2025年高考物理复习考点解密追踪与预测（新高考）专题09 带电粒子在电磁场中的运动（分层练）（解析版）.docx
专题09带电粒子在电磁场中的运动
A·常考题不丢分
命题点01回旋加速器、质谱仪及霍尔元件等洛伦兹力的应用实例
命题点02带电粒子在匀强磁场中的应用
命题点03带电粒子在叠加场中的应用
命题点04带电粒子在组合场中的运动
命题点05利用数学圆巧解磁场中的临界问题
B·拓展培优拿高分
C·挑战真题争满分
【命题点01回旋加速器、质谱仪及霍尔元件等洛伦兹力的应用实例】
【针对练习1】（2023·云南昆明·云南师大附中校考模拟预测）如图所示，两块平行板M、N带有异种电荷，两板中间有垂直纸面向里的匀强磁场，不计重力的a、b两离子从两板的左侧沿中线做匀速直线运动，经小孔O垂直进入另一匀强磁场（方向也垂直纸面向里），运行的半圆轨迹如图中虚线所示，最终两离子打到了隔板上被吸收。下列说法正确的是（
A．板M带负电，板N带正电
B．离子a带正电，离子b带负电
C．在右侧磁场中，离子a的运行时间大于离子b的运行时间
D．洛伦兹力对离子a、b做正功
【答案】B
【详解】AB．在右侧区域，根据左手定则可以判断，离子a带正电，离子b带负电，在电场区域做匀速直线运动，则电场力等于洛伦兹力，离子a带正电，则洛伦兹力向上，电场力向下，场强向下，所以板M带正电，板N带负电，对离子b分析也得到相同结论，故A错误B正确；
C．在电场区域做匀速直线运动，则电场力等于洛伦兹力
Bqv=Eq
解得
v=
两者速度大小相同，但在右侧磁场中，离子a的路程小，所以运行时间小于离子b的运行时间，故C错误；
D．洛伦兹力与速度垂直，不做功，故D错误。
故选B。
【针对练习2】（2023·北京海淀·统考二模）如图所示，一块长为a、宽为b、高为c的长方体半导体器件，其内载流子数密度为n，沿+y方向通有恒定电流I。在空间中施加一个磁感应强度为B、方向沿-x方向的匀强磁场，半导体上、下表面之间产生稳定的电势差U，下列说法正确的是（）
A．若载流子为负电荷，则上表面电势高于下表面电势
B．仅增大电流I，电势差U可以保持不变
C．半导体内载流子所受洛伦兹力的大小为IB
D．半导体内载流子定向移动的速率为U
【答案】C
【详解】A．沿+y方向通有恒定电流，若载流子为负电荷，则电荷移动方向沿-y方向，磁感应强度方向沿-x方向，根据左手定则可知，负电荷向上偏转，故上表面电势低于下表面电势，故A错误；
B．半导体上、下表面之间产生稳定的电势差时，电场力与洛伦兹力平衡，则有
e
根据电流的微观意义可知
I=nevS=nevbc
联立可得
U=
则仅增大电流I，电势差U增大，故B错误；
C．半导体内载流子所受洛伦兹力的大小
F=evB=e
故C正确；
D．根据
e
半导体内载流子定向移动的速率
v=
故D错误。
故选C。
【针对练习3】（2023·北京西城·统考三模）回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是（）
??
A．增大匀强电场间的加速电压
B．增大磁场的磁感应强度
C．减小狭缝间的距离
D．增大D形金属盒的半径
【答案】BD
【详解】由
qvB=m
解得
v=
则动能
E
知动能与加速的电压无关，狭缝间的距离无关，与磁感应强度大小和D形盒的半径有关，增大磁感应强度和D形盒的半径，可以增加粒子的动能。
故选BD。
【命题点02带电粒子在匀强磁场中的应用】
【针对练习4】（2023·黑龙江·校联考模拟预测）如图所示，在无限长直边界CD的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，无限大挡板EF平行于CD放置，与CD相距为d，带电粒子达到挡板时能够被挡板吸收，在A处有一粒子源能够在纸面内持续发射速度大小相等的电子。当电子在纸面内沿AO方向垂直匀强磁场边界射入时，恰好未被EF吸收。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子重力及电子间的相互作用。若磁感应强度大小变为原来的一半，电子速度方向缓慢从AO沿顺时针旋转到AD时，在挡板上能够吸收到电子的长度为（）
??
A．(3?1)d
C．3d D．
【答案】B
【详解】ABCD．电子垂直边界射入，恰好未被EF吸收，其运动轨迹如图甲所示，由几何关系可知电子做圆周运动的半径为d，根据
qvB=
可知，当磁感应强度变为原来的一半时，电子在磁场中做圆周运动的半径变为2d，速度方向改变时，电子能够打到挡板上，临界的运动轨迹如图乙所示，能够吸收到电子的区域为GH，由几何关系可得
GH=2d
??
B正确，ACD错误。
故选B。
【针对练习5】（多选）（2024·陕西商洛·校联考一模）如图所示，三个半径均为R的