《2018-2019學年高中物理 第三章 磁場 專題3.6 帶電粒子在勻強磁場中的運動課時同步試題 新人教版選修3-1.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019學年高中物理 第三章 磁場 專題3.6 帶電粒子在勻強磁場中的運動課時同步試題 新人教版選修3-1.doc（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第6節(jié) 帶電粒子在勻強磁場中的運動 1．（2018安徽合肥市高三調(diào)研性考試）某個電子以某一速度射入一電場或磁場，電子重力不計，下列說法正確的是 A．若射入電場中，電子可能做勻速直線運動 B．若射入電場中，電子可能做做勻速圓周運動 C．若射入勻強磁場中，電子可能做勻速直線運動 D．若射入勻強磁場中，電子可能做做勻速圓周運動 【答案】BCD 【名師點睛】解決本題的關鍵知道勻速運動和圓周運動的條件，知道電荷在電場中一定受電場力，在磁場中可能受洛倫茲力，可能不受洛倫茲力。 2．如圖所示，ab是一彎管，其中心線是半徑為R的一段圓弧，將它置于一個給定的勻強磁場中，方向垂直紙面向里。有一束粒子對準a端射入彎管，粒子的質(zhì)量、速度不同，但都是一價的負粒子，則下列說法正確的是 A．只有速度大小一定的粒子可以沿中心線通過彎管 B．只有質(zhì)量大小一定的粒子可以沿中心線通過彎管 C．只有質(zhì)量和速度乘積大小一定的粒子可以沿中心線通過彎管 D．只有動能大小一定的粒子可以沿中心線通過彎管 【答案】C 【解析】由R=可知，在相同的磁場，相同的電荷量的情況下，粒子做圓周運動的半徑取決于粒子的質(zhì)量和速度的乘積，故選項C正確。 3．（2018百校聯(lián)盟高考名師猜題保溫金卷）如圖所示，空間存在一個垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域，磁感應強度的大小為B0，該區(qū)域是由一個半徑為R的半圓和一個長為2R、寬為的矩形組成。一個質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶正電的粒子從AB的中點M垂直于AB進入磁場，則下列說法正確的是 A．當粒子的速度v滿足時，粒子從AB邊射出磁場 B．當粒子的速度v滿足時，粒子從BC邊射出磁場 C．當粒子的速度v滿足時，粒子離開磁場時的速度方向斜向下 D．當粒子的速度v滿足時，粒子離開磁場時的速度方向斜向下 【答案】ABC 【名師點睛】本題考查了粒子在磁場中的運動，應用牛頓第二定律以及幾何知識即可正確解題。 4．如圖所示，某空間存在正交的勻強磁場和勻強電場，電場方向水平向右，磁場方向垂直紙面向里，一個帶電微粒由a點進入電磁場并剛好能沿ab直線向上運動，下列說法正確的是 A．微粒一定帶負電 B．微粒的動能一定減小 C．微粒的電勢能一定增加 D．微粒的機械能一定增加 【答案】AD 【名師點晴】表面上看題中沒告訴我們微粒的電性，我們可以假設它帶正電或負電，然后分析其受力情況；但關鍵的是如果速度是變化的，則洛倫茲力的大小要發(fā)生變化，而微粒的重力與電場力的大小都是不變的，故合力會變，微粒便不再做直線運動了，所以洛倫茲力是不變的，這是解決這個習題的關鍵。 5．（2018遼寧省六校協(xié)作體高二聯(lián)考）如圖所示，寬度為d、厚度為h的金屬導體放在垂直于它的磁感應強度為B的勻強磁場中，當電流通過該導體時，在導體的上、下表面之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。實驗表明：當磁場不太強時，電勢差U、電流I和磁感應強度B的關系為，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)，設載流子的電荷量大小為q，金屬導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)目為n，（電流I=nqSv，其中S=dh，v表示自由電子定向移動的速率）下列說法正確的是 A．導體上表面的電勢大于下表面的電勢 B．霍爾系數(shù)為K= C．載流子所受靜電力的大小eU/d D．載流子所受洛倫茲力的大小eBv 【答案】BD 【名師點睛】所謂霍爾效應，是指磁場作用于載流金屬導體、半導體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。霍爾效應在新課標教材中作為課題研究材料，解答此題所需的知識都是考生應該掌握的。對于開放性物理試題，要有較強的閱讀能力和獲取信息能力。 6．回旋加速器的核心部分是兩個半徑為R的D形金屬扁盒，如圖，D形盒正中央開有一條窄縫，在兩個D形盒之間加交變電壓，于是在縫隙中形成交變電場，由于屏蔽作用，在D形盒內(nèi)部電場很弱，D形盒裝在真空容器中，整個裝置放在巨大電磁鐵的兩極之間，磁場方向垂直于D形盒的底面，只要在縫隙中的交變電場的頻率不變，便可保證粒子每次通過縫隙時總被加速，粒子的軌跡半徑不斷增大，并逐漸靠近D形盒的邊緣，加速到最大能量E后，再用特殊的裝置將它引出。在D形盒上半面中心出口A處有一個正離子源，正離子所帶電荷量為q、質(zhì)量為m，加速時電極間電壓大小恒為U。（加速的時間很短，可忽略；正離子從離子源出發(fā)時初速為零）。則下列說法正確的是 A．增大交變電壓U，則正離子在加速器中運行時間將變短 B．增大交變電壓U，則正離子在加速器中運行時間將不變 C．正離子第n次穿過窄縫前后的速率之比為 D．回旋加速器所加交變電壓的頻率為 【答案】AC 【解析】增大交變電壓U，帶電粒子速度增大的比較快，在Ｄ形盒的偏轉(zhuǎn)周期數(shù)減小，在加速器中的運動時間變短，A正確，B錯誤；正離子每穿過一次窄縫被加速一次，第n–1次加速后獲得的速度，第n次加速后獲得的速度，可求出兩速度之比為，C正確；要想達到同步加速的目的需要讓交變電場的頻率與帶電粒子偏轉(zhuǎn)的頻率相等，所以交變電場的頻率為，帶電粒子飛出時，，，所以頻率為，D錯誤。 【名師點睛】此題考查了回旋加速器的原理以及相關的計算；關鍵是知道D形盒的結構及回旋加速器的加速原理；粒子在Ｄ形盒的縫隙之間被加速一次，動能增加Uq，要想使得粒子每經(jīng)過D形盒的縫隙時都能被加速，則交變電壓的周期必須等于粒子在磁場運動的周期。 7．（2018百校聯(lián)盟高考名師猜題保溫金卷）如圖所示，半徑為R的半圓形有界磁場關于x軸對稱，y軸剛好與磁場左邊界在坐標原點處相切，在坐標原點處有一粒子源，可以沿x軸正方向連續(xù)地發(fā)射質(zhì)量為m，電荷量大小為q的不同速率的正、負電荷。已知磁場的方向垂直于坐標平面向里，磁感應強度大小為B，若粒子不能從半圓的直徑部分射出，則 A．粒子在磁場中運動的最大半徑可能為R B．粒子在磁場中運動的最大速度可能為 C．粒子在磁場中運動掃過的面積最大可能為 D．粒子在磁場中運動的最短時間可能為 【答案】AD 8．如圖所示，真空中狹長區(qū)域內(nèi)的勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直紙面向里，區(qū)域?qū)挾葹閐，邊界為CD和EF，速度為v的電子從邊界CD外側(cè)沿垂直于磁場方向射入磁場，入射方向跟CD的夾角為θ，已知電子的質(zhì)量為m、帶電荷量為e，為使電子能從另一邊界EF射出，電子的速率應滿足的條件是 A．v> B．v< C．v> D．v< 【答案】A 9．（2018福建省福州市八縣一中高二聯(lián)考）如圖是質(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，平板S下方有強度為的勻強磁場。下列表述不正確的是 A．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 C．能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于 D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小 【答案】D 【名師點睛】質(zhì)譜儀工作原理應采取分段分析的方法，即粒子加速階段，速度選擇階段，在磁場中運動階段。帶電粒子經(jīng)加速后進入速度選擇器，速度為粒子可通過選擇器，然后進入B0，打在S板的 不同位置。 10．如圖所示，在一個邊長為a的正六邊形區(qū)域內(nèi)存在磁感應強度為B，方向垂直于紙面向里的勻強磁場，三個相同帶正電的粒子，比荷為，先后從A點沿AD方向以大小不等的速度射入勻強磁場區(qū)域，粒子在運動過程中只受到磁場力作用，已知編號為①的粒子恰好從F點飛出磁場區(qū)域，編號為②的粒子恰好從E點飛出磁場區(qū)域，編號為③的粒子從ED邊上的某一點垂直邊界飛出磁場區(qū)域，則 A．編號為①的粒子在磁場區(qū)域內(nèi)運動的時間為 B．編號為②的粒子在磁場區(qū)域內(nèi)運動的時間為 C．三個粒子進入磁場的速度依次增加 D．三個粒子在磁場內(nèi)運動的時間依次增加 【答案】C 【解析】設編號為①的粒子在正六邊形區(qū)域磁場中做圓周運動的半徑為，初速度大小為，則有： 11．（2018江西省浮梁一中高考沖刺訓練卷）據(jù)有關資料介紹，受控核聚變裝置中有極高的溫度，因而帶電粒子將沒有通常意義上的“容器”可裝，而是由磁場約束帶電粒子運動，使之束縛在某個區(qū)域內(nèi)。如圖所示，環(huán)狀磁場的內(nèi)半徑為R1，外半徑為R2，被束縛的帶電粒子的比荷為k，中空區(qū)域內(nèi)帶電粒子具有各個方向的速度，速度大小為v。中空區(qū)域中的帶電粒子都不會穿出磁場的外邊緣而被約束在半徑為R2的區(qū)域內(nèi)，則環(huán)狀區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應強度大小可能是 A． B． C． D． 【答案】B 12．（2018云南省建水縣高三四校聯(lián)考）如圖所示，在邊長為L的正方形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，其磁感應強度大小為B.在正方形對角線CE上有一點P，其到CF，CD距離均為，且在P點處有一個發(fā)射正離子的裝置，能連續(xù)不斷地向紙面內(nèi)的各方向發(fā)射出速率不同的正離子．已知離子的質(zhì)量為m，電荷量為q，不計離子重力及離子間相互作用力． （1）速率在什么范圍內(nèi)的所有離子均不可能射出正方形區(qū)域？ （2）求速率為v＝的離子在DE邊的射出點距離D點的范圍。 【答案】（1） （2） 【解析】因離子以垂直于磁場的速度射入磁場，故其在洛倫茲力作用下必做圓周運動 （1）依題意可知離子在正方形區(qū)域內(nèi)做圓周運動不射出該區(qū)域，做圓周運動的半徑為r≤ 對離子，由牛頓第二定律有qvB＝m? （2）當v＝時，設離子在磁場中做圓周運動的半徑為R， 則由 可得 要使離子從DE射出，則其必不能從CD射出，其臨界狀態(tài)是離子軌跡與CD邊相切，設切點與C點距離為x，其軌跡如圖甲所示， 而當離子軌跡與DE邊相切時，離子必將從EF邊射出，設此時切點與D點距離為d2，其軌跡如圖乙所示，由幾何關系有： R2＝（L–R）2＋（d2–）2 解得d2＝ 故速率為v＝的離子在DE邊的射出點距離D點的范圍為 13．某放置在真空中的裝置如圖甲所示，水平放置的平行金屬板A、B中間開有小孔，小孔的連線與豎直放置的平行金屬板C、D的中心線重合。在C、D的下方有如圖所示的、范圍足夠大的勻強磁場，磁場的理想上邊界與金屬板C、D下端重合，其磁感應強度隨時間變化的圖象如圖乙所示，圖乙中的為已知，但其變化周期T0未知。已知金屬板A、B之間的電勢差為，金屬板C、D的長度均為L，間距為。質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子P（初速度不計、重力不計）進入A、B兩板之間被加速后，再進入C、D兩板之間被偏轉(zhuǎn)，恰能從D極下邊緣射出。忽略偏轉(zhuǎn)電場的邊界效應。 （1）求金屬板C、D之間的電勢差UCD； （2）求粒子離開偏轉(zhuǎn)電場時速度的大小和方向； （3）規(guī)定垂直紙面向里的磁場方向為正方向，在圖乙中t=0時刻該粒子進入磁場，并在時刻粒子的速度方向恰好水平，求磁場的變化周期T0和該粒子從射入磁場到離開磁場的總時間t總。 【答案】（1） （2） 偏轉(zhuǎn)角為30 （3） 聯(lián)立解得： （3）由作圖和分析可得，粒子在磁場中的運動軌跡如圖所示 粒子在磁場中做圓周運動的周期為： 粒子從k進入磁場，沿逆時針方向運動，由“時刻的速度方向恰好水平”可知，軌跡對應的圖心角為；即 故有： 聯(lián)立上述各式解得： 結合題圖乙可知，粒子經(jīng)過點時，磁場反向，在內(nèi)粒子沿順時針方向運動半周到達點；此時磁場再反向，粒子在內(nèi)沿逆時針方向運動到點；接著在內(nèi)運動到點；再接著在內(nèi)運動到點；由作圖和分析可知，最后經(jīng)從點離開磁場 則該粒子從射入磁場到離開磁場的總時間為：t總= 即：t總= 14．（2018廣東省七校聯(lián)合體高三第三次聯(lián)考）如圖所示，PQMN是豎直面內(nèi)一邊長為L的正方形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強電場，場強為E，在△PQM中還存在水平向里的勻強磁場，磁感強度為B；在PQMN的左側(cè)有一足夠長的粗糙絕緣細桿，細桿與PQ在同一水平線上，細桿周圍存在水平方向足夠長勻強磁場，磁感強度B0（大小可調(diào)的），方向水平向里。細桿的左側(cè)套有一帶電荷量為+q的小球，現(xiàn)使小球以適當?shù)乃俣妊貤U向右運動，在到達P點前小球已勻速運動，由P點射入△PQM區(qū)域后，小球做勻速圓周運動，已知重力加速度為g： （1）小球在細桿上做什么運動？請直接用文字描述 （2）若小球恰能從M點離開電磁場，求小球的質(zhì)量和粒子從P點射入到從M點離開電磁場這段時間內(nèi)的平均速度的大小和方向； （3）若調(diào)節(jié)B0的大小，從而改變小球由P點射入電磁場的速度，使小球最終從Q點離開磁場，求此過程中重力勢能變化的最大值； （4）若調(diào)節(jié)B0的大小，使小球由P點射入電磁場后最終由NP射出，求B0的最小值。 【答案】（1）小球在細桿上做加速越來越小的減速運動最后勻速運動 （2） 平均速度方向由P點指向M點 （3） （4） 小球從P點到M點的位移s=L t=T 則小球的平均速度 平均速度的方向由P點指向M點 （4）當B0取最小值時v最大，在電磁場中運動半徑最大，小球能由PQ射出，有幾何關系可知，半徑 由得 在細桿上有 可得：。