人教版高二物理选修3-1课时作业第三章　磁场 3.6带电粒子在匀强磁场中的运动word版含解析答案

1、人教版选修3-1课时作业第三章磁场带电粒子在匀强磁场中的运动一、选择题1.一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图所示,径迹上的每小段都可以近似看成圆弧,由于带电粒子使沿途空气电离,粒子的能量逐渐减少(电荷量不变),从图中情况可以确定 () A.粒子从a到b,带正电B.粒子从a到b,带负电C.粒子从b到a,带正电D.粒子从b到a,带负电2.如图所示,在第一象限内有垂直纸面向里的匀强磁场,一对正、负电子分别以相同速度、与x轴成30°角从原点射入磁场,则正、负电子在磁场中的运动时间之比为()A.12B.21C.13D.113.质量和电荷量都相等的带电粒子M和N,以

2、不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图中虚线所示。下列表述正确的是()A.M带负电,N带正电B.M的速率小于N的速率C.洛伦兹力对M、N做正功D.M的运行时间大于N的运行时间4.如图所示,边长为l0的正方形abcd区域内(包括边界)存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在a点处有一粒子源,能够沿ab方向发射质量为m、电荷量为+q的粒子,粒子射出的速率大小不同。粒子的重力忽略不计,也不考虑粒子之间的相互作用。则()A.轨迹不同的粒子,在磁场中运动时间一定不同B.从c点射出的粒子入射速度大小为2qBl0mC.从d点射出的粒子在磁场中运动的时间为mqBD.粒子在边界上出射点

3、距a点越远,在磁场中运动的时间越长5.(多选)长为l的水平极板间有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,板间距离也为l,极板不带电。现有质量为m、电荷量为q的带正电粒子(不计重力),从两极板间边界中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是()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.(多选)如图所示,A点的离子源沿纸面垂直OQ方向向上射出一束负离子,离子的重力忽略不计。为把这束负离子约束在OP之下的区域,可加垂直纸面的匀强磁场。已知O

4、、A两点间的距离为s,负离子的比荷为qm,速率为v,OP与OQ间的夹角为30°,则所加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向可能是()A.B>mv3qs,垂直纸面向里B.B>mvqs,垂直纸面向里C.B>mvqs,垂直纸面向外D.B>3mvqs,垂直纸面向外7.(多选)1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是()A.离子由加速器的中心附近进入加速器B.离子由加速器的边缘进入加速器C.离子从磁场中获得能量D.离子从电场中获得能量8.(多选)速度相同的一束带电粒子由左端射入质

5、谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列说法中正确的是()A.该束带电粒子带负电B.速度选择器的P1极板带正电C.能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于EB1D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0,粒子的比荷越小9.(多选)图甲是回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差,A处的粒子源产生的带电粒子,在两盒之间被电场加速。两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动。若带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,不计带电粒子在电场中的加速时间,不考虑由相对论效应带来的影响,下列判断正确的是() A.在Ek-t图中应该有tn+1-

6、tn=tn-tn-1B.在Ek-t图中应该有tn+1-tn<tn-tn-1C.在Ek-t图中应该有En+1-En=En-En-1D.在Ek-t图中应该有En+1-En<En-En-110.(多选)如图所示,两个匀强磁场的方向相同,磁感应强度分别为B1、B2,虚线MN为理想边界。现有一个质量为m、电荷量为e的电子以垂直于边界MN的速度v由P点沿垂直于磁场的方向射入磁感应强度为B1的匀强磁场中,其运动轨迹为图中虚线所示的心形图线。以下说法正确的是()A.电子的运动轨迹为PDMCNEPB.电子运动一周回到P点所用的时间T=2mB1eC.B1=4B2D.B1=2B211. 如图所示,某空间

7、存在正交的匀强电场和匀强磁场,电场方向水平向右,磁场方向垂直纸面向里,一带电微粒由a点进入电磁场并刚好沿虚线ab向上运动。下列说法中正确的是()A.该微粒一定带负电B.该微粒的动能一定减少C.该微粒的电势能一定增加D.该微粒的机械能不一定增加答案1.C带电粒子做圆周运动的半径r=mvqB=2mEkqB,随着Ek的减小,半径减小,故粒子从b运动到a;由左手定则知粒子带正电,故选C。2.B由T=2mqB可知,正、负电子的运动周期相同,故所用时间之比等于轨迹对应的圆心角之比。作出正、负电子运动轨迹如图所示,由几何知识可得,正电子运动的圆心角等于120°,负电子运动的圆心角等于60°

8、;,所以t正t负=正负=21,选项B正确。3.A由左手定则判断得M带负电、N带正电,A正确。由题图可知,M、N轨迹半径关系为RM>RN,由半径公式R=mvqB可知,vM>vN,B错误。因洛伦兹力与速度方向时刻垂直,故洛伦兹力对M、N均不做功,C错误。由周期公式T=2mqB及t=12T可知,tM=tN,D错误。4.C粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T=2mqB,设粒子在磁场中转过的圆心角为,粒子在磁场中的运动时间t=2T=mqB,粒子速率不同运动轨迹不同,如果转过的圆心角相等,则粒子在磁场中的运动时间相等,如从ad边离开磁场的粒子在磁场中转过半个圆周,虽然运动轨迹不同,但运动时间都相

9、同,为12T,故A错误;由几何知识可知,从c点射出的粒子运动轨迹半径r=l0,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvB=mv2r,解得:v=qBl0m,故B错误;从d点射出的粒子在磁场中的运动轨迹为半圆,运动时间t=12T=mqB,故C正确;从ad边不同位置离开磁场的粒子与a点的距离不同,但是从ad边射出磁场的粒子在磁场中的运动时间都是12T=mqB,由此可知,粒子在边界上出射点距a点越远,在磁场中运动的时间不一定越长,故D错误。5.AB如图所示,带电粒子刚好打在极板右边缘时,有r12=r1-l22+l2又r1=mv1Bq所以v1=5Bql4m粒子刚好打在极板左

10、边缘时,有r2=l4=mv2Bq,v2=Bql4m综合上述分析可知,选项A、B正确。6.BD当磁场方向垂直纸面向里时,离子恰好与OP相切的轨迹如图甲所示,切点为M,设圆周运动半径为r1,由几何关系可知,sin 30°=r1s+r1,可得r1=s,由r1=mvB1q可得B1=mvqs;当磁场方向垂直纸面向外时,其临界轨迹即圆弧与OP相切于N点,如图乙所示,由几何关系,s=r2sin30°+r2,得r2=s3,r2=mvqB2,所以B2=3mvqs,选项B、D正确,A、C错误。7.AD离子从加速器的中间位置进入加速器,最后由加速器边缘飞出,所以A对,B错。加速器中所加的磁场是使

11、离子做匀速圆周运动,所加的电场由交流电提供,它用以加速离子,故C错,D对。8.BC由左手定则可知,该束带电粒子带正电,速度选择器的P1极板带正电,选项A错误,B正确;由qE=qvB1可得能通过狭缝S0的带电粒子的速率v=EB1,选项C正确;由r=mvqB可知,粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0,r越小,粒子的比荷越大,选项D错误。9.AC根据带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速度无关可知,在Ek-t图中应该有tn+1-tn=tn-tn-1,选项A正确,B错误;由于带电粒子每次在电场中加速,电场力做功相等,所以在Ek-t图中应该有En+1-En=En-En-1,选项C正确,D错误。10.AD由左手定则可知,电子在P点向左运动时所受的洛伦兹力的方向向上,轨迹为PDMCNEP,选项A正确;由图得两磁场中轨迹圆的半径比为12,由半径r=mvqB可得B1B2=2,选项C错误,选项D正确;运行一周的时间t=T