2018_2019学年高中物理第三章磁场第6节带电粒子在匀强磁场中的运动课时作业新人教版.docx

第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动随堂检测 1(多选)(2015高考全国卷)有两个匀强磁场区域和，中的磁感应强度是中的k倍两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动与中运动的电子相比，中的电子()A运动轨迹的半径是中的k倍B加速度的大小是中的k倍C做圆周运动的周期是中的k倍D做圆周运动的角速度与中的相等解析：选AC两速率相同的电子在两匀强磁场中做匀速圆周运动，且磁场磁感应强度B1是磁场磁感应强度B2的k倍由qvB得r，即中电子运动轨迹的半径是中的k倍，选项A正确由F合ma得aB，所以，选项B错误由T得Tr，所以k，选项C正确由得，选项D错误2(2016高考全国卷)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍此离子和质子的质量比值约为()A11B12C121 D144解析：选D设加速电压为U，质子做匀速圆周运动的半径为r，原来磁场的磁感应强度为B，质子质量为m，一价正离子质量为M质子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，eUmv，质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，ev1Bm；一价正离子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，eUMv，该正离子在磁感应强度为12B的匀强磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径仍为r，洛伦兹力提供向心力，ev212BM；联立解得Mm1441，选项D正确3(多选)(2018佛山校级联考)如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电量均相同的正、负离子(不计重力)，从点O以相同的速度先后射入磁场中，入射方向与边界成角，则正、负离子在磁场中()A运动时间相同B运动轨迹的半径相同C重新回到边界时速度的大小和方向相同D重新回到边界的位置与O点距离不相等解析：选BC粒子在磁场中运动周期为T，则知两个离子圆周运动的周期相等根据左手定则分析可知，正离子逆时针偏转，负离子顺时针偏转，重新回到边界时正离子的速度偏转角为22，轨迹的圆心角也为22，运动时间tT同理，负离子运动时间tT，显然时间不等，故A错误根据牛顿第二定律得：qvBm得：r，由题意可知m、q、v、B大小均相同，则r相同，故B正确正、负离子在磁场中均做匀速圆周运动，速度沿轨迹的切线方向，根据圆的对称性可知，重新回到边界时速度大小与方向相同，故C正确根据几何知识得知重新回到边界的位置与O点距离x2rsin ，r、相同，则x相同，故D错误4回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m、电荷量为e求：(1)质子最初进入D形盒的动能；(2)质子经回旋加速器最后得到的动能；(3)交流电源的周期解析：(1)质子在电场中加速，由动能定理得：eUEk0，解得EkeU(2)质子在回旋加速器的磁场中绕行的最大半径为R，由牛顿第二定律得evBm质子的最大动能：Ekmaxmv2解得：Ekmax(3)T答案：(1)eU(2)(3)课时作业 学生用书P159(单独成册)一、单项选择题1如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将()A沿路径a运动，轨迹是圆B沿路径a运动，轨迹半径越来越大C沿路径a运动，轨迹半径越来越小D沿路径b运动，轨迹半径越来越小解析：选B由安培定则及左手定则可判断电子运动轨迹向下弯曲，又由r知，B减小，r越来越大，故电子的径迹是a，B正确，A、C、D错误2质谱仪主要由加速电场和偏转磁场组成，其原理图如图设想有一个静止的带电粒子P(不计重力)，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到底片上的D点，设ODx，则图中能正确反映x2与U之间函数关系的是()解析：选A根据动能定理qUmv2得v 粒子在磁场中偏转，洛伦兹力提供向心力qvBm，则Rx2R ，知x2U，故A正确，B、C、D错误3(2018桂林模拟)在回旋加速器中，带电粒子在“D”形金属盒内经过半个圆周所需的时间与下列物理量无关的是()A带电粒子运动的轨道半径B带电粒子的电荷量C带电粒子的质量D加速器的磁感应强度解析：选A设带电粒子的质量为m，电荷量为q，进入磁场时的速率为v，运动的周期为T，轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则根据牛顿第二定律得：qvBmmR带电粒子做圆周运动的周期T因此经过半个圆周所需要的时间与带电粒子的轨道半径无关，与带电粒子的电荷量、质量以及加速器的磁感应强度都有关；故选A4(2018余姚期中)薄铝板将同一匀强磁场分成、两个区域，高速带电粒子可穿过铝板一次，在两个区域运动的轨迹如图，半径R1R2，假定穿过铝板前后粒子电量保持不变，则该粒子()A带正电B在、区域的运动时间相同C在、区域的运动加速度相同D从区域穿过铝板运动到区域解析：选B粒子穿过铝板受到铝板的阻力速度将减小，由r可得粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径将减小，故可得粒子由区域运动到区域，结合左手定则可知粒子带负电，故A、D错误；由T可知粒子运动的周期不变，粒子在区域和区域中运动的时间均为tT，故B正确；根据向心加速度公式a，可知，周期相同，半径不同，所以加速度不同，故C错误5(2018宜宾联考)如图所示，有界匀强磁场边界线SPMN，速率不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场其中穿过a点的粒子速度v1与MN垂直；穿过b点的粒子速度v2与MN成60角，设粒子从S到a、b所需时间分别为t1和t2(带电粒子重力不计)，则t1t2为()A13 B43C32 D11解析：选C粒子在磁场中运动周期的公式为T，由此可知，粒子的运动时间与粒子的速度的大小无关，所以粒子在磁场中的周期相同，由粒子的运动轨迹可知，通过a点的粒子的偏转角为90，通过b点的粒子的偏转角为60，所以通过a点的粒子的运动的时间为T，通过b点的粒子的运动的时间为T，所以从S到a、b所需时间t1t2为32，所以C正确6如图所示，匀强磁场分布在平面直角坐标系的整个第1象限内，磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里一质量为m、电荷量绝对值为q、不计重力的粒子，以某速度从O点沿着与y轴正方向的夹角为30的方向进入磁场，运动到A点时，粒子速度沿x轴正方向下列判断正确的是()A粒子带正电B运动过程中，粒子的速度不变C粒子由O到A经历的时间为tD离开第一象限时，粒子的速度方向与x轴正方向的夹角为30解析：选C根据题意作出粒子运动的轨迹如图所示，根据左手定则判断知，此粒子带负电，故A错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，速度大小不变，但方向改变，所以速度是变化的，故B错误；粒子由O运动到A时速度方向改变了60角，所以粒子轨迹对应的圆心角为60，则粒子由O到A运动的时间为tT，故C正确；粒子在O点时速度与x轴正方向的夹角为60，x轴是直线，根据圆的对称性可知，离开第一象限时，粒子的速度方向与x轴正方向的夹角为60，故D错误7如图，半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面)，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外一电荷量为q(q0)、质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域，射入点与ab的距离为已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60，则粒子的速率为(不计重力)()A BC D解析：选B本题应从带电粒子在磁场中的圆周运动角度入手并结合数学知识解决问题带电粒子从距离ab为处射入磁场，且射出时与射入时速度方向的夹角为60，粒子运动轨迹如图，ce为射入速度所在直线，d为射出点，射出速度反向延长交ce于f点，磁场区域圆心为O，带电粒子所做圆周运动圆心为O，则O、f、O在一条直线上，由几何关系得带电粒子所做圆周运动的轨迹半径为R，由F洛F向得qvB，解得v，选项B正确二、多项选择题8如图所示，速度不同的同种带电粒子(重力不计)a、b沿半径AO方向进入一圆形匀强磁场区域，a、b两粒子的运动轨迹分别为AB和AC，则下列说法中正确的是()Aa、b两粒子均带正电Ba粒子的速度比b粒子的速度大Ca粒子在磁场中的运动时间比b粒子长D两粒子离开磁场时的速度反向延长线一定都过圆心O解析：选CD粒子进入磁场时所受的洛伦兹力向下，根据左手定则知，粒子均带负电，故A错误根据a、b的运动轨迹知，b的轨道半径大于a的轨道半径，根据r知，b粒子的速度大于a粒子的速度，故B错误a粒子在磁场中运动的圆心角大于b粒子在磁场中运动的圆心角，根据T知，两粒子的周期相同，结合t T知，a粒子在磁场中运动的时间大于b粒子在磁场中运动的时间，故C正确进入磁场区域时，速度方向指向圆心O，根据圆的对称性可以知道，离开磁场时，速度一定背离圆心，故D正确9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的磁感应强度和匀强电场的场强分别为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能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小解析：选ABC质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，选项A对；速度选择器中静电力与洛伦兹力是一对平衡力，即qvBqE，故v，选项C对；据左手定则可以确定，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外，选项B对；粒子在匀强磁场中运动的半径r，即粒子的比荷，由此看出粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子运动的半径越小，粒子的比荷越大，选项D错10(2018郑州高二检测)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、A两点间的距离为s，负离子的比荷为，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()AB，垂直纸面向里BB，垂直纸面向里CB，垂直纸面向外DB，垂直纸面向外解析：选BD当磁场方向垂直纸面向里时，其临界轨迹即圆弧与OP相切于M点，如图甲所示，由几何关系得sr1，所以r1s，又因r1，所以B1；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，sr2，得r2，r2，所以B2，选项B、D正确，A、C错误三、非选择题11(2018沈阳高二测试)一质量为m、带电荷量为q的粒子以速度v0从O点沿y轴正方向射入磁感应强度为B的有界匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面粒子飞出磁场区域后，再运动一段时间从b处穿过x轴，速度方向与x轴正方向夹角为30，如图所示不计粒子重力，求：(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径；(2)b点到O点的距离；(3)粒子从O点到b点的时间解析：(1)洛伦兹力提供向心力，qv0Bm，得：R(2)设圆周运动的圆心为a，则：ab2R，ObRab(3)圆周运动的周期T，在磁场中运动的时间t1T离开磁场后运动的距离sRtan 60 ，运动的时间t2粒子由O到b点的总时间tt1t2答案：(1)(2)(3)12质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1，b为速度选择器，磁场与电场正交磁感应强度为B1，板间距离为d，c为偏转分离器，磁感应强度为B2