(6分)一匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外…——2020 高考物理第 5 题答案解析

2020_新课标I卷

2020 全国 第 5 题 解答题 区分题
2020_新课标I卷

5.(6分)一匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,其边界如图中虚线所示, $\widehat { a b }$ 为半圆,ac、bd 与直径 ab 共线,ac 间的距离等于半圆的半径。一束质量为 m、电荷量为 ${ \bf q } ^ { \mathrm { ~ ~ } } ( { \bf q } > 0 )$ )的粒子,在纸面内从 c 点垂直于 ac 射入磁场,这些粒子具有各种速率。不计粒子之间的相互作用。在磁场中运动时间最长的粒子,其运动时间为(  )

A $\frac { 7 \pi _ { \mathfrak { m } } } { 6 \mathfrak { q B } }$ B $\frac { 5 \pi _ { \mathrm { ~ m ~ } } } { 4 \mathrm { q B } }$ C $\frac { 4 \pi _ { \mathfrak { m } } } { 3 \mathfrak { q B } }$ D $\frac { 3 \pi _ { \mathfrak { m } } } { 2 \mathfrak { q B } }$

参考答案

C

查看原卷 →
题目指纹

这道题真正考什么?

难度
区分题

完整解析 · 逐步详解

【分析】采用放缩法并画图,设 $\widehat { \mathsf { a b } }$ 半圆的半径为R,当轨迹半径为R时,轨迹圆心角最大,然后再增大轨迹半径,轨迹圆心角减小,因此当轨迹半径等于R时轨迹圆心角最大,然后根据 $t = \frac { \theta } { 2 \pi }$ 求粒子在磁场中运动的最长时间。

【解答】解:粒子在磁场中运动的时间与速度大小无关,由粒子在磁场中运动轨迹对应圆心角决定,即 $t = \frac { \theta } { 2 \pi }$ ;设 $\widehat { \mathsf { a b } }$ 半圆的半径为R,采用放缩法如图所示:

粒子垂直 ac,则圆心必在 ac 直线上,将粒子的轨迹半径由零逐渐放大,在 r≤0.5R 和 r≥1.5R 时,粒子从 ac、bd 区域射出,磁场中的轨迹为半圆,运动时间等于半个周期;当 $0 . 5 \mathrm { R } { < } \mathrm { r } { < } 1 . 5 \mathrm { R }$ 时,粒子从半圆边界射出,逐渐将轨迹半径从 0.5R逐渐放大,粒子射出位置从半圆顶端向下移动,轨迹圆心角从π 逐渐增大,当轨迹半径为 R时,轨迹圆心角最大,然后再增大轨迹半径,轨迹圆心角减小,因此当轨迹半径等于 R时轨迹圆心角最大,即 $\Theta = \pi + \frac { \pi } { 3 } = \frac { 4 } { 3 }$ ,粒子运动最长时间为 $\scriptstyle \mathtt { t } = \frac { \displaystyle \hat { \mathsf { \Pi } } \oplus } { \displaystyle 2 \pi } \mathrm { T } ^ { = \frac { \displaystyle \frac { 4 } { \sqrt { 3 } } \pi } { \displaystyle 2 \pi } \times \frac { \displaystyle 2 \pi } { \displaystyle \mathrm { q B } } = \frac { \displaystyle 4 \pi _ { \pi } } { \displaystyle 3 \mathrm { q B } } , }$ 故C正确,ABD错误。故选:C。

【点评】本题考查的是带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动,本题的难点是应用放缩法作图,找到当粒子运动轨迹半径等于半圆的半径时,轨迹对应的圆心角最大。

✅ 来源:2020年 · 全国 · 2020_新课标I卷 · 第 5 题 · 本题已通过全部自动发布校验

同类专题与考点

返回上层