《2019新一线增分方案教科版物理选修3-1同步随堂演练：第三章 5 第5节 洛伦兹力的应用 Word版含解析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019新一线增分方案教科版物理选修3-1同步随堂演练：第三章 5 第5节 洛伦兹力的应用 Word版含解析.pdf（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 1.如图所示， ab 是一弯管， 其中心线是半径为 R 的一段圆弧， 将它置于 一给定的匀强磁场中， 磁场的方向垂直于圆弧所在平面，并指向纸 外 有一束粒子对准 a 端射入弯管， 粒子有不同的速度，不同的质量， 但都是一价正离子则( ) A只有速度大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 B只有质量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 C只有 mv 乘积大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 D只有能量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 解析：选 C.由 r得，当 r、q、B 相同时，mv 乘积大小相同，但 m 不一定相同，v 也不 mv qB 一定相同，故选项 A、B、D 错，C 对 2(多选)用回旋
2、加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的 4 倍，原则上可 以采用下列哪几种方法( ) A将其磁感应强度增大为原来的 2 倍 B将其磁感应强度增大为原来的 4 倍 C将 D 形盒的半径增大为原来的 2 倍 D将 D 形盒的半径增大为原来的 4 倍 解析：选 AC.质子在回旋加速器中做圆周运动的半径 r，故动能 Ek，所以要使 mv qB q2B2r2 2m 动能变为原来的 4 倍， 应将磁感应强度 B 或 D 形盒半径增大为原来的 2 倍， A、 C 对， B、 D 错 3.(多选)如图所示，有一混合正离子束先后通过正交电磁场区域和匀 强磁场区域，如果 这束正离子束在区域中不偏转，
3、进入区域后偏 转半径 R 相同， 则它们具有相同的( ) A电荷量 B质量 C速度 D比荷 解析 ： 选 CD.正交电磁场区域实际上是一个速度选择器， 这束正离子在区域中均不偏转， 说明它们具有相同的速度在区域中半径相同，R，所以它们应具有相同的比荷正 mv qB 确选项为 C、D. 4(多选)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子 P和 P3， 经电压为 U 的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为 B、方向垂直纸面 向里、有一定宽 度的匀强磁场区域， 如图所示， 已知离子 P在磁场中转过30后从磁场右 边界射出在电场和磁场中运动时，离子 P和 P3( ) A在电场中的加速度之比为 11
4、 B在磁场中运动的半径之比为13 C在磁场中转过的角度之比为 12 D离开电场区域时的动能之比为 13 解析：选 BCD.应用动能定理和圆周运动规律分析两种离子的速度关系及在磁场中运动的半 径关系，结合几何知识分析两离子在有界磁场中的偏转角 磷离子P与P3电荷量之比q1q213， 质量相等， 在电场中加速度a， 由此可知， a1 qE m a213，选项 A 错误 ； 离子进入磁场中做圆周运动的半径 r，又 qU mv2，故有 r mv qB 1 2 ， 即 r1r21， 选项 B 正确 ； 设离子 P3在磁场中偏转角为 ， 则 sin ， sin 1 B 2mU q 3 d r2 (d 为磁
5、场宽度)，故有 sin sin 1，已知 30，故 60，选项 C 正 d r1 3 确 ； 全过程中只有电场力做功， WqU， 故离开电场区域时的动能之比即为电场力做功之比， 所以 Ek1Ek2W1W213，选项 D 正确 5.如图为质谱仪的示意图速度选择部分的匀强电场场强 E1.2105 V/m，匀强磁场的磁感应强度为 B10.6 T偏转分离器的磁感应强度 为 B20.8 T求： (1)能通过速度选择器的粒子速度有多大？ (2)质子和氘核进入偏转分离器后打在底片上的条纹之间的距离 d 为多 少？(已知质子的质量为 1.661027 kg，电量为 1.61019 C) 解析：(1)能通过速度
6、选择器的粒子所受电场力和洛伦兹力等大反向 即 eB1veE，v m/s2105 m/s. E B1 1.2 105 0.6 (2)粒子进入磁场 B2后做圆周运动，洛伦兹力提供向心力 eB2vm，R. v2 R mv B2e 设质子质量为 m，则氘核质量为 2m 则：d225.2103 m. 2mv B2e mv B2e 答案：(1)2105 m/s (2)5.2103 m 一、单项选择题 1处在匀强磁场内部的两个电子 A 和 B 分别以速率 v 和 2v 垂直于磁场开始运动，经磁场 偏转后，哪个电子先回到原来的出发点( ) A条件不够无法比较 BA 先到达 CB 先到达 D同时到达 解析 ：
7、选 D.由周期公式 T可知，运动周期与速度 v 无关两个电子各自经过一个周期 2m qB 又回到原来的出发点，故同时到达，选项 D 正确 2.电子 e 以垂直于匀强磁场的速度 v，从 a 点进入长为 d、宽为 L 的磁场 区域，偏转后从b点离开磁场，如图所示，若磁场的磁感应强度为B，那 么 ( ) A电子在磁场中的运动时间 td/v B电子在磁场中的运动时间 t/vab C洛伦兹力对电子做的功是 WBevL D电子在 b 点的速度大于 v 解析：选 B.粒子在磁场中做匀速圆周运动，速度大小不变，洛伦兹力不做功 3.如图为电视机显像管的偏转线圈示意图， 线圈中心 O 处的黑点表示电子 枪射出的电
8、子， 它的方向垂直纸面向外当偏转线圈中的电流方向如图所 示时，电子束应( ) A向左偏转 B向上偏转 C向下偏转 D不偏转 解析：选 C.由安培定则可以判断出两个线圈的左端均是 N 极，磁感线分布 如图所示再由左手定则判断出电子应向下偏转，C 项正确 4如图是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进 入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度 分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片 A1A2.平板 S 下方有磁感应强度为 B0的匀强磁场 下列表述不正确的是 ( ) A质谱仪是分析同位素的重要工具 B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C能通过
9、狭缝 P 的带电粒子的速率等于E B D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的荷质比越小 解析：选 D.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，故 A 选项正确；速度 选择器中电场力和洛伦兹力是一对平衡力，即 ： qvBqE，故 v ，根据左手定则可以确定， E B 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外， 故B、 C选项正确 ； 粒子在匀强磁场中运动的半径r ，即粒子的荷质比 ，由此看出粒子的运动半径越小，粒子打在胶片上的位置越靠 mv qB0 q m v B0r 近狭缝 P，粒子的荷质比越大，故 D 选项错误 5 如图所示， 有 a、 b、 c、 d 四个离子， 它们带等量同种电
10、荷， 质量不等， 且有 mambqE，所以 d 离子穿过 速度器时必向右偏射向P2； 因为， 所以在B2中偏转半径较小而射到A1的是b离子， mbvb qB2 mcvc qB2 在 B2中偏转半径较大而射到 A2的是 c 离子故 A 正确 二、多项选择题 61922 年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学 奖 若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示， 则下列相关说法中 正确的是( ) A该束粒子带负电 B速度选择器的 P1极板带正电 C在 B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大 D在 B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小 解析：选 BD.由
11、粒子在磁场中的偏转情况可判断粒子带正电，A 错误；速度选择器中粒子受 力平衡，可知粒子受到的电场力向下，P1极板带正电，B 正确 ； 在磁场中粒子在洛伦兹力作 用下做匀速圆周运动，可知半径 r，C 错误，D 正确 mv qB 7.在圆形区域里， 有匀强磁场， 方向如图所示， 有一束速率各不相同的质子自 A 点沿半径方向射入磁场，这些质子在磁场中( ) A运动时间越长的，其轨迹所对应的圆心角越大 B运动时间越长的，其轨迹越长 C运动时间越短的，射出磁场时，速率越小 D运动时间越短的，射出磁场时，速度方向偏转越小 解析 ： 选 AD.带电粒子在磁场中做部分圆周运动，求所用的时间可用公式 tT，是恒
12、 2 T 2 量所以 t 和轨迹所对应的圆心角 成正比，故 A 正确 ； 运动时间长，轨迹对应的圆心角 大，而轨迹长度 sR，如果半径较小，s 也不一定就大，故 B 错误；运动时间短，则所对 应的圆心角就小，由此题给出的圆形磁场分析轨迹半径应较大，由 R知，速度应较大， mv qB 故 C 错误；由几何知识知道粒子在磁场中运动偏转角等于圆心角，故运动时间短的，射出 磁场时速度方向偏转也小，故 D 正确 8 在垂直纸面的匀强磁场中， 有不计重力的甲、 乙两个带电粒子， 在纸面内做匀速圆周运动， 运动方向和轨迹示意如图则下列说法中正确的是( ) A甲、乙两粒子所带电荷种类不同 B若甲、乙两粒子所带
13、电荷量及运动的速率均相等，则甲粒子的质量较大 C若甲、乙两粒子的速率相等，则甲粒子比荷较小 D该磁场方向一定是垂直纸面向里 解析：选 BC.从图中可知两个粒子在相切点的速度方向相反，从图中可知两者受到的洛伦兹 力方向相反，所以两个粒子所带电荷种类相同，A 错误 ； 根据半径公式 r，从图中可知 r mv Bq 甲r乙，若速率和电荷量相同，则可知 m甲m乙，B 正确；根据 r ，r甲r乙可得若速 mv Bq 率相等，在同一个磁场中磁感应强度相同，故甲粒子比荷较小，C 正确；由于粒子的带电性 质不确定，所以无法判断磁感应强度方向，D 错误 9 回旋加速器是加速带电粒子的装置， 其核心部分是分别与高
14、频交流电极 相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时 都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子 射出时的动能，则下列说法中正确的是( ) A增大匀强电场间的加速电压 B增大磁场的磁感应强度 C增加周期性变化的电场的频率 D增大 D 形金属盒的半径 解析 ： 选 BD.粒子最后射出时的旋转半径为 D 形盒的最大半径 R，R，Ek mv2. mv qB 1 2 q2B2R2 2m 可见， 要增大粒子射出时的动能， 应增大磁感应强度 B 或 D 形盒的半径 R， 故正确答案为 B、 D. 10.如图所示为圆柱形区域的横截面，
15、在没有磁场的情况下，带电粒子(不 计重力)以某一初速度沿截面直径方向入射， 穿过此区域的时间为 t.在该区 域加沿圆柱轴线方向的匀强磁场， 磁感应强度为 B， 带电粒子仍以同一初 速度沿截面直径入射， 粒子飞出此区域时， 速度方向偏转 60角，如图所示根据上述条件 能求下列物理量中的哪几个( ) A带电粒子的荷质比 B带电粒子在磁场中运动的时间 C带电粒子在磁场中运动的半径 D带电粒子在磁场中运动的角速度 解析：选 ABD.设磁场区域的半径为 R，不加磁场时，带电粒子速度的表达式为 v2R t 带电粒子在磁场中运动半径由题图可知 rRcot 30R3 由粒子在磁场中运动的轨道半径公式可得R3
16、mv qB 由以上三式可得 ， q m 2 3Bt 周期 Tt， 2m qB 2 3qBt 2 qB 3 在磁场中运动时间 t t， T 6 3 6 运动角速度 ，所以选 ABD. 2 T 2 3t 2 3 3t 三、非选择题 11 已知回旋加速器 D 形盒内匀强磁场的磁感应强度 B1.5 T， D 形盒的半径为 R60 cm， 两盒间隙 d1.0 cm，两盒间电压 U2.0104 V，今将粒子接近间隙中心某点向 D 形盒 内以近似于零的初速度垂直于半径的方向射入，求粒子在加速器内运动的时间(不计粒子 在电场中运动的时间) 解析 ： 回旋加速器最基本的原理是电场加速，磁场偏转由于被加速粒子做圆
17、周运动的周期 与速度无关， 是恒定的， 每一周期粒子被加速两次， 得到粒子最后的能量， 即可知加速次数， 进一步可知经历几个周期， 就可求出总的运动时间 粒子在 D 形盒中运动的最大半径为 R， 由洛伦兹力提供向心力可得：qvmaxBm 得 v R vmax，根据上面的分析得到的结论可知： BqR m 粒子获得的最大动能 Ekmax mv 1 2 2max B2q2R2 2m 粒子被加速的次数为 n Ekmax qU B2qR2 2mU 则粒子在加速器中运动的总时间 t T s n 2 B2qR2 4mU 2m Bq BR2 2U 3.14 1.5 0.36 2 2.0 104 4.2105
18、s. 答案：4.2105 s 12一圆筒的横截面如图所示，其圆心为 O.筒内有垂直于纸面 向里的匀强磁场，磁感应强度为 B.圆筒下面有相距为 d 的平行 金属板 M、 N， 其中 M 板带正电荷，N 板带等量负电荷 质量为 m、 电荷量为q的带正电粒子自M板边缘的P处由静止释放， 经N板 的小孔 S以速度 v沿半径 SO 方向射入磁场中粒子与圆筒发生 两次碰撞后仍从 S 孔射出， 设粒子与圆筒碰撞过程中没有动能损 失，且电荷量保持不变，在不计重力的情况下，求： (1)M、N 间电场强度 E 的大小； (2)圆筒的半径 R. 解析：(1)设两板间的电压为 U，由动能定理得 qU mv2 1 2 由匀强电场中电势差与电场强度的关系得 UEd 联立式可得 E. mv2 2qd (2)粒子进入磁场后做匀速圆周运动，运用几何关系作出圆心为 O，圆半径为 r.设第一次碰 撞点为 A，由于粒子与圆筒发生两次碰撞又从 S 孔射出，因此，SA 弧所对的圆心角AOS 等于. 3 由几何关系得 rRtan 3 粒子运动过程中洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律，得 qvBm v2 r 联立式得 R. 3mv 3qB 答案：(1) (2) mv2 2qd 3mv 3qB