《洛倫茲力的應用》同步練習3-1

洛倫茲力的應用洛倫茲力的應用 同步練習同步練習 一 選擇題一 選擇題 每小題至少有一個選項正確 選對得每小題至少有一個選項正確 選對得5分 選不全得分 選不全得3分 錯選不得分 共分 錯選不得分 共 40分分 1 2012 廣州高二檢測廣州高二檢測 一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 則此空間一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 則此空間 A 一定不存在磁場 一定不存在磁場 B 可能只存在電場 可能只存在電場 C 可能存在方向重合的電場和磁場 可能存在方向重合的電場和磁場 D 可能存在正交的磁場和電場 可能存在正交的磁場和電場 解析 解析 若電子運動的方向沿電場線或沿磁場線 電子的運動軌跡均為直線 不發(fā)生偏若電子運動的方向沿電場線或沿磁場線 電子的運動軌跡均為直線 不發(fā)生偏 轉(zhuǎn) 故轉(zhuǎn) 故A錯誤 錯誤 B C正確 若電場與磁場垂直 電子垂直于電場方向和磁場方向進入混合正確 若電場與磁場垂直 電子垂直于電場方向和磁場方向進入混合 場中 若洛倫茲力與電場力等大反向 則電子也不偏轉(zhuǎn) 故場中 若洛倫茲力與電場力等大反向 則電子也不偏轉(zhuǎn) 故D正確 正確 答案 答案 BCD 2 如圖 如圖1所示為一所示為一 濾速器濾速器 裝置示意圖 裝置示意圖 a b為水平放置的平行金為水平放置的平行金 屬板 一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔屬板 一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進入進入a b兩板兩板 之間 為了選取具有某種特定速率的電子 可在之間 為了選取具有某種特定速率的電子 可在a b間加上電壓 并間加上電壓 并圖圖1 沿垂直于紙面的方向加一勻強磁場 使所選電子仍能夠沿水平直線沿垂直于紙面的方向加一勻強磁場 使所選電子仍能夠沿水平直線OO 運動 由運動 由O 射出 不計重力作用 可能達到上述目的的辦法是射出 不計重力作用 可能達到上述目的的辦法是 A 使 使a板電勢高于板電勢高于b板 磁場方向垂直紙面向里板 磁場方向垂直紙面向里 B 使 使a板電勢低于板電勢低于b板 磁場方向垂直紙面向里板 磁場方向垂直紙面向里 C 使 使a板電勢高于板電勢高于b板 磁場方向垂直紙面向外板 磁場方向垂直紙面向外 D 使 使a板電勢低于板電勢低于b板 磁場方向垂直紙面向外板 磁場方向垂直紙面向外 解析 解析 a板電勢高于板電勢高于b板時 空間有豎直向下的勻強電場 電子向右運動時 受到豎直板時 空間有豎直向下的勻強電場 電子向右運動時 受到豎直 向上的電場力作用 同時垂直紙面向里勻強磁場對電子施加豎直向下的洛倫茲力作用 如向上的電場力作用 同時垂直紙面向里勻強磁場對電子施加豎直向下的洛倫茲力作用 如 果電場力和洛倫茲力大小相等 則電子沿直線通過該裝置 選項果電場力和洛倫茲力大小相等 則電子沿直線通過該裝置 選項A正確 正確 B錯誤 同理 選錯誤 同理 選 項項C錯誤 錯誤 D正確 正確 答案 答案 AD 3 2012 寧波高二檢測寧波高二檢測 如圖如圖2所示 一個靜止的質(zhì)量為所示 一個靜止的質(zhì)量為m 帶電量 帶電量 為 為 q的帶電粒子的帶電粒子 不計重力不計重力 經(jīng)電壓 經(jīng)電壓U加速后垂直進入磁感應強度加速后垂直進入磁感應強度 為為B的勻強磁場中 粒子打至的勻強磁場中 粒子打至P點 設點 設OP x 能正確反映 能正確反映x與與U 之間函數(shù)關系的之間函數(shù)關系的x U圖像是圖圖像是圖3中的中的 圖圖2 圖圖3 解析 解析 電場加速電場加速qU mv2 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動 1 2 qvB m x 2r v2 r 所以有所以有x B正確 正確 2 B 2mU q 答案 答案 B 4 如圖 如圖4所示 一束質(zhì)量 速度和帶電荷量不同的正離子垂直地射入所示 一束質(zhì)量 速度和帶電荷量不同的正離子垂直地射入 正交的勻強磁場和勻強電場區(qū)域里 結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子原來的運動方正交的勻強磁場和勻強電場區(qū)域里 結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子原來的運動方 向未發(fā)生任何變化 如果讓這些不偏轉(zhuǎn)離子進入另一勻強磁場中 發(fā)向未發(fā)生任何變化 如果讓這些不偏轉(zhuǎn)離子進入另一勻強磁場中 發(fā)圖圖4 現(xiàn)這些離子又分裂成幾束 對這些進入后一磁場的離子 可得出結(jié)論現(xiàn)這些離子又分裂成幾束 對這些進入后一磁場的離子 可得出結(jié)論 A 它們的動能一定各不相同 它們的動能一定各不相同 B 它們的帶電荷量一定各不相同 它們的帶電荷量一定各不相同 C 它們的質(zhì)量一定各不相同 它們的質(zhì)量一定各不相同 D 它們的帶電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同 它們的帶電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同 解析 解析 能夠通過速度選擇器的粒子 說明它們進入另一勻強磁場時具有相同的速度 能夠通過速度選擇器的粒子 說明它們進入另一勻強磁場時具有相同的速度 而在第二個磁場中又分裂成幾束 說明它們的運轉(zhuǎn)半徑不同 而在第二個磁場中又分裂成幾束 說明它們的運轉(zhuǎn)半徑不同 由由qBv m得得R 在 在v B相同時 只能說明它們的相同時 只能說明它們的 即即 不同 故不同 故D正確 正確 v2 R mv qB m q q m 答案 答案 D 5 如圖 如圖5甲所示 一帶電粒子以水平初速度甲所示 一帶電粒子以水平初速度v0 v0W2 B 一定是 一定是W1 W2 C 一定是 一定是W1 W2 D 可能是 可能是W1W2 解析 解析 洛倫茲力對帶電粒子不做功 只有電場力對帶電粒子做功 且洛倫茲力對帶電粒子不做功 只有電場力對帶電粒子做功 且W Eq y 其中 其中y 為帶電粒子沿電場力方向偏移的距離 因圖乙中洛倫茲力的存在 使粒子在電場方向上偏為帶電粒子沿電場力方向偏移的距離 因圖乙中洛倫茲力的存在 使粒子在電場方向上偏 移的距離移的距離y2比圖甲中偏移的距離比圖甲中偏移的距離y1小 故有小 故有W1 W2 A正確 正確 答案 答案 A 6 如圖 如圖6所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 帶電粒子被加速電所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 帶電粒子被加速電 場加速后 進入速度選擇器 速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場加速后 進入速度選擇器 速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁 場場 和勻強電場的強度分別為和勻強電場的強度分別為B和和E 平板 平板S上有可讓粒子通過的狹上有可讓粒子通過的狹 縫縫P和記錄粒子位置的膠片和記錄粒子位置的膠片A1A2 平板 平板S下方有磁感應強度為下方有磁感應強度為 B0的勻強磁場 下列表述正確的是的勻強磁場 下列表述正確的是 圖圖6 A 質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 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 速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外 C 能通過狹縫 能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于的帶電粒子的速率等于E B D 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P 粒子的比荷越小 粒子的比荷越小 解析 解析 因同位素原子的化學性質(zhì)完全相同 無法用化學方法進行分析 故質(zhì)譜儀就成因同位素原子的化學性質(zhì)完全相同 無法用化學方法進行分析 故質(zhì)譜儀就成 為同位素分析的重要工具 為同位素分析的重要工具 A正確 在速度選擇器中 帶電粒子所受電場力和洛倫茲力在正確 在速度選擇器中 帶電粒子所受電場力和洛倫茲力在 粒子沿直線運動時應等大反向 結(jié)合左手定則可知粒子沿直線運動時應等大反向 結(jié)合左手定則可知B正確 再由正確 再由qE qvB有有v E B C正確 正確 在勻強磁場在勻強磁場B0中中R 所以所以 D錯誤 錯誤 mv qB0 q m v B0R 答案 答案 ABC 7 美國物理學家勞倫斯于 美國物理學家勞倫斯于1932年發(fā)明的回旋加速器 應用帶電粒年發(fā)明的回旋加速器 應用帶電粒 子在磁場中做圓周運動的特點 能使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng)子在磁場中做圓周運動的特點 能使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng) 過過 電場的多次加速獲得較大的能量 使人類在獲得較高能量帶電粒子電場的多次加速獲得較大的能量 使人類在獲得較高能量帶電粒子 方面前進了一步 圖方面前進了一步 圖7為一種改進后的回旋加速器示意圖 其中盒縫間為一種改進后的回旋加速器示意圖 其中盒縫間圖圖7 的加速電場場強大小恒定 且被限制在的加速電場場強大小恒定 且被限制在A C板間 如圖所示 帶電粒子從板間 如圖所示 帶電粒子從P0處以速處以速 度度v0沿電場線方向射入加速電場 經(jīng)加速后再進入沿電場線方向射入加速電場 經(jīng)加速后再進入D形盒中的勻強磁場做勻速圓周運形盒中的勻強磁場做勻速圓周運 動 對于這種改進后的回旋加速器 下列說法正確的是動 對于這種改進后的回旋加速器 下列說法正確的是 A 帶電粒子每運動一周被加速兩次 帶電粒子每運動一周被加速兩次 B 帶電粒子每運動一周 帶電粒子每運動一周P1P2 P2P3 C 加速粒子的最大速度與 加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關形盒的尺寸有關 D 加速電場方向需要做周期性的變化 加速電場方向需要做周期性的變化 解析 解析 由圖可以看出 帶電粒子每運動一周被加速一次 由圖可以看出 帶電粒子每運動一周被加速一次 A錯誤 由錯誤 由R 和和 mv qB Uq mv mv 可知 帶電粒子每運動一周 電場力做功都相同 動能增量都相同 但可知 帶電粒子每運動一周 電場力做功都相同 動能增量都相同 但 1 22 2 1 22 1 速度的增量不相同 故粒子做圓周運動的半徑增加量不相同 速度的增量不相同 故粒子做圓周運動的半徑增加量不相同 B錯誤 由錯誤 由v 可知 加可知 加 qBR m 速粒子的最大速度與速粒子的最大速度與D形盒的半徑形盒的半徑R有關 有關 C正確 由正確 由T 可知 粒子運動的周期不隨可知 粒子運動的周期不隨v 2 m Bq 而變 故而變 故D錯誤 錯誤 答案 答案 C 8 如圖 如圖8所示 在一個圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場 速所示 在一個圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場 速 率不同的一束質(zhì)子從邊緣的率不同的一束質(zhì)子從邊緣的M點沿半徑方向射入磁場區(qū)域 關于質(zhì)點沿半徑方向射入磁場區(qū)域 關于質(zhì) 子在磁場中的運動下列說法正確的是子在磁場中的運動下列說法正確的是 圖圖8 A 運動軌跡越長的 運動時間越長 運動軌跡越長的 運動時間越長 B 運動軌跡越短的 運動時間越長 運動軌跡越短的 運動時間越長 C 運動速率大的 運動時間越長 運動速率大的 運動時間越長 D 運動速率小的 運動時間越長 運動速率小的 運動時間越長 解析 解析 根據(jù)質(zhì)子在磁場中的運動情況做出不同速率的質(zhì)子的運動軌跡如根據(jù)質(zhì)子在磁場中的運動情況做出不同速率的質(zhì)子的運動軌跡如 圖所示 由圖和圖所示 由圖和r 可知 質(zhì)子的運動速率可知 質(zhì)子的運動速率v1 v2 顯然運動軌跡 顯然運動軌跡 mv qB s1 s2 1 2 且質(zhì)子的運動時間 且質(zhì)子的運動時間t 正確答案為 正確答案為B D項 項 答案 答案 BD 二 非選擇題二 非選擇題 每小題每小題10分 共分 共20分分 9 回旋加速器 回旋加速器D形盒中央為質(zhì)子源 形盒中央為質(zhì)子源 D形盒的交流電壓為形盒的交流電壓為U 靜止質(zhì)子經(jīng)電場加速后 靜止質(zhì)子經(jīng)電場加速后 進入進入D形盒 其最大軌道半徑為形盒 其最大軌道半徑為R 磁場的磁感應強度為 磁場的磁感應強度為B 質(zhì)子質(zhì)量為 質(zhì)子質(zhì)量為m 求 求 1 質(zhì)子最初進入質(zhì)子最初進入D形盒的動能多大 形盒的動能多大 2 質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動能多大 質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動能多大 3 交流電的頻率是多少 交流電的頻率是多少 解析 解析 1 粒子在電場中加速 由動能定理得 粒子在電場中加速 由動能定理得 eU Ek 0 解得 解得Ek eU 2 質(zhì)子在回旋加速器的磁場中繞行的最大半徑為質(zhì)子在回旋加速器的磁場中繞行的最大半徑為R 由牛頓第二定律得 由牛頓第二定律得 evB m v2 R 質(zhì)子的最大動能 質(zhì)子的最大動能 Ekm mv2 1 2 解解 式得 式得 Ekm e2B2R2 2m 3 f 1 T eB 2 m 答案 答案 1 eU 2 3 e2B2R2 2m eB 2 m 10 2012 威海模擬威海模擬 如圖如圖9所示 相距為所示 相距為R的兩塊平行金屬板的兩塊平行金屬板M N 正對著放置 正對著放置 s1 s2分別為分別為M N板上的小孔 板上的小孔 s1 s2 O三點共線 三點共線 它們的連線垂直它們的連線垂直M N 且 且s2O R 以 以O為圓心 為圓心 R為半徑的圓形為半徑的圓形 區(qū)域內(nèi)存在磁感應強度大小為區(qū)域內(nèi)存在磁感應強度大小為B 方向垂直紙面向外的勻強磁場 方向垂直紙面向外的勻強磁場 D 為收集板 收集板上各點到為收集板 收集板上各點到O點的距離以及兩端點點的距離以及兩端點A和和C的距離都為的距離都為2R 圖圖9 板兩端點的連線板兩端點的連線AC垂直垂直M N板 質(zhì)量為板 質(zhì)量為m 帶電量為 帶電量為 q的粒子 經(jīng)的粒子 經(jīng)s1進入進入M N 間的電場后 通過間的電場后 通過s2進入磁場 粒子在進入磁場 粒子在s1處的速度和粒子所受的重力均不計 處的速度和粒子所受的重力均不計 1 當當M N間的電壓為間的電壓為Ux時 求粒子進入磁場時速度的大小時 求粒子進入磁場時速度的大小vx 2 要使粒子能夠打在收集板要使粒子能夠打在收集板D上 求在上 求在M N間所加電壓的范圍 間所加電壓的范圍 解析 解析 1 粒子從粒子從s1到達到達s2的過程中 根據(jù)動能定理得 的過程中 根據(jù)動能定理得