2018-2019學(xué)年高中物理 第3章 磁場 第6節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動練習(xí) 新人教版選修3-1

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1、第6節(jié)　帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動 基礎(chǔ)鞏固 1.處在勻強(qiáng)磁場內(nèi)部的兩個電子A和B分別以速率v和2v垂直于磁場開始運(yùn)動,經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后,先回到原來的出發(fā)點的是(　D　) A.條件不夠無法比較 B.A先到達(dá) C.B先到達(dá) D.同時到達(dá) 解析:由周期公式T=可知,運(yùn)動周期與速度v無關(guān).兩個電子各自經(jīng)過一個周期又回到原來的出發(fā)點,故同時到達(dá),選項D正確. 2.(2018·福建泉州高二質(zhì)檢)一電子與質(zhì)子速度相同,都從O點射入勻強(qiáng)磁場區(qū),則圖中畫出的四段圓弧,哪兩個是電子和質(zhì)子運(yùn)動的可能軌跡(　C　) A.a是電子運(yùn)動軌跡,d是質(zhì)子運(yùn)動軌跡 B.b是電子運(yùn)動軌跡,

2、c是質(zhì)子運(yùn)動軌跡 C.c是電子運(yùn)動軌跡,b是質(zhì)子運(yùn)動軌跡 D.d是電子運(yùn)動軌跡,a是質(zhì)子運(yùn)動軌跡 解析:由題意可知,電子與質(zhì)子有相同的速度,且電子質(zhì)量小于質(zhì)子,則電子的半徑小于質(zhì)子,由于電子帶負(fù)電,質(zhì)子帶正電,根據(jù)左手定則可知,電子偏右,質(zhì)子偏左,故選項C正確. 3.(2018·銀川高二月考)如圖所示,一水平導(dǎo)線通以電流I,導(dǎo)線下方有一帶正電的微粒(不計重力),初速度方向與電流平行,關(guān)于微粒的運(yùn)動情況,下列說法中,正確的是(　D　) A.沿路徑a運(yùn)動,其軌跡半徑越來越大 B.沿路徑a運(yùn)動,其軌跡半徑越來越小 C.沿路徑b運(yùn)動,其軌跡半徑越來越大 D.沿路徑b運(yùn)動,其軌跡半徑

3、越來越小 解析:由安培定則可知,在直導(dǎo)線的下方的磁場的方向為垂直紙面向外,根據(jù)左手定則可以得知正電微粒受到的洛倫茲力向上,所以微粒沿路徑b運(yùn)動;通電直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場是以直導(dǎo)線為中心向四周發(fā)散的,離導(dǎo)線越近,電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,由半徑公式r=可知,微粒的運(yùn)動的軌跡半徑越來越小,選項D正確. 4.(2018·鹽城高二期中)(多選)如圖所示,回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得很大動能的裝置,其核心部分是兩個D形金屬盒, 置于勻強(qiáng)磁場中,兩盒分別與高頻電源相連.下列說法正確的有 (　AB　) A.粒子被加速后的最大速度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑的增大而增大 B.高頻電

4、源頻率由粒子的質(zhì)量、電荷量和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定 C.粒子被加速后的最大動能隨高頻電源的加速電壓的增大而增大 D.粒子從磁場中獲得能量 解析:根據(jù)qvB=m得,最大速度v=,則最大動能Ekm=mv2=;可知最大動能和金屬盒的半徑以及磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān),與加速的次數(shù)和加速電壓的大小無關(guān),選項A正確,C錯誤;根據(jù)周期公式T=可知,高頻電源頻率由粒子的質(zhì)量、電荷量和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定,選項B正確;粒子在磁場中受到洛倫茲力,其對粒子不做功,不能獲得能量,選項D錯誤. 5.如圖所示是質(zhì)譜儀示意圖,它可以測定單個離子的質(zhì)量,圖中離子源S產(chǎn)生帶電荷量為q的離子,經(jīng)電壓為U的電場加速后垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁

5、場中,沿半圓軌道運(yùn)動到記錄它的照相底片P上,測得它在P上位置與A處水平距離為d,則該離子的位置m大小為(　A　) A. B. C. D. 解析:粒子經(jīng)過加速電場過程中由動能定理得qU=mv2.在勻強(qiáng)磁場中粒子做圓周運(yùn)動的半徑為,則有=.聯(lián)立以上兩式解得m=. 能力提升 6.如圖所示的足夠大勻強(qiáng)磁場中,兩個帶電粒子以相同方向垂直穿過虛線MN所在的平面.一段時間后又再次同時穿過此平面,則可以確定的是(　C　) A.兩粒子一定帶有相同的電荷量 B.兩粒子一定帶同種電荷 C.兩粒子一定有相同的比荷 D.兩粒子一定有相同的動能 解析:粒子垂直穿過平面MN

6、,再次穿過時速度一定又垂直此平面,因此兩粒子均運(yùn)動了半個周期,即粒子在磁場中運(yùn)動的周期相同,由T=可知,兩粒子具有相同的比荷,但可以有不同的質(zhì)量和電荷量,選項A錯誤,C正確;無論粒子向哪個方向繞行,均運(yùn)動半個周期,所以粒子的電性不能確定,選項B錯誤;粒子運(yùn)動的周期與速度無關(guān),所以動能也不能確定,選項D錯誤. 7.(2018·哈爾濱模擬)(多選)圖(甲)是回旋加速器的工作原理圖.D1和D2是兩個中空的半圓金屬盒,它們之間有一定的電勢差,A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子,在兩盒之間被電場加速.兩半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場中,所以粒子在半圓盒中做勻速圓周運(yùn)動.若帶電粒子在磁場中運(yùn)動的動能Ek隨時間t

7、的變化規(guī)律如圖(乙)所示,不計帶電粒子在電場中的加速時間,不考慮由相對論效應(yīng)帶來的影響,下列判斷正確的是(　AC　) A.在Ekt圖中應(yīng)該有tn+1-tn=tn-tn-1 B.在Ekt圖中應(yīng)該有tn+1-tn

8、錯誤. 8.(2018·鶴壁高二檢測)如圖所示,在x軸上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,一個質(zhì)量為m,電荷量為-q的粒子,以速度v從O點射入磁場,已知θ=,粒子重力不計,求: (1)粒子的運(yùn)動半徑,并在圖中定性地畫出粒子在磁場中運(yùn)動的軌跡; (2)粒子在磁場中運(yùn)動的時間; (3)粒子經(jīng)過x軸和y軸時的坐標(biāo). 解析:(1)粒子做勻速圓周運(yùn)動,根據(jù)牛頓第二定律,有qvB=m,解得R= 軌跡如圖. (2)粒子運(yùn)動周期T== 則粒子運(yùn)動時間t=T=T,所以t=. (3)由幾何關(guān)系得=2Rsin θ=,=2Rcos θ= 所以粒子經(jīng)過x軸和y軸時的坐標(biāo)分別為A(,0);B(0,

9、).　 答案:(1)　運(yùn)動軌跡見解析　(2) (3)(,0)　(0,) (教師備用) 1.(2018·鄭州高二檢測)(多選)我國第21次南極科考隊在南極觀看到了美麗的極光,極光是由來自太陽的高能帶電粒子流高速沖進(jìn)高空稀薄大氣層時,被地球磁場俘獲,從而改變原有運(yùn)動方向,向兩極做螺旋運(yùn)動(如圖所示),這些高能粒子在運(yùn)動過程中與大氣分子或原子劇烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子,使其發(fā)出有一定特征的各種顏色的光.地磁場的存在,使多數(shù)宇宙粒子不能到達(dá)地面而向人煙稀少的兩極偏移,為地球生命的誕生和維持提供了天然的屏障.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證實,向兩極做螺旋運(yùn)動的這些高能粒子的旋半徑是不斷減小的,這主要與

10、下列哪些因素有關(guān)(　BC　) A.洛倫茲力對粒子做負(fù)功,使其動能減小 B.空氣阻力做負(fù)功,使其動能減小 C.靠近南北兩極,磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng) D.以上說法都不對 解析:地球的磁場由南向北,當(dāng)帶負(fù)電的宇宙射線粒子垂直于地面向赤道射來時,根據(jù)左手定則可以判斷粒子的受力的方向為向西,所以粒子將向西偏轉(zhuǎn);當(dāng)帶正電的宇宙射線粒子垂直于地面向赤道射來時,根據(jù)左手定則可以判斷粒子的受力的方向向東,粒子受到的洛倫茲力始終與速度垂直,所以洛倫茲力不做功,選項A錯誤;粒子在運(yùn)動過程中可能受到空氣的阻力,阻力方向與運(yùn)動方向相反;故對粒子做負(fù)功,所以其動能會減小,選項B正確;由洛倫茲力提供向心力,得出的半徑

11、公式,可知,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時,半徑是減小的;則粒子在靠近南北極運(yùn)動過程中,南北兩極的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng),選項C正確,D錯誤. 2.如圖所示,帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場,垂直穿過均勻鋁板,如果R1= 20 cm,R2=19 cm,求帶電粒子能穿過鋁板多少次(設(shè)鋁板對粒子的阻力恒定,粒子的電荷量不變). 解析:由圖可知,粒子帶負(fù)電,設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m,開始時粒子的速率為v1,軌跡半徑R1=,可知動能為Ek1=m= 穿過金屬板后粒子的速率為v2,軌跡半徑為R2= 可知動能為Ek2=m= 動能的減少量為ΔEk=Ek1-Ek2=(-) 故穿過金屬板的次數(shù)為 n====≈10次. 答案:10次 6