帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)(提高)同步作業(yè)-2022年【新教材】人教版高中物理選擇性必修

高中物理選擇性必修第二冊第一章安培力與洛倫茲力第3節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)（提高）一、單項(xiàng)選擇題1．如圖所示，邊長為L的正方形CDEF區(qū)域存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)比荷為k的帶電粒子以大小為v的速度由C點(diǎn)進(jìn)入磁場，速度方向與CD邊的夾角θ=60°，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后從DE邊垂直DE射出，粒子的重力不計(jì)，則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為（）A． B． C． D．2．如圖所示，半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于紙面向里，一帶負(fù)電的粒子（不計(jì)重力）沿水平方向以速度v正對圓心入射，通過磁場區(qū)域后速度方向偏轉(zhuǎn)了60°。如果想使粒子通過磁場區(qū)域后速度方向的偏轉(zhuǎn)角度最大，在保持原入射速度的基礎(chǔ)上，需將粒子的入射點(diǎn)向上平移的距離d為（）A． B． C． D．3．如圖所示，勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，一帶電微粒從磁場邊界d點(diǎn)垂直于磁場方向射入，沿曲線dpa打到屏MN上的a點(diǎn)，通過pa段用時(shí)為t.若該微粒經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)，與一個(gè)靜止的不帶電微粒碰撞并結(jié)合為一個(gè)新微粒，最終打到屏MN上．若兩個(gè)微粒所受重力均忽略,則新微粒運(yùn)動(dòng)的（）A．軌跡為pb,至屏幕的時(shí)間將小于tB．軌跡為pc,至屏幕的時(shí)間將大于tC．軌跡為pa，至屏幕的時(shí)間將大于tD．軌跡為pb,至屏幕的時(shí)間將等于t4．如圖所示，在屏MN的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里。P為屏上的一小孔，PC與MN垂直。一群質(zhì)量為m、帶電荷量為－q（q>0）的粒子（不計(jì)重力），以相同的速率v，從P處沿垂直于磁場的方向射入磁場區(qū)域。粒子入射方向在與磁場B垂直的平面內(nèi)，且散開在與PC夾角為θ的范圍內(nèi)。則在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的長度為（）A． B． C． D．5．如圖所示，圓心角為的扇形區(qū)域MON內(nèi)存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，P點(diǎn)為半徑OM的中點(diǎn)?，F(xiàn)有比荷大小相等的兩個(gè)帶電粒子a、b，以不同的速度先后從P點(diǎn)沿ON方向射入磁場，并分別從M、N兩點(diǎn)射出磁場。不計(jì)粒子所受重力及粒子間相互作用。粒子a、b在磁場中運(yùn)動(dòng)過程，下列說法正確的是（）A．粒子a帶正電，粒子b帶負(fù)電B．粒子a在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間短C．粒子a、b的加速度大小之比為1：5D．粒子a、b的速度大小之比為5：16．如圖所示，在x>0、y>0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向垂直于xOy平面向里。現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電量為q的帶正電粒子，從x軸上的某點(diǎn)P沿著與x軸成角的方向射入磁場。不計(jì)重力影響，則可以確定的物理量是（）A．粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 B．粒子運(yùn)動(dòng)的半徑C．粒子從射入到射出的速度偏轉(zhuǎn)角 D．粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期7．如圖所示，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場分布在邊長為L的等邊三角形ABC內(nèi)，D是AB邊的中點(diǎn)，一群相同的帶負(fù)電的粒子僅在磁場力作用下，從D點(diǎn)沿紙面以平行于BC邊方向、大小不同的速率射入三角形內(nèi)，不考慮粒子間的相互作用力，已知粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期為T，則下列說法中正確的是（）A．粒子垂直BC邊射出時(shí)，半徑R等于B．速度小的粒子一定比速度大的粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間長C．粒子可能從AB邊射出，且在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為D．粒子可能從C點(diǎn)射出，且在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為8．如圖所示，兩平行板間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板長為L，兩板間距離為L。有一個(gè)帶電量為q、質(zhì)量為m的粒子，以水平速度v，從靠近上板邊緣處進(jìn)入該磁場，粒子恰能從下極板右側(cè)邊緣離開磁場，不計(jì)粒子重力。則（）A．該粒子帶正電B．該粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)C．該粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為D．該粒子離開磁場時(shí)速度偏轉(zhuǎn)角為9．如圖所示，水平放置的平行金屬板A、B與電源相連，兩板間電壓為U，距離為d.兩板之間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為、圓心為O的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為。一束不計(jì)重力的帶電粒子沿平行于金屬板且垂直于磁場的方向射入金屬板間，然后沿直線運(yùn)動(dòng)，從a點(diǎn)射入圓形磁場，在圓形磁場中分成1、2兩束粒子，兩束粒子分別從c、d兩點(diǎn)射出磁場。已知ab為圓形區(qū)域的水平直徑，，不計(jì)粒子間相互作用，下列說法正確的是（）A．金屬板A、B分別接電源的負(fù)、正極B．進(jìn)入圓形磁場的粒子的速度大小為C．1、2兩束粒子的比荷之比為3:1D．1、2兩束粒子在圓形有界磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為3:210．如圖所示，半徑分別為R、2R的兩個(gè)同心圓，圓心為O，大圓和小圓之間區(qū)域有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，其余區(qū)域無磁場。一重力不計(jì)的帶正電粒子從大圓邊緣的P點(diǎn)沿PO方向以速度v1射入磁場，其運(yùn)動(dòng)軌跡所對的圓心角為120°。若將該帶電粒子從P點(diǎn)射入的速度大小變?yōu)関2，不論其入射方向如何，都不可能射入小圓內(nèi)部區(qū)域，則最大為（）A． B． C． D．二、多項(xiàng)選擇題11．如圖半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，半徑OC與OB夾角為60°。一電子以速率v從A點(diǎn)沿直徑AB方向射入磁場，從C點(diǎn)射出。電子質(zhì)量為m、電荷量為e，不計(jì)電子重力，下列說法正確的是（）A．磁場方向垂直紙面向外B．磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為C．電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為D．若電子速率變?yōu)椋砸獜腃點(diǎn)射出，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小應(yīng)變?yōu)樵瓉淼谋?2．如圖，正方形abcd區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場。a點(diǎn)處的粒子源沿ac方向發(fā)出大量相同的帶電粒子，粒子的速度大小不同。當(dāng)粒子速度為v0時(shí)恰好從e點(diǎn)垂直cd邊射出，不計(jì)粒子間的相互作用力及重力，下列說法正確的是（）A．e點(diǎn)為cd邊的中點(diǎn)B．速度為時(shí)，粒子從d點(diǎn)射出C．速度小于的所有粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的路程與速度大小成正比D．從e點(diǎn)射出的粒子和從d點(diǎn)射出的粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為2：113．如圖所示，矩形abcd區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，ad邊長為L，ab邊長為L，在a點(diǎn)沿ac方向向磁場內(nèi)射入質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子（重力忽略不計(jì)），則下列說法正確的是（）A．若從cd邊射出磁場，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的速度不小于B．若粒子帶正電，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不超過C．若粒子從ab邊的中點(diǎn)射出磁場，則粒子的速度大小為D．若粒子從bc邊射出磁場，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的偏向角不大于60°14．如圖所示，在直角三角形ABC內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，AC=d，∠B=30°?，F(xiàn)垂直AB邊射入一群質(zhì)量均為m、電荷量均為q、速度大小均為v的帶正電粒子，已知垂直AC邊射出的粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間均為t，而在磁場中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間為（不計(jì)重力和粒子間的相互作用）。下列判斷正確的是（）A．粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為4tB．該勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為C．粒子在進(jìn)入磁場時(shí)速度大小為D．粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為15．一圓筒的橫截面如圖所示，圓心為O筒內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。圓筒下面有帶等量異種電荷的平行金屬板M、N，板間距為d質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子自M板邊緣的P處靜止釋放，經(jīng)N板的小孔S以速度v沿半徑SO方向射入磁場中。粒子與圓筒壁發(fā)生兩次碰撞后仍從S孔射出，設(shè)粒子與圓筒壁碰撞過程中沒有能量損失且電荷量保持不變，不計(jì)粒子重力。下列說法中正確是（）A．圓筒的半徑為B．MN間電場的場強(qiáng)大小為C．帶電粒子在如圖所示的系統(tǒng)中做周期性運(yùn)動(dòng)，周期D．將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到適當(dāng)?shù)闹?，帶電粒子在圓筒中可以經(jīng)過更多次碰撞，最后從S孔射出三、解答題16．如圖所示，一帶電微粒質(zhì)量為m=×10-11kg、電荷量q=+×10﹣5C，從靜止開始經(jīng)電壓為U1=100V的電場加速后，水平進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場中，微粒射出電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角θ=30°，并接著進(jìn)入一個(gè)方向垂直紙面向里、寬度為D=的勻強(qiáng)磁場區(qū)域．已知偏轉(zhuǎn)電場中金屬板長L=10cm，兩板間距d=，重力不計(jì)（≈）．求：（1）帶電微粒進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速率；（2）偏轉(zhuǎn)電場中兩金屬板間的電壓U2；（3）為使帶電微粒不會(huì)由磁場右邊射出，該勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少多大？17．如圖所示，矩形區(qū)域以對角線abcd為邊界分為上、下兩個(gè)區(qū)域，對角線上方區(qū)域存在豎直向下的勻強(qiáng)電場，對角線下方區(qū)域存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場。質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子以速度從a點(diǎn)沿邊界ab進(jìn)入電場，恰好從對角線ac的中點(diǎn)O進(jìn)入磁場，并恰好未從邊界cd射出。已知ab邊長為2L，bc邊長為，粒子重力不計(jì)，求：(1)電場強(qiáng)度E的大小；(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。18．如圖所示的平面直角坐標(biāo)系xOy，在第Ⅰ象限內(nèi)有平行于y軸的勻強(qiáng)電場，方向沿y軸正方向；在第Ⅳ象限的正三角形abc區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，方向垂直于xOy平面向里，正三角形邊長為L，且ab邊與y軸平行．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從y軸上的P(0，)點(diǎn)，以大小為v0的速度沿x軸正方向射入電場，通過電場后從x軸上的a(2h,0)點(diǎn)進(jìn)入第Ⅳ象限，又經(jīng)過磁場從y軸上的某點(diǎn)進(jìn)入第Ⅲ象限，且速度與y軸負(fù)方向成30°角，不計(jì)粒子所受的重力。求：（1）電場強(qiáng)度E的大?。唬?）粒子到達(dá)a點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向；（3）abc區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值，并求粒子從P點(diǎn)到離開第Ⅳ象限所經(jīng)歷的時(shí)間。參考答案一、單項(xiàng)選擇題12345678910CBCACDDDDB二、多項(xiàng)選擇題1112131415ABDBCABDABDAD三、解答題16．（1）×104m/s（2）200V（3）【解析】（1）帶電微粒在電場中加速，由動(dòng)能定理得：qU1=代入數(shù)據(jù)解得：（2）帶電微粒在偏轉(zhuǎn)電場中只受電場力作用，做類平拋運(yùn)動(dòng)．水平方向：豎直方向：tanθ=解得：U2=代入數(shù)據(jù)解得：U2=200V（3）帶電微粒進(jìn)入磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，微粒軌跡剛好與磁場右邊界相切，設(shè)軌跡半徑為R，由幾何關(guān)系知：D=R+Rcos60°設(shè)微粒進(jìn)入磁場時(shí)的速度為，則=由牛頓第二定律得：代入數(shù)據(jù)解得：B=若帶電粒子不射出磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少為.17．(1)(2)【解析】(1)從a點(diǎn)入射的粒子在電場區(qū)域內(nèi)做類平拋運(yùn)動(dòng)，則有：聯(lián)立解得：；(2)設(shè)粒子進(jìn)入磁場時(shí)速度大小為，速度方向與水平方向成角，則有：粒子進(jìn)入磁場后恰好不從邊界cd射出，其軌跡恰與邊界cd相切，如圖所示：設(shè)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R，由幾何關(guān)系可得：由牛頓第二定律得：聯(lián)立解得：18．(1)；（2）2v0，速度方向指向第Ⅳ象限與x軸正方向成60°角；（3），【解析】（1）粒子運(yùn)動(dòng)過程如圖所示設(shè)粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)