高中物理第三章磁場帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)雙基限時(shí)練新人教版選修3-1綜述

1、雙基限時(shí)練(二十五)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)1運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場后(無其他場)，可能做()A勻速圓周運(yùn)動(dòng) B勻速直線運(yùn)動(dòng)C勻加速直線運(yùn)動(dòng) D. 平拋運(yùn)動(dòng)解析運(yùn)動(dòng)電荷如果垂直磁場進(jìn)入后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即A選項(xiàng)正確；如果運(yùn)動(dòng)電荷的速度跟磁場平行，則電荷做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即B選項(xiàng)正確答案AB2在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則()A粒子的速率加倍，周期減半B粒子的速率不變，軌道半徑減半C粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼腄粒子速率不變，周期減半解析由R可知，磁場加倍半徑減半，洛倫茲力不做功，速率不變，周期減半，故

2、B、D選項(xiàng)正確答案BD3.電子e以垂直于勻強(qiáng)磁場的速度v，從a點(diǎn)進(jìn)入長為d、寬為L的磁場區(qū)域，偏轉(zhuǎn)后從b點(diǎn)離開磁場，如圖所示，若磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，那么()A電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tB電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tC洛倫茲力對電子做的功是WBevLD電子在b點(diǎn)的速度值也為v解析洛倫茲力對電子不做功，故D選項(xiàng)正確，在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，由勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識可知，B選項(xiàng)正確答案BD4如圖所示，在第象限內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，一對正、負(fù)電子分別以相同速率沿與x軸成30°角的方向從原點(diǎn)射入磁場，則正、負(fù)電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為()A1：2 B2：1C1： D1：1解析正、負(fù)電子在磁場中運(yùn)動(dòng)

3、軌跡如圖所示，正電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)在磁場中的部分對應(yīng)圓心角為120°，負(fù)電子圓周部分所對應(yīng)圓心角為60°，故時(shí)間之比為2：1.答案B5粒子甲的質(zhì)量與電荷量分別是粒子乙的4倍與2倍，兩粒子均帶正電荷讓它們在勻強(qiáng)磁場中同一點(diǎn)以大小相等、方向相反的速度開始運(yùn)動(dòng)已知磁場方向垂直于紙面向里如圖中的四個(gè)圖中，能正確表示兩粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的是()解析由洛倫茲力和牛頓第二定律，可得r甲，r乙，故2.由左手定則判斷甲、乙兩粒子所受洛倫茲力方向及其運(yùn)動(dòng)方向，可知選項(xiàng)A正確答案A6如圖所示，ab是一彎管，其中心線是半徑為R的一段圓弧，將它置于一給定的勻強(qiáng)磁場中，方向垂直紙面向里有一束粒子對準(zhǔn)a端射入

4、彎管，粒子的質(zhì)量、速度不同，但都是一價(jià)負(fù)粒子，則下列說法正確的是()A只有速度大小一定的粒子可以沿中心線通過彎管B只有質(zhì)量大小一定的粒子可以沿中心線通過彎管C只有質(zhì)量和速度乘積大小一定的粒子可以沿中心線通過彎管D只有動(dòng)能大小一定的粒子可以沿中心線通過彎管解析由R可知，在相同的磁場，相同的電荷量的情況下，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑?jīng)Q定于粒子的質(zhì)量和速度的乘積答案C7回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示它的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使帶電粒子每次通過窄縫都得到加速兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)

5、動(dòng)，通過兩盒間的窄縫時(shí)反復(fù)被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑時(shí)通過特殊裝置被引出如果用同一回旋加速器分別加速氚核(H)和粒子(He)，比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大速度的大小，有()A加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大速度也較大B加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大速度較小C加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大速度也較小D加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大速度較大解析在回旋加速器中交流電源的周期等于帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)的周期，即T，周期正比于質(zhì)量與電荷量之比，加速氚核的交流電源的周期較大，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二

6、定律，有Bqv，v，當(dāng)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的半徑為D形盒的最大半徑時(shí)，運(yùn)動(dòng)有最大速度，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的最大半徑相同，所以帶電粒子的電荷量與質(zhì)量比值大的獲得的速度大，氚核獲得的最大速度較小，粒子獲得的最大速度較大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確答案B8在豎直放置的光滑絕緣環(huán)中，套有一個(gè)帶負(fù)電q，質(zhì)量為m的小環(huán)，整個(gè)裝置放在如圖所示的正交電磁場中，電場強(qiáng)度E，當(dāng)小環(huán)c從大環(huán)頂端無初速下滑時(shí)，在滑過什么弧度時(shí)，所受洛倫茲力最大()A. B.C. D解析小圓環(huán)c從大圓環(huán)頂點(diǎn)下滑過程中，重力和電場力對小圓環(huán)做功，當(dāng)速度與重力和電場力的合力垂直時(shí)，外力做功最多，即速度最大，如圖所示，可知C選項(xiàng)正確答案C9目前，

7、世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)如圖所示，表示了它的原理：將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒，而從整體來說呈中性)噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓如果射入的等離子體的初速度為v，兩金屬板的板長(沿初速度方向)為L，板間距離為d，金屬板的正對面積為S，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于離子初速度方向，負(fù)載電阻為R，電離氣體充滿兩板間的空間，當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，電流表的示數(shù)為I.那么板間電離氣體的電阻率為()A. B.C. D.解析磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢為E，等離子體在A、B板間受洛倫茲力和電場力平衡，即qvB，所以Ed

8、vB，由閉合電路歐姆定律，得I，可得rR由電阻定律，得r則答案A10如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場下列表述正確的是()A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小解析質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具，故A選項(xiàng)正確；速度選擇器中電場力和洛倫茲力是一對平衡力，即qvBqE，故v，根據(jù)左

9、手定則可以確定，速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外，故B、C選項(xiàng)正確粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑r，即粒子的比荷，由此看出粒子的運(yùn)動(dòng)半徑越小，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越大，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤答案ABC11如圖所示，正、負(fù)電子垂直磁場方向沿與邊界成30°角的方向射入勻強(qiáng)磁場中，求在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比解析首先畫出正、負(fù)電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡如右圖所示，上邊軌跡為正電子的，下邊軌跡為負(fù)電子的，由幾何知識知：正電子圓弧軌跡所對圓心角1260°，而負(fù)電子的圓周軌跡所對圓心角2360°2300°，由tT，得t1T，t2T，t1：t21：21：5.答案1

10、：512.如圖所示，在0xa、0y范圍內(nèi)有垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一個(gè)粒子源，在某時(shí)刻發(fā)射大量質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，它們的速度大小相同，速度方向均在xOy平面內(nèi)，與y軸正方向的夾角分布在090°范圍內(nèi)已知粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑介于到a之間，從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經(jīng)歷的時(shí)間恰好為粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期的四分之一求最后離開磁場的粒子從粒子源射出時(shí)的(1)速度的大?。?2)速度方向與y軸正方向夾角的正弦解析(1)設(shè)粒子的發(fā)射速度為v，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，由牛頓第二定律和洛倫茲力公式，得qvBm由式得R當(dāng)<

11、R<a時(shí)，在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長的粒子，其軌跡是圓心為C的圓弧，圓弧與磁場的上邊界相切，如圖所示設(shè)該粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，依題意t，得OCA設(shè)最后離開磁場的粒子的發(fā)射方向與y軸正方向的夾角為，由幾何關(guān)系，可得RsinRRsinaRcos又sin2cos21由式，得Ra由式，得v(2)由式，得sin答案(1)(2)sin13.如圖所示，一半徑為R的圓表示一柱形區(qū)域的橫截面(紙面)在柱形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子沿圖中直線在圓上的a點(diǎn)射入柱形區(qū)域，在圓上的b點(diǎn)離開該區(qū)域，離開時(shí)速度方向與直線垂直圓心O到直線的距離為R.現(xiàn)將磁場換為平行于紙面且垂直于直線的勻強(qiáng)電場，同一粒子以同樣速度沿直線在a點(diǎn)射入柱形區(qū)域，也在b點(diǎn)離開該區(qū)域若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，不計(jì)重力，求電場強(qiáng)度的大小解析粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)設(shè)圓周的半徑為r，由牛頓第二定律和洛倫茲力公式，得qvBm式中v為粒子在a點(diǎn)的速度過b點(diǎn)和O點(diǎn)作直線的垂線，分別與直線交于c和d點(diǎn)由幾何關(guān)系知，線段、和過a