帶電粒子在勻強磁場中的運動(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)帶電粒子在勻強磁場中的運動（提高）一、單項選擇題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磁場，一個比荷為k的帶電粒子以大小為v的速度由C點進入磁場，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，則磁場的磁感應(yīng)強度為（）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)強度為B的勻強磁場，方向垂直于紙面向里，一帶負(fù)電的粒子（不計重力）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，需將粒子的入射點向上平移的距離d為（）A． B． C． D．3．如圖所示，勻強磁場的方向垂直紙面向里，一帶電微粒從磁場邊界d點垂直于磁場方向射入，沿曲線dpa打到屏MN上的a點，通過pa段用時為t.若該微粒經(jīng)過P點時，與一個靜止的不帶電微粒碰撞并結(jié)合為一個新微粒，最終打到屏MN上．若兩個微粒所受重力均忽略,則新微粒運動的（）A．軌跡為pb,至屏幕的時間將小于tB．軌跡為pc,至屏幕的時間將大于tC．軌跡為pa，至屏幕的時間將大于tD．軌跡為pb,至屏幕的時間將等于t4．如圖所示，在屏MN的上方有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，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磁場，P點為半徑OM的中點。現(xiàn)有比荷大小相等的兩個帶電粒子a、b，以不同的速度先后從P點沿ON方向射入磁場，并分別從M、N兩點射出磁場。不計粒子所受重力及粒子間相互作用。粒子a、b在磁場中運動過程，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在磁場中的運動時間短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磁場，磁感應(yīng)強度的大小為B，方向垂直于xOy平面向里?，F(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P沿著與x軸成角的方向射入磁場。不計重力影響，則可以確定的物理量是（）A．粒子在磁場中運動的時間 B．粒子運動的半徑C．粒子從射入到射出的速度偏轉(zhuǎn)角 D．粒子做圓周運動的周期7．如圖所示，垂直紙面向里的勻強磁場分布在邊長為L的等邊三角形ABC內(nèi)，D是AB邊的中點，一群相同的帶負(fù)電的粒子僅在磁場力作用下，從D點沿紙面以平行于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動的周期為T，則下列說法中正確的是（）A．粒子垂直BC邊射出時，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動時間長C．粒子可能從AB邊射出，且在磁場中運動時間為D．粒子可能從C點射出，且在磁場中運動的時間為8．如圖所示，兩平行板間有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，板長為L，兩板間距離為L。有一個帶電量為q、質(zhì)量為m的粒子，以水平速度v，從靠近上板邊緣處進入該磁場，粒子恰能從下極板右側(cè)邊緣離開磁場，不計粒子重力。則（）A．該粒子帶正電B．該粒子做勻變速曲線運動C．該粒子在磁場中運動的時間為D．該粒子離開磁場時速度偏轉(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磁場，磁感應(yīng)強度大小為、圓心為O的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為。一束不計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，然后沿直線運動，從a點射入圓形磁場，在圓形磁場中分成1、2兩束粒子，兩束粒子分別從c、d兩點射出磁場。已知ab為圓形區(qū)域的水平直徑，，不計粒子間相互作用，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動的時間之比為3:210．如圖所示，半徑分別為R、2R的兩個同心圓，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磁場，其余區(qū)域無磁場。一重力不計的帶正電粒子從大圓邊緣的P點沿PO方向以速度v1射入磁場，其運動軌跡所對的圓心角為120°。若將該帶電粒子從P點射入的速度大小變?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磁場，半徑OC與OB夾角為60°。一電子以速率v從A點沿直徑AB方向射入磁場，從C點射出。電子質(zhì)量為m、電荷量為e，不計電子重力，下列說法正確的是（）A．磁場方向垂直紙面向外B．磁感應(yīng)強度大小為C．電子在磁場中的運動時間為D．若電子速率變?yōu)?，仍要從C點射出，磁感應(yīng)強度大小應(yīng)變?yōu)樵瓉淼谋?2．如圖，正方形abcd區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的勻強磁場。a點處的粒子源沿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時恰好從e點垂直cd邊射出，不計粒子間的相互作用力及重力，下列說法正確的是（）A．e點為cd邊的中點B．速度為時，粒子從d點射出C．速度小于的所有粒子在磁場中運動的路程與速度大小成正比D．從e點射出的粒子和從d點射出的粒子在磁場中運動的時間之比為2：113．如圖所示，矩形abcd區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，ad邊長為L，ab邊長為L，在a點沿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），則下列說法正確的是（）A．若從cd邊射出磁場，則粒子在磁場中運動的速度不小于B．若粒子帶正電，則粒子在磁場中運動的時間不超過C．若粒子從ab邊的中點射出磁場，則粒子的速度大小為D．若粒子從bc邊射出磁場，則粒子在磁場中運動的偏向角不大于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磁場，AC=d，∠B=30°。現(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動的時間均為t，而在磁場中運動的最長時間為（不計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動的周期為4tB．該勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為C．粒子在進入磁場時速度大小為D．粒子在磁場中運動的軌跡半徑為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磁場，磁感應(yīng)強度為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間電場的場強大小為C．帶電粒子在如圖所示的系統(tǒng)中做周期性運動，周期D．將磁感應(yīng)強度增大到適當(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，水平進入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場中，微粒射出電場時的偏轉(zhuǎn)角θ=30°，并接著進入一個方向垂直紙面向里、寬度為D=的勻強磁場區(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（≈）．求：（1）帶電微粒進入偏轉(zhuǎn)電場時的速率；（2）偏轉(zhuǎn)電場中兩金屬板間的電壓U2；（3）為使帶電微粒不會由磁場右邊射出，該勻強磁場的磁感應(yīng)強度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、下兩個區(qū)域，對角線上方區(qū)域存在豎直向下的勻強電場，對角線下方區(qū)域存在垂直紙面向外的勻強磁場。質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子以速度從a點沿邊界ab進入電場，恰好從對角線ac的中點O進入磁場，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，求：(1)電場強度E的大??；(2)磁感應(yīng)強度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，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)點進入第Ⅳ象限，又經(jīng)過磁場從y軸上的某點進入第Ⅲ象限，且速度與y軸負(fù)方向成30°角，不計粒子所受的重力。求：（1）電場強度E的大?。唬?）粒子到達a點時速度的大小和方向；（3）abc區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度B的最小值，并求粒子從P點到離開第Ⅳ象限所經(jīng)歷的時間。參考答案一、單項選擇題12345678910CBCACDDDDB二、多項選擇題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，做類平拋運動．水平方向：豎直方向：tanθ=解得：U2=代入數(shù)據(jù)解得：U2=200V（3）帶電微粒進入磁場做勻速圓周運動，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)微粒進入磁場時的速度為，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)強度B至少為.17．(1)(2)【解析】(1)從a點入射的粒子在電場區(qū)域內(nèi)做類平拋運動，則有：聯(lián)立解得：；(2)設(shè)粒子進入磁場時速度大小為，速度方向與水平方向成角，則有：粒子進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)圓周運動的半徑為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）粒子運動過程如圖所示設(shè)粒子在電場中運動的時