學(xué)年高中物理第章磁場(chǎng)第節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)新人教版選修

PAGE第6節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)鞏固1.處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)部的兩個(gè)電子A和B分別以速率v和2v垂直于磁場(chǎng)開始運(yùn)動(dòng),經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后,先回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)的是(D)A.條件不夠無(wú)法比較 B.A先到達(dá)C.B先到達(dá) D.同時(shí)到達(dá)解析:由周期公式T=可知,運(yùn)動(dòng)周期與速度v無(wú)關(guān).兩個(gè)電子各自經(jīng)過一個(gè)周期又回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn),故同時(shí)到達(dá),選項(xiàng)D正確.2.(2018·福建泉州高二質(zhì)檢)一電子與質(zhì)子速度相同,都從O點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),則圖中畫出的四段圓弧,哪兩個(gè)是電子和質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的可能軌跡(C)A.a是電子運(yùn)動(dòng)軌跡,d是質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡B.b是電子運(yùn)動(dòng)軌跡,c是質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡C.c是電子運(yùn)動(dòng)軌跡,b是質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡D.d是電子運(yùn)動(dòng)軌跡,a是質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡解析:由題意可知,電子與質(zhì)子有相同的速度,且電子質(zhì)量小于質(zhì)子,則電子的半徑小于質(zhì)子,由于電子帶負(fù)電,質(zhì)子帶正電,根據(jù)左手定則可知,電子偏右,質(zhì)子偏左,故選項(xiàng)C正確.3.(2018·銀川高二月考)如圖所示,一水平導(dǎo)線通以電流I,導(dǎo)線下方有一帶正電的微粒(不計(jì)重力),初速度方向與電流平行,關(guān)于微粒的運(yùn)動(dòng)情況,下列說(shuō)法中,正確的是(D)A.沿路徑a運(yùn)動(dòng),其軌跡半徑越來(lái)越大B.沿路徑a運(yùn)動(dòng),其軌跡半徑越來(lái)越小C.沿路徑b運(yùn)動(dòng),其軌跡半徑越來(lái)越大D.沿路徑b運(yùn)動(dòng),其軌跡半徑越來(lái)越小解析:由安培定則可知,在直導(dǎo)線的下方的磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?根據(jù)左手定則可以得知正電微粒受到的洛倫茲力向上,所以微粒沿路徑b運(yùn)動(dòng);通電直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是以直導(dǎo)線為中心向四周發(fā)散的,離導(dǎo)線越近,電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,由半徑公式r=可知,微粒的運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑越來(lái)越小,選項(xiàng)D正確.4.(2018·鹽城高二期中)(多選)如圖所示,回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩盒分別與高頻電源相連.下列說(shuō)法正確的有(AB)A.粒子被加速后的最大速度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑的增大而增大B.高頻電源頻率由粒子的質(zhì)量、電荷量和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定C.粒子被加速后的最大動(dòng)能隨高頻電源的加速電壓的增大而增大D.粒子從磁場(chǎng)中獲得能量解析:根據(jù)qvB=m得,最大速度v=,則最大動(dòng)能Ekm=mv2=;可知最大動(dòng)能和金屬盒的半徑以及磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān),與加速的次數(shù)和加速電壓的大小無(wú)關(guān),選項(xiàng)A正確,C錯(cuò)誤;根據(jù)周期公式T=可知,高頻電源頻率由粒子的質(zhì)量、電荷量和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定,選項(xiàng)B正確;粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力,其對(duì)粒子不做功,不能獲得能量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.5.如圖所示是質(zhì)譜儀示意圖,它可以測(cè)定單個(gè)離子的質(zhì)量,圖中離子源S產(chǎn)生帶電荷量為q的離子,經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,沿半圓軌道運(yùn)動(dòng)到記錄它的照相底片P上,測(cè)得它在P上位置與A處水平距離為d,則該離子的位置m大小為(A)A. B. C. D.解析:粒子經(jīng)過加速電場(chǎng)過程中由動(dòng)能定理得qU=mv2.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為,則有=.聯(lián)立以上兩式解得m=.能力提升6.如圖所示的足夠大勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩個(gè)帶電粒子以相同方向垂直穿過虛線MN所在的平面.一段時(shí)間后又再次同時(shí)穿過此平面,則可以確定的是(C)A.兩粒子一定帶有相同的電荷量B.兩粒子一定帶同種電荷C.兩粒子一定有相同的比荷D.兩粒子一定有相同的動(dòng)能解析:粒子垂直穿過平面MN,再次穿過時(shí)速度一定又垂直此平面,因此兩粒子均運(yùn)動(dòng)了半個(gè)周期,即粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相同,由T=可知,兩粒子具有相同的比荷,但可以有不同的質(zhì)量和電荷量,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,C正確;無(wú)論粒子向哪個(gè)方向繞行,均運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期,所以粒子的電性不能確定,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;粒子運(yùn)動(dòng)的周期與速度無(wú)關(guān),所以動(dòng)能也不能確定,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.7.(2018·哈爾濱模擬)(多選)圖(甲)是回旋加速器的工作原理圖.D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒,它們之間有一定的電勢(shì)差,A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子,在兩盒之間被電場(chǎng)加速.兩半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,所以粒子在半圓盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).若帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖(乙)所示,不計(jì)帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間,不考慮由相對(duì)論效應(yīng)帶來(lái)的影響,下列判斷正確的是(AC)A.在Ekt圖中應(yīng)該有tn+1-tn=tn-tn-1B.在Ekt圖中應(yīng)該有tn+1-tn<tn-tn-1C.在Ekt圖中應(yīng)該有En+1-En=En-En-1D.在Ekt圖中應(yīng)該有En+1-En<En-En-1解析:磁場(chǎng)中帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,qvB=,則R=,所以其周期滿足T=,與速度無(wú)關(guān),圖中tn-tn-1=,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;帶電粒子每次經(jīng)過電場(chǎng)時(shí)靜電力做功都相等,所以動(dòng)能增量都相等,滿足En-En-1=qU,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤.8.(2018·鶴壁高二檢測(cè))如圖所示,在x軸上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一個(gè)質(zhì)量為m,電荷量為-q的粒子,以速度v從O點(diǎn)射入磁場(chǎng),已知θ=,粒子重力不計(jì),求:(1)粒子的運(yùn)動(dòng)半徑,并在圖中定性地畫出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡;(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;(3)粒子經(jīng)過x軸和y軸時(shí)的坐標(biāo).解析:(1)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律,有qvB=m,解得R=軌跡如圖.(2)粒子運(yùn)動(dòng)周期T==則粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=T=T,所以t=.(3)由幾何關(guān)系得=2Rsinθ=,=2Rcosθ=所以粒子經(jīng)過x軸和y軸時(shí)的坐標(biāo)分別為A(,0);B(0,).答案:(1)運(yùn)動(dòng)軌跡見解析(2)(3)(,0)(0,)(教師備用)1.(2018·鄭州高二檢測(cè))(多選)我國(guó)第21次南極科考隊(duì)在南極觀看到了美麗的極光,極光是由來(lái)自太陽(yáng)的高能帶電粒子流高速?zèng)_進(jìn)高空稀薄大氣層時(shí),被地球磁場(chǎng)俘獲,從而改變?cè)羞\(yùn)動(dòng)方向,向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)(如圖所示),這些高能粒子在運(yùn)動(dòng)過程中與大氣分子或原子劇烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子,使其發(fā)出有一定特征的各種顏色的光.地磁場(chǎng)的存在,使多數(shù)宇宙粒子不能到達(dá)地面而向人煙稀少的兩極偏移,為地球生命的誕生和維持提供了天然的屏障.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證實(shí),向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)的這些高能粒子的旋半徑是不斷減小的,這主要與下列哪些因素有關(guān)(BC)A.洛倫茲力對(duì)粒子做負(fù)功,使其動(dòng)能減小B.空氣阻力做負(fù)功,使其動(dòng)能減小C.靠近南北兩極,磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)D.以上說(shuō)法都不對(duì)解析:地球的磁場(chǎng)由南向北,當(dāng)帶負(fù)電的宇宙射線粒子垂直于地面向赤道射來(lái)時(shí),根據(jù)左手定則可以判斷粒子的受力的方向?yàn)橄蛭?所以粒子將向西偏轉(zhuǎn);當(dāng)帶正電的宇宙射線粒子垂直于地面向赤道射來(lái)時(shí),根據(jù)左手定則可以判斷粒子的受力的方向向東,粒子受到的洛倫茲力始終與速度垂直,所以洛倫茲力不做功,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;粒子在運(yùn)動(dòng)過程中可能受到空氣的阻力,阻力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反;故對(duì)粒子做負(fù)功,所以其動(dòng)能會(huì)減小,選項(xiàng)B正確;由洛倫茲力提供向心力,得出的半徑公式,可知,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時(shí),半徑是減小的;則粒子在靠近南北極運(yùn)動(dòng)過程中,南北兩極的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng),選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤.2.如圖所示,帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),垂直穿過均勻鋁板,如果R1=20cm,R2=19cm,求帶電粒子能穿過鋁板多少次(設(shè)鋁板