2022年高二物理下學(xué)期 有界磁場(chǎng)學(xué)業(yè)水平考試練習(xí)

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1、2022年高二物理下學(xué)期 有界磁場(chǎng)學(xué)業(yè)水平考試練習(xí) 班級(jí) 姓名 1．如圖所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為電場(chǎng)和磁場(chǎng)的理想邊界，一束電子（電量為e，質(zhì)量為m，重力不計(jì)）由靜止?fàn)顟B(tài)從P點(diǎn)經(jīng)過(guò)Ⅰ、Ⅱ間的電場(chǎng)加速后垂直到達(dá)邊界Ⅱ的Q點(diǎn)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)邊界寬度為d，電子從磁場(chǎng)邊界Ⅲ穿出時(shí)的速度方向與電子原來(lái)的入射方向夾角為30°。求： d B Q P ● ⅠⅠP Ⅲ Ⅱ （1）電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t； （2）若改變PQ間的電勢(shì)差，使電子剛好不能從邊界Ⅲ射出，則此時(shí)PQ間的電勢(shì)差U是多少？ 2．如圖

2、所示，y軸上A點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，坐標(biāo)平面內(nèi)有邊界過(guò)A點(diǎn)和坐標(biāo)原點(diǎn)O的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直坐標(biāo)平面向里。有一電子（質(zhì)量為m、電荷量為e）從A點(diǎn)以初速度v0沿著x軸正方向射入磁場(chǎng)區(qū)域，并從x軸上的B點(diǎn)射出磁場(chǎng)區(qū)域，此時(shí)速度方向與x軸正方向之間的夾角為60°。求： （1）磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大?。唬?）電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。 3如圖所示，有一對(duì)平行金屬板，兩板相距為0.05m．電壓為10V；兩板之間有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0=0.1T，方向與金屬板面平行并垂直于紙面向里．圖中右邊有一半徑R為0.1m、圓心

3、為O的圓形區(qū)域內(nèi)也存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向垂直于紙面向里．一正離子沿平行于金屬板面，從A點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)的方向射入平行金屬板之間，沿直線射出平行金屬板之間的區(qū)域，并沿直徑CD方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域，最后從圓形區(qū)域邊界上的F點(diǎn)射出．已知速度的偏向角，不計(jì)離子重力．求： θ A C D F O B0 B （1）離子速度v的大??； （2）離子的比荷q/m； （3）離子在圓形磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t． 4．如圖所示為質(zhì)譜儀上的原理圖，M為粒子加速器，電壓為U1＝5000V；N為速度選擇器， 磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1＝0.2T，板間距

4、離為d ＝0.06m；P為一個(gè)邊長(zhǎng)為l的正方形abcd的磁場(chǎng)區(qū)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2＝0.1T，方向垂直紙面向外，其中dc的中點(diǎn)S開(kāi)有小孔，外側(cè)緊貼dc放置一塊熒光屏。今有一比荷為的正離子從靜止開(kāi)始經(jīng)加速后，恰好通過(guò)速度選擇器，從a孔以平行于ab方向進(jìn)入abcd磁場(chǎng)區(qū)，正離子剛好經(jīng)過(guò)小孔S 打在熒光屏上。求： （1）粒子離開(kāi)加速器時(shí)的速度v； （2）速度選擇器的電壓U2； （3）正方形abcd邊長(zhǎng)l。 5．如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為，電荷量的帶電微粒（重力忽略不計(jì)），從靜止開(kāi)始經(jīng)U1＝100 V電壓加速后，水平進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)

5、的電壓U2＝100 V．金屬板長(zhǎng)L＝20cm，兩板間距。求： （1）微粒進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度大小； （2）微粒射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角θ； （3）若該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的寬度為D＝10 cm，為使微粒不會(huì)由磁場(chǎng)右邊射出，該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少多大？ 6．在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第Ⅳ象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正 電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以一定的初速度垂直于y軸射入電場(chǎng)，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成θ＝60°角射入磁場(chǎng)，最后從y軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)垂直于y軸射出磁

6、場(chǎng)，已知ON=d,如圖所示.不計(jì)粒子重力，求： （1）粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R； （2）粒子在M點(diǎn)的初速度v0的大小; （3）粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間t. 7．（18分）如圖，POy區(qū)域內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，POx區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，OP與x軸成θ角．不計(jì)重力的負(fù)電荷，質(zhì)量為m、電量為q，從y軸上某點(diǎn)以初速度v0垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入，經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后垂直O(jiān)P進(jìn)入磁場(chǎng)，又垂直x軸離開(kāi)磁場(chǎng)．求： （1）電荷進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小 （2）電場(chǎng)力對(duì)電荷做的功 （3）電場(chǎng)強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的比值

7、 8．扭擺器是同步輻射裝置中的插入件，能使粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生扭擺。其簡(jiǎn)化 模型如圖所示，Ⅰ、Ⅱ兩處為條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)邊界豎直，相距為L(zhǎng)。其中Ⅰ區(qū)的磁場(chǎng)寬度L1=L，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反且垂直紙面。一質(zhì)量為m、電量為﹣q、重力不計(jì)的粒子，從靠近平行板電容器MN板處由靜止釋放，極板間電壓為U。粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后平行于紙面射入Ⅰ區(qū)，射入時(shí)速度與水平方向夾角=30°，從Ⅰ區(qū)右邊界射出時(shí)的速度與水平方向夾角也為30°，求： （1）粒子射入Ⅰ區(qū)磁場(chǎng)前的速度v0的大小。 （2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。 （3）要求粒子不從Ⅱ區(qū)右側(cè)射出，求Ⅱ區(qū)的磁場(chǎng)寬度L2的最

8、小值。 1【答案】（1）（2） 【解析】 試題分析：（1）由及得電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期 電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間解得 （2）電子剛好不從邊界Ⅲ穿出時(shí)軌跡與邊界相切，運(yùn)動(dòng)半徑為R=d 由得，PQ間由 得 2【答案】（1）（2） 【解析】 試題分析：（1）過(guò)B點(diǎn)作電子出射速度方向的垂線交y軸于C點(diǎn) 則C點(diǎn)為電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心 由幾何知識(shí)∠ACB=60° 設(shè)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為R 則R-L= R=2L 又 則 （2）由幾何知識(shí)∠ACB=60° 則 得 考

9、點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng). 3【答案】（1） （2） （3） 【解析】 試題分析：（1）離子在平行金屬板之間做勻速直線運(yùn)動(dòng)，洛侖茲力與電場(chǎng)力相等，即 （2分） （2分） 解得 （1分） （2）在圓形磁場(chǎng)區(qū)域，離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛侖茲力公式和牛頓第二定律有 （2分） 由幾何關(guān)系有 （2分） 離子的比荷 （2分） （3）弧CF對(duì)應(yīng)圓心角為，離子在圓形磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)間， （2分） 又周期

10、（1分） （2分） 考點(diǎn)：本題考查帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 4【答案】（1）（2）（3）0.16m 【解析】 試題分析：（1）粒子加速過(guò)程 1分 粒子離開(kāi)加速器時(shí)的速度 2分 （2）在速度選擇器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 1分 1分 速度選擇器的電壓 1分 （3）粒子在磁場(chǎng)區(qū)域勻速圓周運(yùn)動(dòng) 1分

11、 1分 由幾何關(guān)系得 1分 正方形abcd邊長(zhǎng) 1分 考點(diǎn)：動(dòng)能定理 速度選擇器 牛頓第二定律 5【答案】（1）104m/s；（2）30°；（3）0.346T； 【解析】 試題分析：（1）微粒在加速電場(chǎng)中由動(dòng)能定理得： （2分） ①104m/s（1分） （2）微粒在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，有 ， 飛出電場(chǎng)時(shí)，速度偏轉(zhuǎn)角的正切為： ②（2分） 解得（1分） （3）進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)微粒的速度是： ③（1分） 軌跡如圖，由幾何關(guān)系有： ④（1分） 洛倫茲力提供向心力有：

12、 ⑤（2分） 解得：。（1分） 所以，為使微粒不會(huì)由磁場(chǎng)右邊射出，該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少為0.346 T。 考點(diǎn)：帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 6【答案】（1）；（2）（3） 【解析】 試題分析：（1）做出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖 由三角形相關(guān)知識(shí)得 （2）由 得 在N點(diǎn)速度v與x軸正方向成θ＝60°角射出 電場(chǎng)，將速度分解如圖 cosθ= 得射出速度v=2v0， （3）粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1，有d＝v0t1 所以 粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期 故 設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2，有 所以,根

13、據(jù)t=t1+t2 所以 考點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)及在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng). 7【答案】（1） （2） （3） 【解析】 試題分析： 解：（1）設(shè)帶電粒子到達(dá)OP進(jìn)入磁場(chǎng)前的瞬時(shí)速度為v，有： ① （2）由動(dòng)能定理，電場(chǎng)力做的功為： ② （3）設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為R，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律： ③ 依題意： ④ 有幾何關(guān)系： ⑤ 有： ⑥ 又： ⑦ 在y方向： ⑧ 聯(lián)立可得： ⑨ （評(píng)分說(shuō)明：①②③④⑤⑥⑦⑧⑨

14、每式2分 8【答案】（1）（2）（3） 【解析】 試題分析：（1）設(shè)粒子射入磁場(chǎng)I區(qū)的速度為v，由 牛頓第二定律，得 ① （3分） 解得： ② （2分） （2）粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1所示，由牛頓第二定律 得 ③ （3分） 由幾何知識(shí) 得 ④ （2分） 聯(lián)立①③④式，代入數(shù)據(jù) 得 ⑤ （2分） （3）如圖2所示，粒子不從II區(qū)右邊界射出，其運(yùn)動(dòng)軌跡 與II區(qū)右邊界相切，磁場(chǎng)的寬度至少應(yīng)為（2分） 由幾何關(guān)系 ⑥ （2分） 聯(lián)立得 （2分） 即II區(qū)磁場(chǎng)的寬度L2至少應(yīng)為 考點(diǎn)：考查了帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)