2019年高中物理 第三章《第6節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》課時(shí)精練 新人教版選修3-1.doc

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2019年高中物理 第三章《第6節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》課時(shí)精練 新人教版選修3-1 知識(shí)點(diǎn) 基礎(chǔ) 中檔 稍難 周期、半徑公式應(yīng)用 3、4 粒子運(yùn)動(dòng)軌跡 5 6、11 回旋加速器 2 質(zhì)譜儀 9 帶電粒子在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 1 7、8、10 12 5. [xx淮安高二檢測(cè)]洛倫茲力使帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列各圖中均標(biāo)有帶正電荷粒子的運(yùn)動(dòng)速度v，洛倫茲力F及磁場(chǎng)B的方向，虛線圓表示粒子的軌跡，其中可能出現(xiàn)的情況是(　　) 答案：A 解析：由左手定則可判斷出A正確，B選項(xiàng)中粒子應(yīng)向上做圓周運(yùn)動(dòng)，C選項(xiàng)中粒子受力向左，應(yīng)向左下方做圓周運(yùn)動(dòng)，D選項(xiàng)中，粒子應(yīng)向右下方做圓周運(yùn)動(dòng)，故本題選A. 6. (多選)空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中的正方形為其邊界．一細(xì)束由兩種粒子組成的粒子流沿垂直于磁場(chǎng)的方向從O點(diǎn)射入．這兩種粒子帶同種電荷，它們的電荷量、質(zhì)量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子，不計(jì)重力．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．入射速度不同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不同 B．入射速度相同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同 C．在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的粒子，其運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同 D．在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的粒子，其軌跡所對(duì)的圓心角一定越大 答案：BD 解析：由R＝得B正確，由T＝得周期都相同，由t＝T得D正確． 7. 如圖是科學(xué)史上一張著名的實(shí)驗(yàn)照片，顯示一個(gè)帶電粒子在云室中穿過(guò)某種金屬板運(yùn)動(dòng)的徑跡．云室放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直照片向里．云室中橫放的金屬板對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用．分析此徑跡可知粒子(　　) A．帶正電，由下往上運(yùn)動(dòng) B．帶正電，由上往下運(yùn)動(dòng) C．帶負(fù)電，由上往下運(yùn)動(dòng) D．帶負(fù)電，由下往上運(yùn)動(dòng) 答案：A 解析：從照片上看，徑跡的軌道半徑是不同的，下部半徑大，上部半徑小，根據(jù)半徑公式R＝可知，下部速度大，上部速度小，這一定是粒子從下到上穿越了金屬板而損失了動(dòng)能，再根據(jù)左手定則，可知粒子帶正電．因此，正確的選項(xiàng)是A. 8. 一磁場(chǎng)寬度為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示，一粒子質(zhì)量為m，帶電荷量為－q，不計(jì)重力，以一速度(方向如圖)射入磁場(chǎng)．若不使其從右邊界飛出，則電荷的速度應(yīng)為多大？ 答案：0＜v≤ 解析：若要粒子不從右邊界飛出，則當(dāng)達(dá)到最大速度時(shí)，半徑最大，此時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，即軌跡恰好和右邊界相切． 由幾何關(guān)系可求得最大半徑r，即r＋rcosθ＝L， 所以r＝ 由牛頓第二定律得Bqv＝mv2/r 所以vmax＝＝. 9. 質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2.今有一質(zhì)量為m、電荷量為e的正電子(不計(jì)重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過(guò)速度選擇器．粒子進(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)．求： (1)粒子的速度v為多少？ (2)速度選擇器的電壓U2為多少？ (3)粒子在偏轉(zhuǎn)分離器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大？ 答案：(1) 　(2)B1d 　(3) 解析：解答本題時(shí)可按以下思路分析： ?? (1)在a中，正電子被加速電場(chǎng)U1加速，由動(dòng)能定理得eU1＝mv2得v＝. (2)在b中，正電子受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力大小相等，即e＝evB1，代入v值得U2＝B1d. (3)在c中，正電子受洛倫茲力作用而做圓周運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)半徑R＝，代入v值得R＝ . 10. [xx長(zhǎng)春高二檢測(cè)]如圖所示的正方形盒子開(kāi)有a、b、c三個(gè)微孔，盒內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一束速率不同的帶電粒子(質(zhì)量、電量均相同，不計(jì)重力)從a孔沿垂直磁感線方向射入盒中，發(fā)現(xiàn)從c孔和b孔有粒子射出，試分析下列問(wèn)題： (1)判斷粒子的電性； (2)從b孔和c孔射出的粒子速率之比v1∶v2； (3)它們?cè)诤袃?nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比t1∶t2. 答案：(1)負(fù)電　(2)1∶2　(3)2∶1 解析：(1)根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，用左手定則可判斷出粒子帶負(fù)電． (2)由幾何知識(shí)可知，從b孔射出的粒子軌跡半徑r1是正方形邊長(zhǎng)的一半，圓心在ab的中點(diǎn)；從c孔射出的粒子半徑r2等于正方形的邊長(zhǎng)，圓心在b點(diǎn)，即r2＝2r1.再由洛倫茲力提供向心力qvB＝m，得v1∶v2＝1∶2. (3)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡分別為半圓和四分之一圓，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1＝，t2＝，其中周期T＝＝，故t1∶t2＝2∶1. 11. [xx杭州高二檢測(cè)]如圖所示，以ab為分界面的兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向均垂直紙面向里，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝2B2.現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子從O點(diǎn)沿圖示方向以速度v開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間粒子重新回到O點(diǎn)．并畫(huà)出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡． 答案：　運(yùn)動(dòng)軌跡如解析圖所示 解析：粒子重新回到O點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示， 則其運(yùn)動(dòng)軌跡為在B1中可組成一個(gè)整圓，在B2中是個(gè)半圓． 所以t＝＋＝. 12. 如圖所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直xOy平面向里，電場(chǎng)線平行于y軸．一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球，從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出，經(jīng)x軸上M點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)和磁場(chǎng)，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從x軸上的N點(diǎn)第一次離開(kāi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，MN之間的距離為L(zhǎng)，小球過(guò)M點(diǎn)時(shí)的速度方向與x軸正方向夾角為θ.不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g，求： (1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向； (2)小球從A點(diǎn)拋出時(shí)初速度v0的大?。? 答案：(1)　豎直向上　(2)cotθ 解析：(1)小球在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所受電場(chǎng)力必須與重力平衡，有 qE＝mg① E＝② 重力的方向是豎直向下的，電場(chǎng)力的方向則應(yīng)為豎直向上，由于小球帶正電，所以電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上． (2)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，O′為圓心，MN為弦長(zhǎng)，∠MO′P＝θ，如圖所示． 設(shè)半徑為r，由幾何關(guān)系知 ＝sinθ③ 小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，設(shè)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速率為v， 有qvB＝④ 由速度的合成與分解知 ＝cosθ⑤ 由③④⑤式得v0＝cotθ