人教版高二物理選修3-1課時(shí)作業(yè)第三章　磁場(chǎng) 3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)word版含解析答案

1、人教版選修3-1課時(shí)作業(yè)第三章磁場(chǎng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、選擇題1.一個(gè)帶電粒子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng),粒子的一段徑跡如圖所示,徑跡上的每小段都可以近似看成圓弧,由于帶電粒子使沿途空氣電離,粒子的能量逐漸減少(電荷量不變),從圖中情況可以確定 () A.粒子從a到b,帶正電B.粒子從a到b,帶負(fù)電C.粒子從b到a,帶正電D.粒子從b到a,帶負(fù)電2.如圖所示,在第一象限內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一對(duì)正、負(fù)電子分別以相同速度、與x軸成30°角從原點(diǎn)射入磁場(chǎng),則正、負(fù)電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為()A.12B.21C.13D.113.質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子M和N,以

2、不同的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),運(yùn)行的半圓軌跡如圖中虛線(xiàn)所示。下列表述正確的是()A.M帶負(fù)電,N帶正電B.M的速率小于N的速率C.洛倫茲力對(duì)M、N做正功D.M的運(yùn)行時(shí)間大于N的運(yùn)行時(shí)間4.如圖所示,邊長(zhǎng)為l0的正方形abcd區(qū)域內(nèi)(包括邊界)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,在a點(diǎn)處有一粒子源,能夠沿ab方向發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子,粒子射出的速率大小不同。粒子的重力忽略不計(jì),也不考慮粒子之間的相互作用。則()A.軌跡不同的粒子,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不同B.從c點(diǎn)射出的粒子入射速度大小為2qBl0mC.從d點(diǎn)射出的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為mqBD.粒子在邊界上出射點(diǎn)

3、距a點(diǎn)越遠(yuǎn),在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)5.(多選)長(zhǎng)為l的水平極板間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,板間距離也為l,極板不帶電。現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子(不計(jì)重力),從兩極板間邊界中點(diǎn)處垂直磁感線(xiàn)以速度v水平射入磁場(chǎng),欲使粒子不打在極板上,可采用的辦法是()A.使粒子的速度v<Bql4mB.使粒子的速度v>5Bql4mC.使粒子的速度v>BqlmD.使粒子的速度 Bql4m<v<5Bql4m6.(多選)如圖所示,A點(diǎn)的離子源沿紙面垂直O(jiān)Q方向向上射出一束負(fù)離子,離子的重力忽略不計(jì)。為把這束負(fù)離子約束在OP之下的區(qū)域,可加垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。已知O

4、、A兩點(diǎn)間的距離為s,負(fù)離子的比荷為qm,速率為v,OP與OQ間的夾角為30°,則所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向可能是()A.B>mv3qs,垂直紙面向里B.B>mvqs,垂直紙面向里C.B>mvqs,垂直紙面向外D.B>3mvqs,垂直紙面向外7.(多選)1932年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器,其原理如圖所示,這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成,其間留有空隙,下列說(shuō)法正確的是()A.離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B.離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C.離子從磁場(chǎng)中獲得能量D.離子從電場(chǎng)中獲得能量8.(多選)速度相同的一束帶電粒子由左端射入質(zhì)

5、譜儀后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,則下列說(shuō)法中正確的是()A.該束帶電粒子帶負(fù)電B.速度選擇器的P1極板帶正電C.能通過(guò)狹縫S0的帶電粒子的速率等于EB1D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S0,粒子的比荷越小9.(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() A.在Ek-t圖中應(yīng)該有tn+1-

6、tn=tn-tn-1B.在Ek-t圖中應(yīng)該有tn+1-tn<tn-tn-1C.在Ek-t圖中應(yīng)該有En+1-En=En-En-1D.在Ek-t圖中應(yīng)該有En+1-En<En-En-110.(多選)如圖所示,兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向相同,磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2,虛線(xiàn)MN為理想邊界?，F(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為e的電子以垂直于邊界MN的速度v由P點(diǎn)沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,其運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中虛線(xiàn)所示的心形圖線(xiàn)。以下說(shuō)法正確的是()A.電子的運(yùn)動(dòng)軌跡為PDMCNEPB.電子運(yùn)動(dòng)一周回到P點(diǎn)所用的時(shí)間T=2mB1eC.B1=4B2D.B1=2B211. 如圖所示,某空間

7、存在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)方向水平向右,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,一帶電微粒由a點(diǎn)進(jìn)入電磁場(chǎng)并剛好沿虛線(xiàn)ab向上運(yùn)動(dòng)。下列說(shuō)法中正確的是()A.該微粒一定帶負(fù)電B.該微粒的動(dòng)能一定減少C.該微粒的電勢(shì)能一定增加D.該微粒的機(jī)械能不一定增加答案1.C帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r=mvqB=2mEkqB,隨著Ek的減小,半徑減小,故粒子從b運(yùn)動(dòng)到a;由左手定則知粒子帶正電,故選C。2.B由T=2mqB可知,正、負(fù)電子的運(yùn)動(dòng)周期相同,故所用時(shí)間之比等于軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角之比。作出正、負(fù)電子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,由幾何知識(shí)可得,正電子運(yùn)動(dòng)的圓心角等于120°,負(fù)電子運(yùn)動(dòng)的圓心角等于60°

8、;,所以t正t負(fù)=正負(fù)=21,選項(xiàng)B正確。3.A由左手定則判斷得M帶負(fù)電、N帶正電,A正確。由題圖可知,M、N軌跡半徑關(guān)系為RM>RN,由半徑公式R=mvqB可知,vM>vN,B錯(cuò)誤。因洛倫茲力與速度方向時(shí)刻垂直,故洛倫茲力對(duì)M、N均不做功,C錯(cuò)誤。由周期公式T=2mqB及t=12T可知,tM=tN,D錯(cuò)誤。4.C粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=2mqB,設(shè)粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為,粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=2T=mqB,粒子速率不同運(yùn)動(dòng)軌跡不同,如果轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角相等,則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,如從ad邊離開(kāi)磁場(chǎng)的粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)圓周,雖然運(yùn)動(dòng)軌跡不同,但運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相

9、同,為12T,故A錯(cuò)誤;由幾何知識(shí)可知,從c點(diǎn)射出的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑r=l0,粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得:qvB=mv2r,解得:v=qBl0m,故B錯(cuò)誤;從d點(diǎn)射出的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡為半圓,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=12T=mqB,故C正確;從ad邊不同位置離開(kāi)磁場(chǎng)的粒子與a點(diǎn)的距離不同,但是從ad邊射出磁場(chǎng)的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都是12T=mqB,由此可知,粒子在邊界上出射點(diǎn)距a點(diǎn)越遠(yuǎn),在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不一定越長(zhǎng),故D錯(cuò)誤。5.AB如圖所示,帶電粒子剛好打在極板右邊緣時(shí),有r12=r1-l22+l2又r1=mv1Bq所以v1=5Bql4m粒子剛好打在極板左

10、邊緣時(shí),有r2=l4=mv2Bq,v2=Bql4m綜合上述分析可知,選項(xiàng)A、B正確。6.BD當(dāng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里時(shí),離子恰好與OP相切的軌跡如圖甲所示,切點(diǎn)為M,設(shè)圓周運(yùn)動(dòng)半徑為r1,由幾何關(guān)系可知,sin 30°=r1s+r1,可得r1=s,由r1=mvB1q可得B1=mvqs;當(dāng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外時(shí),其臨界軌跡即圓弧與OP相切于N點(diǎn),如圖乙所示,由幾何關(guān)系,s=r2sin30°+r2,得r2=s3,r2=mvqB2,所以B2=3mvqs,選項(xiàng)B、D正確,A、C錯(cuò)誤。7.AD離子從加速器的中間位置進(jìn)入加速器,最后由加速器邊緣飛出,所以A對(duì),B錯(cuò)。加速器中所加的磁場(chǎng)是使

11、離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所加的電場(chǎng)由交流電提供,它用以加速離子,故C錯(cuò),D對(duì)。8.BC由左手定則可知,該束帶電粒子帶正電,速度選擇器的P1極板帶正電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;由qE=qvB1可得能通過(guò)狹縫S0的帶電粒子的速率v=EB1,選項(xiàng)C正確;由r=mvqB可知,粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S0,r越小,粒子的比荷越大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9.AC根據(jù)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與速度無(wú)關(guān)可知,在Ek-t圖中應(yīng)該有tn+1-tn=tn-tn-1,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由于帶電粒子每次在電場(chǎng)中加速,電場(chǎng)力做功相等,所以在Ek-t圖中應(yīng)該有En+1-En=En-En-1,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。10.AD由左手定則可知,電子在P點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向向上,軌跡為PDMCNEP,選項(xiàng)A正確;由圖得兩磁場(chǎng)中軌跡圓的半徑比為12,由半徑r=mvqB可得B1B2=2,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確;運(yùn)行一周的時(shí)間t=T