教師提高版鞏固練習(xí)_帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)及應(yīng)用提高

1、強(qiáng)磁場(chǎng)云室【鞏固練習(xí)】-、選擇題:1. 帶電粒子進(jìn)入云室會(huì)使云室中的氣體電離，從而顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡.如圖所示.是在有勻 中觀察到的粒子的軌跡，a和b是軌跡上的兩點(diǎn)，勻強(qiáng)磁場(chǎng) B垂直紙面向里.該而動(dòng)能逐漸減少，下列說(shuō)法正確的是（）A. 粒子先經(jīng)過(guò) a點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)b點(diǎn)B. 粒子先經(jīng)過(guò)b點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)a點(diǎn)C. 粒子帶負(fù)電荷D. 粒子帶正電荷2. 1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅 質(zhì)D形盒Di、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說(shuō)法正確的是（）A. 離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B. 離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C. 離子從磁場(chǎng)中獲得能量D. 離子從電場(chǎng)中獲得能量3

2、.粒子甲的質(zhì)量與電荷量分別是粒子乙的4倍與2倍，兩粒子均帶正電，讓它們?cè)趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中同一點(diǎn)以大小相等、 方向相反的速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng).已知磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.以下四個(gè)圖中，能正確表示兩粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的是（）4.如圖所示，截面為正方形的容器處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一束電子從孔a垂直磁場(chǎng)射入容器中，其中一部分從c孔射出，一部分從 d孔射出，則下列敘述中正確的是（）A.從兩孔射出的電子速率之比Vc ： Vd = 2： 1B. 從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間之比 tc：td =1 ： 2C. 從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小之比 a： ad二. 2：D. 從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小之比

3、 ac：ad =2：15 .如圖所示，在x軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)不計(jì)重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn) 0處以速度v進(jìn)入磁場(chǎng)，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向垂直于磁場(chǎng)且與x軸正方向成120角，若粒子穿過(guò) 則該粒子的比荷和所帶電荷的正負(fù)是（y軸正半軸后在磁場(chǎng)中到x軸的最大距離為 a,）A. 空，正電荷B.丄，正電荷2aB2aBC.，負(fù)電荷 D. ，負(fù)電荷2aB2aB6 .為了測(cè)量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開(kāi)口，在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為曰的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)固

4、定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。若用Q表示污水流量（單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積），下列說(shuō)法中正確的是（）A. 若污水口正離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)高B. 前表面的電勢(shì)一定低于后表面的電勢(shì)，與哪種離子多無(wú)關(guān)C. 污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D. 污水流量Q與U成正比，與a、b無(wú)關(guān)7 .如圖所示，一帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)在固定的正的點(diǎn)電荷作用下繞該正電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周 期為T(mén)。，軌道平面位于紙面內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的速度方向如圖中箭頭所示.現(xiàn)加一垂直于軌道平面A. 若磁場(chǎng)方向指向紙里，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將大于T0B. 若磁場(chǎng)方向指向紙里，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將

5、小于T0C. 若磁場(chǎng)方向指向紙外，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將大于ToD. 若磁場(chǎng)方向指向紙外，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將小于To 二、計(jì)算題：1 .如圖所示，在寬度分別為 l 1和l 2的兩個(gè)相鄰的條形區(qū)域中分別有勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)， 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，電場(chǎng)方向與電、磁場(chǎng)分界線平行向右. 一帶正電荷的粒子以速率v從磁場(chǎng)區(qū)域上邊界的 P點(diǎn)斜射入磁場(chǎng)，然后以垂直于電、磁場(chǎng)分界線的方向進(jìn)入電場(chǎng)，最 后從電場(chǎng)邊界上的 Q點(diǎn)射出.已知PQ垂直于電場(chǎng)方向，粒子軌跡與電、磁場(chǎng)分界線的交點(diǎn) 到PQ的距離為d 不計(jì)重力，求電場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比以及粒子在磁場(chǎng)與電場(chǎng)中 運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比.2 如圖所示，直角坐標(biāo)系 xOy位于豎

6、直平面內(nèi)，在水平的 x軸下方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電 場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B,方向垂直xOy平面向里，電場(chǎng)線平行于 y軸.一質(zhì)量為 m、電 荷量為q的帶正電的小球，從 y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出，經(jīng) x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)和磁 場(chǎng)，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從 x軸上的N點(diǎn)第一次離開(kāi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，MN之間的距離為L(zhǎng),小球過(guò)M點(diǎn)時(shí)的速度方向與 x軸正方向夾角為二。不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g,求：(2) 小球從A點(diǎn)拋出時(shí)初速度vo的大小;(3) A點(diǎn)到x軸的高度h.3如圖所示可測(cè)定比荷的某裝置的簡(jiǎn)化示意圖.在第一象限區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2.0X 10 T,在x軸上距坐標(biāo)原點(diǎn)

7、L=0.50 m的P處為粒子的入射口，在x軸上安放接收器現(xiàn)將一帶正電荷的粒子以v=3.5X 104 m / s的速率從P處射入磁場(chǎng)，若粒子在y軸上距坐標(biāo)原點(diǎn) L=0.50 m的M處被觀測(cè)到，且運(yùn)動(dòng)軌跡半徑恰好最小，設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為Xq,不計(jì)其重力.X XXX XXXBXXX XXxPk電荷量為入射口XXXX(1) 求上述粒子的比荷 ;m(2) 如果在上述粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的某個(gè)時(shí)刻，在第一象限內(nèi)再加一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)就可使 其沿y軸正方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)， 求該勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向，并求出從粒子射入磁場(chǎng) 開(kāi)始計(jì)時(shí)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間加這個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng);(3)為了在M處觀測(cè)到按題設(shè)條件運(yùn)動(dòng)的上述粒子，第一象限內(nèi)的

8、磁場(chǎng)可以局限在第一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)，求此矩形區(qū)域的最小面積，并在圖中畫(huà)出該矩形.【答案與解析】一、選擇題：v減小，處于磁場(chǎng)中的云室中的帶電1.AC解析：粒子在云室中運(yùn)動(dòng)使氣體電離，能量不斷損失,2粒子滿足qvB =印匕，因?yàn)閞 -空，因此半徑逐漸減小，分析圖線知ra5,說(shuō)明粒子先rqB經(jīng)過(guò)a點(diǎn)后經(jīng)過(guò)b點(diǎn)；利用左手定則可判定，粒子所帶負(fù)電荷，故C對(duì)，D錯(cuò).2. AD解析：回旋加速器的兩個(gè) D型盒間隙分布周期性變化的電場(chǎng)，不斷地給帶電粒子加速使其獲得能量；而 D形盒處分布有恒定不變的磁場(chǎng)，具有一定速度的帶電粒子在D形盒內(nèi)受到磁場(chǎng)的洛倫茲力提供的向心力而做圓周運(yùn)動(dòng)； 洛倫茲力不做功故不能使離子獲得能量，

9、 C錯(cuò); 離子源在回旋加速器的中心附近.所以正確選項(xiàng)為 A、D.3. A解析：由于 m甲 口乙=4 1, q甲 4乙=2 -1 , 甲 v 1 -1，故R甲：只乙=2 1 .由于帶2 eB電粒子只受洛倫茲力的作用，而洛倫茲力充當(dāng)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由左手定則判斷, 甲、乙所受洛倫茲力方向相反，則可判斷，A選項(xiàng)正確.解析： mvc mvd1 2兀 mRc, Rd，因?yàn)?Rc=2Rd,所以 Vc : Vd=2 : 1，故 A 正確；1 ：eBeB4 eB4. ABDtd所以tc2 , 故 B 正確；加速度之比ac: ad =qvcB：qvdB = vc ： vd =2：1，故 C錯(cuò)誤，D 正確

10、.5. C解析：從“粒子穿過(guò) y軸正半軸后”可知粒子向右側(cè)偏轉(zhuǎn)，洛倫茲力指向運(yùn)動(dòng)方向的右側(cè), 由左手定則可判定粒子帶負(fù)電荷，作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖如圖所示根據(jù)幾何關(guān)系有r rsin30 =a，再結(jié)合半徑表達(dá)式r = mv可得-絲，故C正確.qB m 2aB解析：由左手定則可判斷出正離子較多時(shí)， 正離子受到洛倫茲力使其向后表面偏轉(zhuǎn)聚集而導(dǎo) 致后表面電勢(shì)升高.同理，負(fù)離子較多時(shí)，負(fù)離子向前表示偏轉(zhuǎn)聚集而導(dǎo)致前表面電勢(shì)降低，故B正確.設(shè)前后表面間最高電壓為U,則二qvB .因?yàn)閁 = vBb，所以U與離子濃bUc度無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤.而Q =Sv = vbc，所以Q =,D正確.B7. AD解析：當(dāng)磁場(chǎng)

11、方向垂直紙面向里時(shí)， 由左手定則可知電子受到背離圓心向外的洛倫茲力作用，向心力變小，由4兀2F wR市可知周期變大,A對(duì)，B錯(cuò)；同理可知當(dāng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外時(shí)，電子受到指向圓心的洛倫茲力作用，向心力變大，周期變小, 二、計(jì)算題：I； d2I； d2. 2dh1.2varcs in-2I；2dl2l；+d2C錯(cuò)，D對(duì).解析：粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖).由于粒子在分界線處的速度與分界線垂直,圓心o應(yīng)在分界線上.OP長(zhǎng)度即為粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧的半徑R.由幾何關(guān)系得 R2 *2 (R-d)2.設(shè)粒子的質(zhì)量和所帶電荷量分別為m和q ,由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得2qvB二m、L.設(shè)P，為P量Q量

12、與分界線的交點(diǎn)， POP，則粒子在磁場(chǎng)中的R一一 、RaL運(yùn)動(dòng)時(shí)間為鮎，式中sin-。粒子進(jìn)入電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng)，其初速度vR為v,方向垂直于電場(chǎng)，設(shè)粒子加速度大小為a,由牛頓第二定律得 qE=ma.由運(yùn)動(dòng)學(xué)1 2公式有dat2，l2 =vt2.式中t2是粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，2由式E 11縣，由式得 =山 I；t2 2dl2tlarcs in-3-li2 +d豎直向上(2)鰹cot q2m2 2, 2q B L(3)8m g解析：(1)小球在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所受電場(chǎng)力必須與重力平衡，有 qE=mg，E = mg.重力的方向是豎直向下的，電場(chǎng)力的方向則應(yīng)為豎直向上，由q于小

13、球帶正電，所以電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上.(2)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，0/為圓心，MN為弦長(zhǎng)，/ MO / P=r，如圖所示.設(shè)半徑為r，由幾何關(guān)系知 L二sinr.小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，設(shè)2rVo_ = COST.由v2小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速率為 v,有qvB =巴匕 .由速度的合成與分解知r(3)設(shè)小球到M點(diǎn)時(shí)的豎直分速度為vy，它與水平分速度的關(guān)系為Vy=vota.由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律2Vy =2gh.由式得,h旳8m g3.(1) 4.9 107C/ kg (或 5.0 107C/kg )70 N/ C,方向沿x軸正方向0.25 m2圖見(jiàn)解析(2)(3)解析：(1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為7.9X 10 一 6 sr.如圖甲，依題意 M、P連線即為該粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的直徑，由幾何關(guān)系得由洛倫茲力提供粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，可得2V qvB 二 m .r聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得=4. 9170 /Ck或或 5.0 107 C/kg)(2)設(shè)所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為 題意，在此時(shí)加入沿 x軸正方向E如圖乙，當(dāng)粒子經(jīng)過(guò) Q點(diǎn)時(shí)，速度沿