高中物理教科版1本冊總復習總復習 學業(yè)分層測評19

學業(yè)分層測評(十九)(建議用時：45分鐘)[學業(yè)達標]1．(多選)在勻強磁場中，一個帶電粒子做勻速圓周運動，如果粒子又垂直進入另一個磁感應強度是原來2倍的勻強磁場中，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，軌道半徑為原來的四分之一D．粒子的速率不變，周期減半【解析】由于洛倫茲力不做功，故粒子速率不變，再由r＝eq\f(mv,qB)和T＝eq\f(2πm,qB)，可知r減半，T減半．【答案】BD2．如圖3-5-12所示，帶負電的粒子以速度v從粒子源P處射出，若圖中勻強磁場范圍足夠大(方向垂直紙面向里)，則帶電粒子的可能軌跡是()圖3-5-12A．a(chǎn) B．bC．c D．d【解析】粒子帶負電、磁場方向垂直于紙面向里，根據(jù)左手定則，粒子應沿順時針旋轉，故D正確．【答案】D3．如圖3-5-13所示，一電子束垂直于電場線與磁感線方向入射后偏向A極板，為了使電子束沿射入方向做直線運動，可采用的方法是()【導學號：33410136】圖3-5-13A．將變阻器滑動頭P向右滑動B．將變阻器滑動頭P向左滑動C．將極板間距離適當減小D．將極板間距離適當增大【解析】電子入射極板后，偏向A板，說明Eq>Bvq，由E＝eq\f(U,d)可知，減小場強E的方法有增大板間距離，和減小板間電壓，故C錯誤，D正確；而移動滑動頭P并不能改變板間電壓，故A、B均錯誤．【答案】D4．回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖3-5-14所示，它的核心部分是兩個D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的狹縫中形成的電場使帶電粒子每次通過狹縫都得到加速．兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂直于盒面，帶電粒子在磁場中做圓周運動，通過兩盒間的狹縫時反復被加速，直到達到最大圓周半徑時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(eq\o\al(3,1)H)和α粒子(eq\o\al(4,2)He)，比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動能的大小，有()圖3-5-14A．加速氚核的電源的周期較大，故獲得最大動能較大B．加速氚核的電源的周期較大，故獲得最大動能較小C．加速氚核的電源的周期較小，故獲得最大動能較大D．加速氚核的電源的周期較小，故獲得最大動能較小【解析】交流電源的周期等于粒子在D形盒中做勻速圓周運動的周期T＝eq\f(2πm,qB)，因為氚核比荷小，所以加速氚核的交流電源的周期較大．粒子在回旋加速器中獲得的最大動能Ekm＝eq\f(q2B2R2,2m)，而氚核eq\f(q2,m)小，所以氚核獲得的最大動能較?。蔅正確，A、C、D錯誤．【答案】B5．(多選)如圖3-5-15所示是質譜儀的工作原理示意圖．帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器，速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為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下方有磁感應強度為B0圖3-5-15A．質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eq\f(E,B)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】本題考查速度選擇器及質譜儀的有關知識．由加速電場可知粒子所受電場力向下，即粒子帶正電，在速度選擇器中，電場水平向右，洛倫茲力水平向左，因此速度選擇器中磁場方向垂直紙面向外，B正確；粒子經(jīng)過速度選擇器時滿足qE＝qvB，可知能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于eq\f(E,B)，帶電粒子進入磁場做勻速圓周運動時有R＝eq\f(mv,qB)，可見當v相同時，R∝eq\f(m,q)，所以可以用來區(qū)分同位素，且R越大，比荷就越小，D錯誤．【答案】ABC6.如圖3-5-16所示，在邊長為2a的正三角形區(qū)域內(nèi)存在方向垂直于紙面向里的勻強磁場，一個質量為m、電荷量為－q的帶電粒子(重力不計)從AB邊的中點O以速度v進入磁場，粒子進入磁場時的速度方向垂直于磁場且與AB邊的夾角為60°，若要使粒子能從AC邊穿出磁場，則勻強磁場的大小B圖3-5-16A．B＞eq\f(\r(3)mv,3aq) B．B＜eq\f(\r(3)mv,3aq)C．B＞eq\f(\r(3)mv,aq) D．B＜eq\f(\r(3)mv,aq)【解析】粒子剛好達到C點時，其運動軌跡與AC相切，則粒子運動的半徑為r0＝acot30°.由r＝eq\f(mv,qB)得，粒子要能從AC邊射出，粒子運動的半徑r＞r0，解得B＜eq\f(\r(3)mv,3qa)，選項B正確．【答案】B7．(2023·新泰高二檢測)一個帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向向右射入勻強電場區(qū)域，穿出電場后接著又進入勻強磁場區(qū)域．設電場和磁場區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場強度方向平行，如圖中的虛線所示．在圖所示的幾種情況中，可能出現(xiàn)的是()【解析】A、C選項中粒子在電場中向下偏轉，所以粒子帶正電，再進入磁場后，A圖中粒子應逆時針轉，正確；C圖中粒子應順時針轉，錯誤．同理可以判斷B錯，D對．【答案】AD8．如圖3-5-17所示，質量為m、電荷量為e的電子，由a點以速率v豎直向上射入勻強磁場，經(jīng)過一段時間后由b點以不變的速率v反方向飛出，已知ab長為L.試求：圖3-5-17(1)電子在勻強磁場中飛行時的加速度，并說明電子在磁場中做什么運動；(2)求勻強磁場的磁感應強度B的大小和方向．【解析】(1)電子的加速度大小a＝eq\f(v2,r)＝eq\f(2v2,L)，方向不斷變化，電子從a～b做勻速圓周運動．(2)evB＝meq\f(v2,r)，解得B＝eq\f(2mv,eL)，由左手定則知B的方向垂直紙面向里．【答案】(1)eq\f(2v2,L)，勻速圓周運動(2)eq\f(2mv,eL)，垂直紙面向里[能力提升]9．MN板兩側都是磁感強度為B的勻強磁場，方向如圖3-5-18所示，帶電粒子從a位置以垂直磁場方向的速度開始運動，依次通過小孔b、c、d，已知ab＝bc＝cd，粒子從a運動到d的時間為t，則粒子的比荷為()【導學號：33410137】圖3-5-18\f(3π,tB) \f(4π,3tB)\f(π,tB) \f(tB,2π)【解析】粒子從a運動到d依次經(jīng)過小孔b、c、d，經(jīng)歷的時間t為3個eq\f(T,2)，由t＝3×eq\f(T,2)和T＝eq\f(2πm,Bq)可得：eq\f(q,m)＝eq\f(3π,tB)，故A正確．【答案】A10．(多選)環(huán)形對撞機是研究高能離子的重要裝置，如圖3-5-19所示正、負離子由靜止經(jīng)過電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對撞機的真空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強磁場，磁感應強度大小為B.(兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi)，沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運動，從而在碰撞區(qū)迎面相撞)為維持帶電粒子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運動，下列說法正確是()圖3-5-19A．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應強度B越大B．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應強度B越小C．對于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運動的周期越小D．對于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運動的周期都不變【解析】在加速器中qU＝eq\f(1,2)mv2，在環(huán)狀空腔內(nèi)做勻速圓周運動的半徑r＝eq\f(mv,qB)，即r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，所以在半徑不變的條件下eq\f(q,m)越大，B越小，選項B正確；粒子在空腔內(nèi)的周期T＝eq\f(2πr,v)，故加速電壓越大，粒子的速率v越大，其周期越小，選項C正確．【答案】BC11．質量為m、電荷量為q的帶負電粒子自靜止開始釋放，經(jīng)M、N板間的電場加速后，從A點垂直于磁場邊界射入寬度為d的勻強磁場中，該粒子離開磁場時的位置P偏離入射方向的距離為L，如圖3-5-20所示．已知M、N兩板間的電壓為U，粒子的重力不計．求：勻強磁場的磁感應強度B.【導學號：33410138】圖3-5-20【解析】作粒子經(jīng)電場和磁場中的軌跡圖，如圖所示．設粒子在M、N兩板間經(jīng)電場加速后獲得的速度為v，由動能定理得：qU＝eq\f(1,2)mv2①粒子進入磁場后做勻速圓周運動，設其半徑為r，則：qvB＝meq\f(v2,r)②由幾何關系得：r2＝(r－L)2＋d2③聯(lián)立求解①②③式得：磁感應強度B＝eq\f(2L,L2＋d2)eq\r(\f(2mU,q)).【答案】eq\f(2L,L2＋d2)eq\r(\f(2mU,q))12．如圖3-5-21，半徑為R的圓是一圓柱形勻強磁場區(qū)域的橫截面(紙面)，磁感應強度大小為B，方向垂直于紙面向外．一電荷量為q(q>0)、質量為m的粒子沿平行于直徑ab的方向射入磁場區(qū)域，射入點與ab的距離為eq\f(R,2).已知粒子射出磁場與射入磁場時運動方向間的夾角為60°，則粒子的速率為多大？(不計粒子的重力)圖3-5-21【解析】帶電粒子運動軌跡如圖所示