；
（2）该粒子在磁场中运动的时间。
考点三 带电粒子在有界磁场中的运动
带电粒子在有界磁场中运动的几种常见情形
1．直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)
2．平行边界(存在临界条件，如图所示)
3．圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)
4．分析带电粒子在匀强磁场中运动的关键是：
(1)画出运动轨迹；
(2)确定圆心和半径；
(3)利用洛伦兹力提供向心力列式．
（2024春•阆中市校级期中）圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，带电粒子a、b从圆周上的M点沿直径MON方向以相同的速度射入磁场，粒子a、b的运动轨迹如图所示。已知粒子a离开磁场时速度方向偏转了90°，粒子b离开磁场时速度方向偏转了60°，不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ）
A．粒子a、b都带负电
B．粒子a、b的比荷之比为
C．粒子a、b在磁场中运动的时间之比为3：2
D．粒子a、b在磁场中运动轨迹的半径之比为1：3
（2024•深圳二模）如图所示，半径为R的圆形区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于圆所在的平面。一速率为v的带电粒子从圆周上的A点沿半径方向射入磁场，入射点A与出射点B间的圆弧为整个圆周的三分之一。现有一群该粒子从A点沿该平面以任意方向射入磁场，已知粒子速率均为，忽略粒子间的相互作用，则粒子在磁场中最长运动时间为（ ）
A．B．C．D．
（2024•五华区校级模拟）如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一带负电的粒子质量为m（不计重力），以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场，从C点射出磁场，OC与OB成60°。
（1）现将该粒子的速度变为，仍从A点沿直径AOB方向射入磁场，求此时粒子在磁场中的运动时间；
（2）如果想使粒子通过磁场区域后速度方向的偏转角度最大，在保持原入射速度大小不变的条件下，可用下面两种方式来实现：
①粒子的入射点不变，改变粒子的入射方向，让粒子的入射方向与AO方向成θ角，求θ角的正弦值；
②将粒子的入射点沿圆弧向上平移一段距离d，沿平行于AOB方向射入，求d。
（2024•丰台区一模）如图所示，空间中有宽度为d的匀强磁场区域，一束电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度射入磁场，穿出磁场时的速度方向与原入射方向的夹角θ＝60°，已知电子的质量为m，电荷量为e，不计重力。求：
（1）通过作图，确定电子做圆周运动时圆心的位置；
（2）电子进入磁场的速度大小v；
（3）电子穿越磁场的时间t；
（4）电子穿越磁场过程中洛伦兹力冲量的大小I。
考点四 带电粒子运动的临界和极值问题
1．临界问题的分析思路
物理现象从一种状态变化成另一种状态时存在着一个过渡的转折点，此转折点即为临界状态点．与临界状态相关的物理条件称为临界条件，临界条件是解决临界问题的突破点．
临界问题的一般解题模式为：
(1)找出临界状态及临界条件；
(2)总结临界点的规律；
(3)解出临界量．
2．带电体在磁场中的临界问题的处理方法
带电体进入有界磁场区域，一般存在临界问题，处理的方法是寻找临界状态，画出临界轨迹：
(1)带电体在磁场中，离开一个面的临界状态是对这个面的压力为零．
(2)射出或不射出磁场的临界状态是带电体运动的轨迹与磁场边界相切．
（2023秋•北碚区校级期末）如图所示，在平面直角坐标系Oxy的第一象限内，存在垂直纸面向里的匀强磁场，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α（0≤α≤180°）。当α＝120°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．粒子离开磁场的位置到O点的最大距离为
C．粒子入射速率为
D．当α＝30°时，粒子也垂直x轴离开磁场
（2023秋•南岗区校级期末）如图所示，边长为的正三角形abc区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场（图中未画出），正三角形中心O有一粒子源，可以沿abc平面任意方向发射相同的带电粒子，粒子质量为m，电荷量为q。粒子速度大小为v时，恰好没有粒子穿出磁场区域，不计粒子的重力及粒子间的相互作用力。下列说法正确的是（ ）
A．磁感应强度大小为
B．磁感应强度大小为
C．若发射粒子速度大小为2v时，在磁场中运动的最短时间为
D．若发射粒子速度大小为2v时，在磁场中运动的最短时间为
（2024春•天宁区校级期中）如图所示，匀强磁场中位于P处的粒子源可以沿垂直于磁场向纸面内的各个方向发射质量为m、电荷量为q、速率为v的带正电粒子，P到荧光屏MN的距离为d、设荧光屏足够大，不计粒子重力及粒子间的相互作用。下列判断正确的是（ ）
A．若磁感应强度，则发射出的粒子到达荧光屏的最短时间为
B．若磁感应强度，则同一时刻发射出的粒子到达荧光屏的最大时间差为
C．若磁感应强度，则荧光屏上形成的亮线长度为
D．若磁感应强度，则荧光屏上形成的亮线长度为
题型1洛伦兹力的大小和方向
（2023秋•通州区期末）如图甲所示，近日国内多地出现美丽而神秘的极光现象。极光本质上是由太阳发射的高速带电粒子流受地磁场的影响，进入地球两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的。若高速粒子带正电，因其入射速度与地磁方向不垂直，导致其轨迹呈现出如图乙所示的螺旋状的形态（相邻两个旋转圆之间的距离称为螺距Δx）。忽略引力和带电粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子进入大气层与空气发生作用后，在地磁场作用下的旋转半径越来越大
B．随着纬度的增加，以相同速度入射的宇宙带电粒子的旋转半径增大
C．在我国黑龙江北部地区仰视看到的极光将以顺时针方向做螺旋运动
D．当不计空气阻力时，若仅减小入射粒子速度方向与地磁场的夹角，螺距Δx也会减小
下列说法正确的是（ ）
A．安培力的方向一定与磁场的方向垂直
B．通电导线在磁场中一定受到安培力的作用
C．判定通电导线在磁场中受力的方向用右手定则
D．安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力不做功，安培力也不做功
如图所示，在匀强磁场中垂直于磁场方向放置一段导线ab。磁场的磁感应强度为B，导线长度为l、横截面积为S、单位体积内自由电子的个数为n。导线中通以大小为I的电流，设导线中的自由电子定向运动的速率都相同，则每个自由电子受到的洛伦兹力（ ）
A．大小为，方向垂直于导线沿纸面向上
B．大小为，方向垂直于导线沿纸面向上
C．大小为，方向垂直于导线沿纸面向下
D．大小为，方向垂直于导线沿纸面向下
（2022•重庆）2021年中国全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，某同学将一小段真空室内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场（如图），电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。若某电荷量为q的正离子在此电场和磁场中运动，其速度平行于磁场方向的分量大小为v1，垂直于磁场方向的分量大小为v2，不计离子重力，则（ ）
A．电场力的瞬时功率为qE
B．该离子受到的洛伦兹力大小为qv1B
C．v2与v1的比值不断变大
D．该离子的加速度大小不变
题型2半径公式和周期公式的应用
（2024•包头三模）四个粒子氕核（）、氚核（H）、氦核（He）和反质子（H）先后以相同的速度从坐标原点沿x轴正方向射入一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。不计重力，下列描绘这四个粒子运动轨迹的图像中正确的是（ ）
A．B．C．D．
（2023秋•延庆区期末）图甲为洛伦兹力演示仪的实物图，乙为其结构示意图。演示仪中有一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈（励磁线圈），通过电流时，两线圈之间产生沿线圈轴向、方向垂直纸面向外的匀强磁场。圆球形玻璃泡内有电子枪，电子枪发射电子，电子在磁场中做匀速圆周运动。电子速度的大小可由电子枪的加速电压来调节，磁场强弱可由励磁线圈的电流来调节。下列说法正确的是（ ）
A．仅使励磁线圈中电流为零，电子枪中飞出的电子将做匀加速直线运动
B．仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的半径将变小
C．仅增大励磁线圈中电流，电子做圆周运动的周期将变大
D．仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的周期将不变
（2024•海淀区一模）如图所示，真空区域内有宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为q的带正电的粒子（不计重力），沿着与MN夹角θ为30°的方向以某一速度射入磁场中，粒子恰好未能从PQ边界射出磁场。下列说法不正确的是（ ）
A．可求出粒子在磁场中运动的半径
B．可求出粒子在磁场中运动的加速度大小
C．若仅减小射入速度，则粒子在磁场中运动的时间一定变短
D．若仅增大磁感应强度，则粒子在磁场中运动的时间一定变短
题型3半径公式与动量守恒定律的综合应用
（2024•佛山二模）正电子发射计算机断层扫描是核医学领域较先进的临床检查影像技术，使用作为原料产生正电子，其反应方程式为。真空中存在垂直于纸面的匀强磁场，某个静止的原子核在其中发生衰变，生成的硼核及正电子运动轨迹及方向如图所示，则（ ）
A．正电子动量大于硼核动量
B．空间中磁场方向垂直纸面向外
C．半径较大的轨迹是正电子轨迹
D．正电子运动周期大于硼核周期
（2024•开福区校级模拟）在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核发生了某种衰变，已知放射出的粒子速度方向及反冲核N原子核的速度方向均与磁场方向垂直，它们在磁场中运动的径迹是两个相内切的圆，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．碳14在衰变的过程中动量不守恒
B．图中大圆为反冲核N原子核的运动轨迹
C．碳14发生α衰变
D．图中大圆与小圆直径之比为7：1
题型4四类常见有界磁场
（2024•包头一模）如图，一直角三角形边界匀强磁场磁感应强度为B，其中ac＝2d，bc＝d，c点有一发射带正电粒子的粒子源，粒子以不同速率沿不同方向进入磁场，粒子比荷为k，不计粒子重力及粒子之间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．ab边有粒子出射的区域长度为0.5d
B．粒子在磁场中运动的最长时间为
C．若粒子从ac边出射，入射速度v＞kBd
D．若某粒子，则粒子可以恰好从a点飞出
如图所示，直角三角形ABC区域中存在一匀强磁场，磁感应强度为B，已知AB边长为L，∠C＝30°，比荷均为的带正电粒子以不同的速率从A点沿AB方向射入磁场（不计粒子重力），则（ ）
A．粒子速度越大，在磁场中运动的时间越短
B．粒子速度越大，在磁场中运动的路程越大
C．粒子在磁场中运动的最长路程为
D．粒子在磁场中运动的最短时间为
（2024•贵阳模拟）一磁约束装置的简化示意图如图所示。在内、外半径分别为R、R的环状区域内有方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的粒子从P点沿圆的半径方向射入磁场后恰好不会穿出磁场的外边界，且被约束在大圆以内的区域内做周期性运动，不计粒子重力。则该粒子的运动周期为（ ）
A．B．
C．D．
（2024•新郑市校级开学）如图所示，有界磁场的宽度为d，一带电荷量为q、质量为m的带负电粒子以速度v0垂直边界射入磁场，离开磁场时速度的偏角为30°，不计粒子受到的重力，下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨迹半径为4d
B．带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的角速度为
C．带电粒子在匀强磁场中运动的时间为
D．匀强磁场的磁感应强度大小为
（2023秋•天津期末）如图所示，在区域MNQP中有垂直纸面向里的匀强磁场，质量和电荷量都相等的带电粒子a、b、c以不同的速率从O点沿垂直于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。下列说法中正确的是（ ）
A．粒子a带负电，粒子b、c带正电
B．粒子c在磁场中运动的时间最长
C．粒子a在磁场中运动的周期最小
D．射入磁场时粒子b的速率最小
（多选）（2024•海南）如图所示，边长为L的正方形abcd区域内存在匀强磁场，方向垂直于纸面（abcd所在平面）向外。ad边中点O有一粒子源，可平行纸面向磁场内任意方向发射质量为m、电荷量为q的带电粒子，粒子速度大小均为v，不计粒子重力以及粒子间的相互作用。已知垂直ad边射入的粒子恰好从ab边中点M射出磁场，下列说法中正确的是（ ）
A．粒子带负电
B．磁场的磁感应强度大小为
C．从a点射出磁场的粒子在磁场中运动的时间为
D．有粒子从b点射出磁场
题型5放缩圆、平移圆、旋转圆、磁聚焦
（多选）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形区域内有一垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。M、N点在圆周上且MON为其竖直直径。现将两个比荷k相同的带电粒子P、Q分别从M点沿MN方向射入匀强磁场，粒子P的入射速度为v1＝v，粒子Q的入射速度为，已知P粒子在磁场中的运动轨迹恰为圆弧，不计粒子的重力，不计粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．粒子P带正电，粒子Q带负电
B．粒子P和粒子Q的周期和角速度相同
C．粒子Q的轨道半径为
D．粒子P和粒子Q在磁场中的运动时间之比为
（多选）如图所示，在直角坐标系xOy的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，在y轴上S处有一粒子源，它可向右侧纸面内各个方向射出速率相等的质量均为m、电荷量均为q的同种带电粒子，所有粒子射出磁场时离S最远的位置是x轴上的P点。已知，粒子带负电，粒子所受重力及粒子间的相互作用均不计，则（ ）
A．粒子的速度大小为
B．从x轴上射出磁场的粒子在磁场中运动的最长时间与最短时间之比为7：4
C．沿平行x轴正方向射入的粒子离开磁场时的位置到O点的距离为
D．从O点射出的粒子在磁场中的运动时间为
如图所示，足够长水平挡板位于x轴，其上下面均为荧光屏，接收到电子后会发光，同一侧荧光屏的同一位置接收两个电子，称为“两次发光区域”。在第三象限有垂直纸面向里、半径为的圆形匀强磁场，磁感应强度大小未知，边界与y轴相切于A点（0，﹣L）。在一、二、四象限足够大区域有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为圆形匀强磁场的一半。一群分布均匀的电子从与x轴平行的虚线处垂直虚线，以初速度v0射入圆形磁场后均从A点进入右侧磁场，这群电子在虚线处的x坐标范围为（﹣L，）。电子电量为e、质量为m，不计电子重力及电子间的相互作用。
（1）求圆形匀强磁场磁感应强度B的大小；
（2）求荧光屏最右侧发亮位置的x坐标；
（3）求落在荧光屏上“一次发光区域”和“两次发光区域”的电子数之比；
（4）求落在荧光屏上“一次发光区域”和“两次发光区域”的发光长度分别为多少。
题型6带电粒子在磁场中运动多解问题
（2022秋•肥东县期末）如图所示，在直角三角形ABC内存在垂直纸面向外的匀强磁场，AB边长度为d，∠C，现垂直AB边以相同的速度射入一群质量均为m、电荷量均为q的带正电粒子（不考虑电荷间的相互作用），已知垂直AC边射出的粒子在磁场中运动的时间为t0，运动时间最长的粒子在磁场中的运动时间为2t0，则下列判断中正确的是（ ）
A．粒子在磁场中运动的轨道半径一定是
B．粒子在磁场中运动的速度一定是
C．该匀强磁场的磁感应强度大小一定是
D．如果粒子带的是负电，不可能有粒子垂直BC边射出磁场
题型7洛伦兹力与现代科技
（2023秋•大连期末）某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为U1；B为速度选择器，磁场与电场正交（磁场方向未画出），磁感应强度为B1，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为B2。现有一质量为m、电荷量为q（q＞0）的粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动，最后打到照相底片D上，下列说法正确的是（ ）
A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
B．粒子经加速器加速后的速度大小为
C．速度选择器两板间电压为
D．粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径为
（2023秋•道里区校级期末）回旋加速器工作原理如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场与D形盒垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，两盒接在电压为U、频率为f的交流电源上。氦原子核（He）从A处进入加速器中被加速，从粒子出口处射出时的动能为Ek，在除交流电频率外其他条件不变的情况下，让锂原子核（Li）从A处进入加速器中被加速，锂原子核（Li）被加速后从粒子出口处射出，下列说法正确的是（ ）
A．锂原子核（Li）被加速后从粒子出口处射出时的动能为Ek
B．锂原子核（Li）被加速后从粒子出口处射出时的动能为Ek
C．锂原子核（Li）在磁场中运动的时间更长
D．氦原子核（He）在磁场中运动的时间更长
（2023秋•延庆区期末）如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场．一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）沿垂直于磁场的方向喷入磁场．把P、Q与电阻R相连接．下列说法正确的是（ ）
A．Q板的电势高于P板的电势
B．R中有由b向a方向的电流
C．若只增大粒子入射速度，R中电流增大
D．若只改变磁场强弱，R中电流保持不变
（2024•丰台区一模）一束含有两种比荷的带电粒子，以各种不同的初速度沿水平方向进入速度选择器，从O点进入垂直纸面向外的偏转磁场，打在O点正下方的粒子探测板上的P1和P2点，如图甲所示。撤去探测板，在O点右侧的磁场区域中放置云室，若带电粒子在云室中受到的阻力大小f＝kq，k为常数，q为粒子的电荷量，其轨迹如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．打在P1点的带电粒子的比荷小
B．增大速度选择器的磁感应强度P1、P2向下移动
C．打在P1点的带电粒子在云室里运动的路程更长
D．打在P1点的带电粒子在云室里运动的时间更短
（2024•江西模拟）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量，如图甲所示，在两块磁感应强度相同、N极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件。该霍尔元件长为a，宽为b，厚为c，建立如图乙所示的空间坐标系，保持沿+x方向通过霍尔元件的电流I不变，霍尔元件沿±z方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，在M、N表面间产生的霍尔电压UMN不同，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，UMN为0，将该点作为位移的零点，在小范围内，磁感应强度B的大小与位移z的大小成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表，下列说法中正确的是（ ）
A．该仪表的刻度线是不均匀的
B．该仪表只能测量微小位移的大小，不能确定位移的方向
C．某时刻测得霍尔电压为U，则霍尔电场的场强大小为
D．若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当Δz＜0时，M表面电势低于N表面的电势
（2024•西城区校级模拟）如图所示，利用霍尔元件可以监测无限长直导线的电流。无限长直导线在空间任意位置激发磁场的磁感应强度大小为：，其中k为常量，I为直导线中电流大小，d为空间中某点到直导线的距离。霍尔元件的工作原理是将金属薄片垂直置于磁场中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I0时，e、f两侧会产生电势差。下列说法正确的是（ ）
A．该装置无法确定通电直导线的电流方向
B．输出电压随着直导线的电流强度均匀变化
C．若想增加测量精度，可增大霍尔元件沿磁感应强度方向的厚度
D．用单位体积内自由电子个数更多的材料制成霍尔元件，能够提高测量精度
1.会计算洛伦兹力的大小，并能判断其方向.
2.掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，并能解决确定圆心、半径、运动轨迹、周期、运动时间等相关问题．
考点一 对洛伦兹力的理解
1．洛伦兹力
磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力．
2．洛伦兹力的方向
(1)判定方法
左手定则：掌心——磁感线垂直穿入掌心；
四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；
大拇指——指向洛伦兹力的方向．
(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面(注意：洛伦兹力不做功)．
3．洛伦兹力的大小
(1)v∥B时，洛伦兹力F＝0.(θ＝0°或180°)
(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB.(θ＝90°)
(3)v＝0时，洛伦兹力F＝0.
（2024•沈阳二模）图（a）中，在x轴上关于原点O对称的位置固定两个等量异种点电荷。图（b）中，在x轴上关于原点O对称的位置固定两根垂直于纸面的平行长直导线，两根导线中电流大小相等、方向相反。电子以一定的初速度从原点O垂直纸面向里运动，则关于两幅图中电子在原点O处受力的说法正确的是（ ）
A．图（a）中，电子所受电场力方向沿x轴正向
B．图（a）中，电子所受电场力方向沿y轴正向
C．图（b）中，电子所受洛伦兹力方向沿y轴正向
D．图（b）中，电子所受洛伦兹力方向沿x轴正向
（2024•平谷区模拟）图示照片是2023年12月1日晚网友在北京怀柔拍摄到的极光。当太阳爆发的时候，就会发生日冕物质抛射，一次日冕物质抛射过程能将数以亿吨计的太阳物质以数百千米每秒的高速抛离太阳表面。当日冕物质（带电粒子流）与地球相遇后，其中一部分会随着地球磁场进入地球南北两极附近地区的高空，并与距离地面一百到四百千米高的大气层发生撞击，撞击的过程伴随着能量交换，这些能量被大气原子与分子的核外电子吸收之后，又快速得到释放，释放的结果就是产生极光。绿色与红色极光便是来自氧原子，紫色与蓝色极光则往往来自氮原子。则下列说法中最合理的是（ ）
A．若带正电的粒子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，在地球磁场的作用下将会向西偏转
B．地球南北两极附近的地磁场最强。但在两极附近，地磁场对垂直射向地球表面的带电粒子的阻挡作用最弱
C．若氮原子发出紫色极光的光子能量为E0，则与该氮原子核外电子发生撞击的带电粒子的能量也为E0
D．若氧原子的核外电子吸收能量为E0的光子后，则该氧原子就会放出能量为E0的光子
来自宇宙的高速带电粒子流在地磁场的作用下偏转进入地球两极，撞击空气分子产生美丽的极光。高速带电粒子撞击空气分子后动能减小。假如我们在地球北极仰视，发现正上方的极光如图甲所示，某粒子运动轨迹如乙图所示。下列说法正确的是（ ）
A．粒子从M沿逆时针方向射向N
B．高速粒子带正电
C．粒子受到的磁场力不断增大
D．若该粒子在赤道正上方垂直射向地面，会向东偏转
考点二 带电粒子做圆周运动的分析思路
1．匀速圆周运动的规律
若v⊥B，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动．
2．圆心的确定
(1)已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示，P为入射点，M为出射点)．
(2)已知入射方向、入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)．
3．半径的确定
可利用物理学公式或几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小．
4．运动时间的确定
粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为θ时，其运动时间表示为t＝eq \f(θ,2π)T(或t＝eq \f(θR,v))．
（2024•顺义区二模）如图所示为洛伦兹力演示仪的示意图。电子枪发出的电子经电场加速后形成电子束，玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹，励磁线圈能够产生垂直纸面向里的匀强磁场。下列说法正确的是（ ）
A．仅增大励磁线圈中的电流，运动径迹的半径变小
B．仅增大励磁线圈中的电流，电子做圆周运动的周期将变大
C．仅升高电子枪加速电场的电压，运动径迹的半径变小
D．仅升高电子枪加速电场的电压，电子做圆周运动的周期将变大
（2023秋•太原期末）某带电粒子垂直射入匀强磁场，粒子使沿途的空气电离，动能逐渐减小，一段径迹如图所示。若粒子带电量不变，重力不计，下列说法正确的是（ ）
A．粒子从a到b运动，带正电
B．粒子从b到a运动，带正电
C．粒子从a到b运动，带负电
D．粒子从b到a运动，带负电
（2024春•深圳期中）如图所示，在y＞0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面并指向纸外，磁感应强度大小为B。一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与x轴正向的夹角为θ＝30°，粒子重力不计。求：
（1）该粒子在磁场中离x轴的最远距离；
（2）该粒子在磁场中运动的时间。
考点三 带电粒子在有界磁场中的运动
带电粒子在有界磁场中运动的几种常见情形
1．直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)
2．平行边界(存在临界条件，如图所示)
3．圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)
4．分析带电粒子在匀强磁场中运动的关键是：
(1)画出运动轨迹；
(2)确定圆心和半径；
(3)利用洛伦兹力提供向心力列式．
（2024春•阆中市校级期中）圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，带电粒子a、b从圆周上的M点沿直径MON方向以相同的速度射入磁场，粒子a、b的运动轨迹如图所示。已知粒子a离开磁场时速度方向偏转了90°，粒子b离开磁场时速度方向偏转了60°，不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ）
A．粒子a、b都带负电
B．粒子a、b的比荷之比为
C．粒子a、b在磁场中运动的时间之比为3：2
D．粒子a、b在磁场中运动轨迹的半径之比为1：3
（2024•深圳二模）如图所示，半径为R的圆形区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于圆所在的平面。一速率为v的带电粒子从圆周上的A点沿半径方向射入磁场，入射点A与出射点B间的圆弧为整个圆周的三分之一。现有一群该粒子从A点沿该平面以任意方向射入磁场，已知粒子速率均为，忽略粒子间的相互作用，则粒子在磁场中最长运动时间为（ ）
A．B．C．D．
（2024•五华区校级模拟）如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一带负电的粒子质量为m（不计重力），以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场，从C点射出磁场，OC与OB成60°。
（1）现将该粒子的速度变为，仍从A点沿直径AOB方向射入磁场，求此时粒子在磁场中的运动时间；
（2）如果想使粒子通过磁场区域后速度方向的偏转角度最大，在保持原入射速度大小不变的条件下，可用下面两种方式来实现：
①粒子的入射点不变，改变粒子的入射方向，让粒子的入射方向与AO方向成θ角，求θ角的正弦值；
②将粒子的入射点沿圆弧向上平移一段距离d，沿平行于AOB方向射入，求d。
（2024•丰台区一模）如图所示，空间中有宽度为d的匀强磁场区域，一束电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度射入磁场，穿出磁场时的速度方向与原入射方向的夹角θ＝60°，已知电子的质量为m，电荷量为e，不计重力。求：
（1）通过作图，确定电子做圆周运动时圆心的位置；
（2）电子进入磁场的速度大小v；
（3）电子穿越磁场的时间t；
（4）电子穿越磁场过程中洛伦兹力冲量的大小I。
考点四 带电粒子运动的临界和极值问题
1．临界问题的分析思路
物理现象从一种状态变化成另一种状态时存在着一个过渡的转折点，此转折点即为临界状态点．与临界状态相关的物理条件称为临界条件，临界条件是解决临界问题的突破点．
临界问题的一般解题模式为：
(1)找出临界状态及临界条件；
(2)总结临界点的规律；
(3)解出临界量．
2．带电体在磁场中的临界问题的处理方法
带电体进入有界磁场区域，一般存在临界问题，处理的方法是寻找临界状态，画出临界轨迹：
(1)带电体在磁场中，离开一个面的临界状态是对这个面的压力为零．
(2)射出或不射出磁场的临界状态是带电体运动的轨迹与磁场边界相切．
（2023秋•北碚区校级期末）如图所示，在平面直角坐标系Oxy的第一象限内，存在垂直纸面向里的匀强磁场，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α（0≤α≤180°）。当α＝120°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．粒子离开磁场的位置到O点的最大距离为
C．粒子入射速率为
D．当α＝30°时，粒子也垂直x轴离开磁场
（2023秋•南岗区校级期末）如图所示，边长为的正三角形abc区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场（图中未画出），正三角形中心O有一粒子源，可以沿abc平面任意方向发射相同的带电粒子，粒子质量为m，电荷量为q。粒子速度大小为v时，恰好没有粒子穿出磁场区域，不计粒子的重力及粒子间的相互作用力。下列说法正确的是（ ）
A．磁感应强度大小为
B．磁感应强度大小为
C．若发射粒子速度大小为2v时，在磁场中运动的最短时间为
D．若发射粒子速度大小为2v时，在磁场中运动的最短时间为
（2024春•天宁区校级期中）如图所示，匀强磁场中位于P处的粒子源可以沿垂直于磁场向纸面内的各个方向发射质量为m、电荷量为q、速率为v的带正电粒子，P到荧光屏MN的距离为d、设荧光屏足够大，不计粒子重力及粒子间的相互作用。下列判断正确的是（ ）
A．若磁感应强度，则发射出的粒子到达荧光屏的最短时间为
B．若磁感应强度，则同一时刻发射出的粒子到达荧光屏的最大时间差为
C．若磁感应强度，则荧光屏上形成的亮线长度为
D．若磁感应强度，则荧光屏上形成的亮线长度为
题型1洛伦兹力的大小和方向
（2023秋•通州区期末）如图甲所示，近日国内多地出现美丽而神秘的极光现象。极光本质上是由太阳发射的高速带电粒子流受地磁场的影响，进入地球两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的。若高速粒子带正电，因其入射速度与地磁方向不垂直，导致其轨迹呈现出如图乙所示的螺旋状的形态（相邻两个旋转圆之间的距离称为螺距Δx）。忽略引力和带电粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子进入大气层与空气发生作用后，在地磁场作用下的旋转半径越来越大
B．随着纬度的增加，以相同速度入射的宇宙带电粒子的旋转半径增大
C．在我国黑龙江北部地区仰视看到的极光将以顺时针方向做螺旋运动
D．当不计空气阻力时，若仅减小入射粒子速度方向与地磁场的夹角，螺距Δx也会减小
下列说法正确的是（ ）
A．安培力的方向一定与磁场的方向垂直
B．通电导线在磁场中一定受到安培力的作用
C．判定通电导线在磁场中受力的方向用右手定则
D．安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力不做功，安培力也不做功
如图所示，在匀强磁场中垂直于磁场方向放置一段导线ab。磁场的磁感应强度为B，导线长度为l、横截面积为S、单位体积内自由电子的个数为n。导线中通以大小为I的电流，设导线中的自由电子定向运动的速率都相同，则每个自由电子受到的洛伦兹力（ ）
A．大小为，方向垂直于导线沿纸面向上
B．大小为，方向垂直于导线沿纸面向上
C．大小为，方向垂直于导线沿纸面向下
D．大小为，方向垂直于导线沿纸面向下
（2022•重庆）2021年中国全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，某同学将一小段真空室内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场（如图），电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。若某电荷量为q的正离子在此电场和磁场中运动，其速度平行于磁场方向的分量大小为v1，垂直于磁场方向的分量大小为v2，不计离子重力，则（ ）
A．电场力的瞬时功率为qE
B．该离子受到的洛伦兹力大小为qv1B
C．v2与v1的比值不断变大
D．该离子的加速度大小不变
题型2半径公式和周期公式的应用
（2024•包头三模）四个粒子氕核（）、氚核（H）、氦核（He）和反质子（H）先后以相同的速度从坐标原点沿x轴正方向射入一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。不计重力，下列描绘这四个粒子运动轨迹的图像中正确的是（ ）
A．B．C．D．
（2023秋•延庆区期末）图甲为洛伦兹力演示仪的实物图，乙为其结构示意图。演示仪中有一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈（励磁线圈），通过电流时，两线圈之间产生沿线圈轴向、方向垂直纸面向外的匀强磁场。圆球形玻璃泡内有电子枪，电子枪发射电子，电子在磁场中做匀速圆周运动。电子速度的大小可由电子枪的加速电压来调节，磁场强弱可由励磁线圈的电流来调节。下列说法正确的是（ ）
A．仅使励磁线圈中电流为零，电子枪中飞出的电子将做匀加速直线运动
B．仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的半径将变小
C．仅增大励磁线圈中电流，电子做圆周运动的周期将变大
D．仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的周期将不变
（2024•海淀区一模）如图所示，真空区域内有宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为q的带正电的粒子（不计重力），沿着与MN夹角θ为30°的方向以某一速度射入磁场中，粒子恰好未能从PQ边界射出磁场。下列说法不正确的是（ ）
A．可求出粒子在磁场中运动的半径
B．可求出粒子在磁场中运动的加速度大小
C．若仅减小射入速度，则粒子在磁场中运动的时间一定变短
D．若仅增大磁感应强度，则粒子在磁场中运动的时间一定变短
题型3半径公式与动量守恒定律的综合应用
（2024•佛山二模）正电子发射计算机断层扫描是核医学领域较先进的临床检查影像技术，使用作为原料产生正电子，其反应方程式为。真空中存在垂直于纸面的匀强磁场，某个静止的原子核在其中发生衰变，生成的硼核及正电子运动轨迹及方向如图所示，则（ ）
A．正电子动量大于硼核动量
B．空间中磁场方向垂直纸面向外
C．半径较大的轨迹是正电子轨迹
D．正电子运动周期大于硼核周期
（2024•开福区校级模拟）在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核发生了某种衰变，已知放射出的粒子速度方向及反冲核N原子核的速度方向均与磁场方向垂直，它们在磁场中运动的径迹是两个相内切的圆，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．碳14在衰变的过程中动量不守恒
B．图中大圆为反冲核N原子核的运动轨迹
C．碳14发生α衰变
D．图中大圆与小圆直径之比为7：1
题型4四类常见有界磁场
（2024•包头一模）如图，一直角三角形边界匀强磁场磁感应强度为B，其中ac＝2d，bc＝d，c点有一发射带正电粒子的粒子源，粒子以不同速率沿不同方向进入磁场，粒子比荷为k，不计粒子重力及粒子之间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．ab边有粒子出射的区域长度为0.5d
B．粒子在磁场中运动的最长时间为
C．若粒子从ac边出射，入射速度v＞kBd
D．若某粒子，则粒子可以恰好从a点飞出
如图所示，直角三角形ABC区域中存在一匀强磁场，磁感应强度为B，已知AB边长为L，∠C＝30°，比荷均为的带正电粒子以不同的速率从A点沿AB方向射入磁场（不计粒子重力），则（ ）
A．粒子速度越大，在磁场中运动的时间越短
B．粒子速度越大，在磁场中运动的路程越大
C．粒子在磁场中运动的最长路程为
D．粒子在磁场中运动的最短时间为
（2024•贵阳模拟）一磁约束装置的简化示意图如图所示。在内、外半径分别为R、R的环状区域内有方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的粒子从P点沿圆的半径方向射入磁场后恰好不会穿出磁场的外边界，且被约束在大圆以内的区域内做周期性运动，不计粒子重力。则该粒子的运动周期为（ ）
A．B．
C．D．
（2024•新郑市校级开学）如图所示，有界磁场的宽度为d，一带电荷量为q、质量为m的带负电粒子以速度v0垂直边界射入磁场，离开磁场时速度的偏角为30°，不计粒子受到的重力，下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨迹半径为4d
B．带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的角速度为
C．带电粒子在匀强磁场中运动的时间为
D．匀强磁场的磁感应强度大小为
（2023秋•天津期末）如图所示，在区域MNQP中有垂直纸面向里的匀强磁场，质量和电荷量都相等的带电粒子a、b、c以不同的速率从O点沿垂直于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。下列说法中正确的是（ ）
A．粒子a带负电，粒子b、c带正电
B．粒子c在磁场中运动的时间最长
C．粒子a在磁场中运动的周期最小
D．射入磁场时粒子b的速率最小
（多选）（2024•海南）如图所示，边长为L的正方形abcd区域内存在匀强磁场，方向垂直于纸面（abcd所在平面）向外。ad边中点O有一粒子源，可平行纸面向磁场内任意方向发射质量为m、电荷量为q的带电粒子，粒子速度大小均为v，不计粒子重力以及粒子间的相互作用。已知垂直ad边射入的粒子恰好从ab边中点M射出磁场，下列说法中正确的是（ ）
A．粒子带负电
B．磁场的磁感应强度大小为
C．从a点射出磁场的粒子在磁场中运动的时间为
D．有粒子从b点射出磁场
题型5放缩圆、平移圆、旋转圆、磁聚焦
（多选）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形区域内有一垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。M、N点在圆周上且MON为其竖直直径。现将两个比荷k相同的带电粒子P、Q分别从M点沿MN方向射入匀强磁场，粒子P的入射速度为v1＝v，粒子Q的入射速度为，已知P粒子在磁场中的运动轨迹恰为圆弧，不计粒子的重力，不计粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．粒子P带正电，粒子Q带负电
B．粒子P和粒子Q的周期和角速度相同
C．粒子Q的轨道半径为
D．粒子P和粒子Q在磁场中的运动时间之比为
（多选）如图所示，在直角坐标系xOy的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，在y轴上S处有一粒子源，它可向右侧纸面内各个方向射出速率相等的质量均为m、电荷量均为q的同种带电粒子，所有粒子射出磁场时离S最远的位置是x轴上的P点。已知，粒子带负电，粒子所受重力及粒子间的相互作用均不计，则（ ）
A．粒子的速度大小为
B．从x轴上射出磁场的粒子在磁场中运动的最长时间与最短时间之比为7：4
C．沿平行x轴正方向射入的粒子离开磁场时的位置到O点的距离为
D．从O点射出的粒子在磁场中的运动时间为
如图所示，足够长水平挡板位于x轴，其上下面均为荧光屏，接收到电子后会发光，同一侧荧光屏的同一位置接收两个电子，称为“两次发光区域”。在第三象限有垂直纸面向里、半径为的圆形匀强磁场，磁感应强度大小未知，边界与y轴相切于A点（0，﹣L）。在一、二、四象限足够大区域有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为圆形匀强磁场的一半。一群分布均匀的电子从与x轴平行的虚线处垂直虚线，以初速度v0射入圆形磁场后均从A点进入右侧磁场，这群电子在虚线处的x坐标范围为（﹣L，）。电子电量为e、质量为m，不计电子重力及电子间的相互作用。
（1）求圆形匀强磁场磁感应强度B的大小；
（2）求荧光屏最右侧发亮位置的x坐标；
（3）求落在荧光屏上“一次发光区域”和“两次发光区域”的电子数之比；
（4）求落在荧光屏上“一次发光区域”和“两次发光区域”的发光长度分别为多少。
题型6带电粒子在磁场中运动多解问题
（2022秋•肥东县期末）如图所示，在直角三角形ABC内存在垂直纸面向外的匀强磁场，AB边长度为d，∠C，现垂直AB边以相同的速度射入一群质量均为m、电荷量均为q的带正电粒子（不考虑电荷间的相互作用），已知垂直AC边射出的粒子在磁场中运动的时间为t0，运动时间最长的粒子在磁场中的运动时间为2t0，则下列判断中正确的是（ ）
A．粒子在磁场中运动的轨道半径一定是
B．粒子在磁场中运动的速度一定是
C．该匀强磁场的磁感应强度大小一定是
D．如果粒子带的是负电，不可能有粒子垂直BC边射出磁场
题型7洛伦兹力与现代科技
（2023秋•大连期末）某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为U1；B为速度选择器，磁场与电场正交（磁场方向未画出），磁感应强度为B1，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为B2。现有一质量为m、电荷量为q（q＞0）的粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动，最后打到照相底片D上，下列说法正确的是（ ）
A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
B．粒子经加速器加速后的速度大小为
C．速度选择器两板间电压为
D．粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径为
（2023秋•道里区校级期末）回旋加速器工作原理如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场与D形盒垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，两盒接在电压为U、频率为f的交流电源上。氦原子核（He）从A处进入加速器中被加速，从粒子出口处射出时的动能为Ek，在除交流电频率外其他条件不变的情况下，让锂原子核（Li）从A处进入加速器中被加速，锂原子核（Li）被加速后从粒子出口处射出，下列说法正确的是（ ）
A．锂原子核（Li）被加速后从粒子出口处射出时的动能为Ek
B．锂原子核（Li）被加速后从粒子出口处射出时的动能为Ek
C．锂原子核（Li）在磁场中运动的时间更长
D．氦原子核（He）在磁场中运动的时间更长
（2023秋•延庆区期末）如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场．一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）沿垂直于磁场的方向喷入磁场．把P、Q与电阻R相连接．下列说法正确的是（ ）
A．Q板的电势高于P板的电势
B．R中有由b向a方向的电流
C．若只增大粒子入射速度，R中电流增大
D．若只改变磁场强弱，R中电流保持不变
（2024•丰台区一模）一束含有两种比荷的带电粒子，以各种不同的初速度沿水平方向进入速度选择器，从O点进入垂直纸面向外的偏转磁场，打在O点正下方的粒子探测板上的P1和P2点，如图甲所示。撤去探测板，在O点右侧的磁场区域中放置云室，若带电粒子在云室中受到的阻力大小f＝kq，k为常数，q为粒子的电荷量，其轨迹如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．打在P1点的带电粒子的比荷小
B．增大速度选择器的磁感应强度P1、P2向下移动
C．打在P1点的带电粒子在云室里运动的路程更长
D．打在P1点的带电粒子在云室里运动的时间更短
（2024•江西模拟）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量，如图甲所示，在两块磁感应强度相同、N极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件。该霍尔元件长为a，宽为b，厚为c，建立如图乙所示的空间坐标系，保持沿+x方向通过霍尔元件的电流I不变，霍尔元件沿±z方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，在M、N表面间产生的霍尔电压UMN不同，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，UMN为0，将该点作为位移的零点，在小范围内，磁感应强度B的大小与位移z的大小成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表，下列说法中正确的是（ ）
A．该仪表的刻度线是不均匀的
B．该仪表只能测量微小位移的大小，不能确定位移的方向
C．某时刻测得霍尔电压为U，则霍尔电场的场强大小为
D．若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当Δz＜0时，M表面电势低于N表面的电势
（2024•西城区校级模拟）如图所示，利用霍尔元件可以监测无限长直导线的电流。无限长直导线在空间任意位置激发磁场的磁感应强度大小为：，其中k为常量，I为直导线中电流大小，d为空间中某点到直导线的距离。霍尔元件的工作原理是将金属薄片垂直置于磁场中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I0时，e、f两侧会产生电势差。下列说法正确的是（ ）
A．该装置无法确定通电直导线的电流方向
B．输出电压随着直导线的电流强度均匀变化
C．若想增加测量精度，可增大霍尔元件沿磁感应强度方向的厚度
D．用单位体积内自由电子个数更多的材料制成霍尔元件，能够提高测量精度
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