内蒙古高三物理 单元知识点测试51《带电粒子在磁场中的运动》

1 内蒙古新人教版物理高三单元测试内蒙古新人教版物理高三单元测试 5151 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动 学校 姓名 班级 考号 注意事项 1 答题前填写好自己的姓名 班级 考号等信息 2 请将答案正确填写在答题卡上 第第 I I 卷 选择题卷 选择题 共共 4545 分 分 评卷人得分 一 选择题 本题共 15 小题 每小题 3 分 共 45 分 在每小 题给出的四个选项中 有的小题只有一个选项正确 有的小题 有多个选项正确 全部选对的得 3 分 选对但不全的得 2 分 错选或不答的得 0 分 1 目前 世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机 如图表示它的原理 将一束等离 子体喷射入磁场 在磁场中有两块金属板 A B 这时金属板上就会聚集电荷 产生电压 以 下说法不正确的是 A B 板带正电 B A 板带正电 C 其他条件不变 只增大射入速度 UAB 增大 D 其他条件不变 只增大磁感应强度 UAB 增大 2 回旋加速器是获得高能带电粒子的 种装置 其核心部分是分别与高频交流电源的两极相 连的两个 D 形盒 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 下列说法正确的是 A 两 D 形金属盒之间的电压越大 带电粒子从 D 形盒射出时的动能越大 2 B 两 D 形金属盒的半径越大 带电粒子从 D 形盒中射山时的动能越大 C 高频交流的周期是带电粒子做圆周运动周期的 2 倍 D 同一回旋加速器对比荷不同的带电粒子加速 要调节高频交流的频率 3 如图 一束电子以不同的速率沿图示方向飞入横截面是正方形的匀强磁场 则电子 A 速率越大 在磁场中运动时间越长 B 在磁场中运动时间越长 其轨迹弧线越长 C 在磁场中运动的轨迹线所对应的圆心角最大是 D 在磁场中运动时间相同 其轨迹线一定重合 4 静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核 沿垂直于磁场方向放射出一个粒子后得到两 个圆形轨迹 经测量轨迹半径之比为 42 1 则 A 反冲核的核电荷数与粒子电荷数的比为 42 1 B 反冲核的速率与粒子速率的比为 1 42 C 反冲核的质量与粒子的质量比为 42 1 D 反冲核运动的周期与粒子的运动周期比为 1 42 5 质量为 m 电量为 q 的带正电小物块在磁感应强度为 B 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 沿动摩擦因数为 的绝 缘水平面以初速度v0开始向左运动 如图 10 所示 物块 经时间 t 移动距离 x 后停了下来 设此过程中 q 不变 则 3 A x B xD t 2 0 2 v g 2 0 2 v g 0 0 mv mgqv B 0 0 mv mgqv B 6 如图 5 所示 在真空区域 中存在两个匀强电场 其电场 线方向竖直向下 在区域 中有一个带负电的油滴沿电场线 以速度v0匀速下落 并进入区域 电场范围足够大 能描 述粒子在两个电场中运动的速度 时间图象是 以v0方向 为正方向 7 处在非匀强磁场中的闭合金属环从曲面上h高处滚下 又沿曲面的另一侧上升到最大高度 设环的初速度为零 摩擦不计 曲面处在图 8 所示的磁场中 则此过程中 A 环滚上的高度小于h B 环滚上的高度等于h C 环中无感应电流产生 D 环损失的机械能等于环产生的焦耳热 4 8 若粒子刚好能在如图所示的竖直面内做匀速圆周运动 则可以判断 A 粒子运动中机械能守恒 B 粒子带负电 C 只能是逆时针运动 D 只能是顺时针运动 9 介子衰变的方程为 其中介子和介子带负的元电荷e 0介子不带 K 0 K K 电 如图所示 两匀强磁场方向相同 以虚线MN为理想边界 磁感应强度分别为 B1 B2 今有一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中 其轨迹为圆弧AP P K 在MN上 在P点时的速度为v 方向与MN垂直 在P点该介子发生了上述衰变 衰 K 变后产生的介子沿v反方向射出 其运动轨迹为如图虚线所示的 心 形图线 则以 下说法正确的是 A 介子的运行轨迹为PENCMDP B 介子运行一周回到P用时为 eB m T 2 2 C B1 4B2 D 0介子作匀速直线运 10 电子以初速度V0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中 则 A 磁场对电子没有作用力 B 磁场对电子的作用力始终不变 C 磁场对电子的作用力始终不做功 D 电子始终沿直线运动 11 如图所示为圆柱形区域的横截面 在该区域加沿圆柱轴线方向的匀强磁场 带电粒子 不 计重力 第一次以速度v1沿截面直径从 q 点入射 粒子飞出磁场区域时 速度方向偏转 60 角 该带电粒子第二次以速度v2从同一点沿同一方向入射 粒子飞出磁场区域时 速度方向 偏转 90 角 则带电粒子第一次和第二次在磁场中运动的 5 A 半径之比为 1 B 速度之比为 1 33 C 时间之比为 2 3 D 时间之比为 3 2 12 三个速度大小不同的同种带电粒子 沿同一方向从图中长方形区域的匀强磁场上边缘射 入 当它们从下边缘飞出时对入射方向的偏角分别为 90 60 30 则它们在磁场中运 动的时间之比为 A 1 1 1 B 1 2 3 C 3 2 1 D 1 23 13 云雾室置于磁场中 一粒子经过云雾室 得知其所带电荷的正负是根据 A 径迹的粗细 B 径迹的长短 C 径迹弯曲的方向 D 所产生离子的多少 14 如图所示 在 的空间中有恒定的匀强磁场 磁感应强度的方向垂直于 0 x0 yxOy 平面向里 大小为 现有一质量为 电量为的带电粒子 在轴上到原点的距离为Bmqx 的P点 以平行于轴的初速度射入磁场 在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出磁场 0 xy 不计重力的影响 由这些信息可以确定的是 6 A 能确定粒子通过y轴时的位置 B 能确定粒子速度的大小 C 能确定粒子在磁场中运动所经历的时间 D 以上三个判断都不对 15 如图所示 PQ是匀强磁场里的一片薄金属片 其表面与磁场方向平行 现有一 粒子从 A 点以垂直PQ的速度v射出 动能为E 射出后 粒子的轨迹如图所示 今测得它在金属 片两边的轨迹的半径之比为 10 9 若 粒子在穿越金属片过程中受到的阻力大小及电量都 不变 则 A 粒子每穿过一次金属片 速度减少 m E2 10 1 B 粒子每穿过一次金属片 动能减少 0 81E C 粒子穿过 5 次金属片后陷在金属片里 D 粒子穿过 9 次金属片后陷在金属片里 第第 IIII 卷 非选择题 卷 非选择题 非选择题 共 55 分 评卷人得分 二 填空题 本题共 3 小题 每小题 4 分 共 12 分 16 电子沿垂直于磁场的方向射入磁场 电子的动量 动能 填 变化或不变 7 电子沿磁场方向射入磁场 电子的动量 动能 填 变化或不变 17 在垂直于纸面向外的匀强磁场中 从 A 处垂直于磁场飞出一批速度相同的粒子 形成如 图的径迹 则 中子的径迹是 质子的径迹是 电子的径迹是 粒子的径迹是 18 边长为 a 的正方形 处于有界磁场如图 一束电子水平射入磁场后 分别从 A 处和 C 处 射出 则 vA vC 所经历的时间之比 tA tB 评卷人得分 三 计算题 本题共 4 小题 共 43 分 解答时应写出必要的文 字说明 方程式和重要的演算步骤 有数值计算的题 答案中 必须明确写出数值和单位 只写出最后答案的不能得分 19 如图所示 直角三角形 OAC 30 区域内有 B 0 5T 的匀强磁场 方向如图所示 两平行极板 M N 接在电压为 U 的直流电源上 左板为高电势 一带正电的粒子从靠近 M 板 由静止开始加速 从 N 板的小孔射出电场后 垂直 OA 的方向从 P 点进入磁场中 带电粒子 的荷质比为 OP 间距离为 l o 3m 全过程不计粒子所受的重力 求 8 1 要使粒子从 OA 边离开磁场 加速电压 U 需满足什么条件 2 粒子分别从 OA OC 边离开磁场时 粒子在磁场中运动的时间 20 如图所示 水平放置的两块长直平行金属板a b相距d 0 10m a b 间的电场强度为 E 5 0 105N C b板下方整个空间存在着磁感应强度大小为B 6 0T 方向垂直纸面向里的匀 强磁场 今有一质量为m 4 8 10 25kg 电荷量为q 1 6 10 18C 的带正电的粒子 不计重力 从贴近a板的左端以v0 1 0 106m s 的初速度水平射入匀强电场 刚好从狭缝P处穿过b 板而垂直进入匀强磁场 最后粒子回到b板的Q处 图中未画出 求 B v0 v P a b d 1 粒子从狭缝P处穿过b板进入匀强磁场的速度大小和方向 2 P Q之间的距离L 21 如图 甲 所示为电视机中显像管的原理示意图 电子枪中的灯丝加热阴极而逸出 电子 这些电子再经加速电场加速后 从 O 点进入偏转磁场中 经过偏转磁场后打到荧 光屏 MN 上 使荧光屏发出荧光形成图象 不计逸出电子的初速度和重力 已知电子的 质量为 m 电荷量为 e 加速电场的电压为 U 偏转线圈产生的磁场场分布在边长为l的 正方形 abcd 区域内 磁场方向垂直纸面 且磁感应强度随时间的变化规律如图 16 乙所 示 在每个周期内磁感应强度都是从 B0均匀变化到 B0 磁场区域的左边界的中点与 O 点重合 ab 边与 OO 平行 右边 界 bc 与荧光屏之间的距离为 s 由于磁场区域较小 且电子运动的速度很大 所以在每个电子通过磁场区域的过程中 可认为磁感应强度不 变 即为匀强磁场 不计电子之间的相互作用 1 求电子射出电场时的速度大小 2 为使所有的电子都能从磁场的 bc 边射出 求偏转线圈产生磁场的磁感应强度的最 大值 9 3 荧光屏上亮线的最大长度是多少 22 如图 18 甲所示 真空中两水平放置的平行金属板 C D 板上分别开有正对的小孔 O1和 O2 两板接在交流电源上 两板间的电压 uCD随时间 t 变化的图线如图 18 乙所示 T 0 时刻开始 从 C 板小孔 O1处连续不断飘入质量 m 3 2 10 25kg 电荷量 q 1 6 10 19C 的带正电的粒子 飘入速度很小 可忽略不计 在 D 板上方有以 MN 为水平上边界的匀 强磁场 MN 与 D 板的距离 d 10cm 匀强磁场的磁感应强度 B 0 10T 方向垂直纸面向里 粒子受到的重力及粒子间的相互作用力均可忽略不计 平行金属板 C D 之间距离足够 小 粒子在两板间的运动时间可忽略不计 求 保留两位有效数字 1 在 C D 两板间电压 U0 9 0V 时飘入小孔 O1的带电粒子进入磁场后的运动半径 2 从 t 0 到 t 4 0 10 2s 时间内飘入小孔 O1的粒子能飞出磁场边界 MN 的飘入时间范 围 3 磁场边界 MN 上有粒子射出的范围的长度 10 试卷答案试卷答案 1 B 2 BD 3 C 4 A 5 BC 6 C 7 AD 8 C 9 BD 10 C 11 AC 12 C 解析解析 根据周期公式 周期正比于运动轨迹所对圆心角 13 C 14 ABC 解析解析 根据已知条件画出运动的轨迹和基本公式即可判断 15 C 解析解析 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨道半径r mv qB 设 粒子第一次穿过金 属片的速度 v 则 所以 v 0 9v 动能减少 根据阻9 10 qB mv qB mv EmvmvEk19 0 2 1 2 1 2 2 力及电量恒定 粒子每穿过一次金属片 动能都减少 0 19E 由 故 粒 5 19 0 6 E E 子穿过 5 次后陷入金属中 16 变化 不变 不变 不变 17 18 1 2 2 1 19 1 如图所示 11 当带电粒子的轨迹与 OC 边相切时为临界状态 则有 解得 R 0 1m 当时 粒子从 OA 边射出 电加速 磁场中 解得 U 125V 2 带电粒子在磁场做圆周运动的周期为 当粒子从 OA 边射出时 粒子在磁场中恰好运动了半个周期 12 当粒子从 OC 边射出时 粒子在磁场中运动的时间小于周期 20 1 粒子从 a 板左端运动到 P 处 由动能定理得 2 分 2 0 2 2 1 2 1 mvmvqEd 代入有关数据 解得 1 分 smv 10 3 32 6 代入数据得 300 2 分 v v0 cos 2 粒子在磁场中做匀速圆周运动 圆心为O 半径为r 如图 由几何关系得 1 分 又 1 0 30sin 2 r L r v mqvB 2 分 联立求得 1 分 代入数据解得L 5 8cm qB mv L 2 分 B v0 v P a b dv O Q 21 1 设电子射出电场的速度为 v 则根据动能定理 对电子的加速过程有 13 4 分 eUmv 2 2 1 解得 3 分 m eU v 2 2 当磁感应强度为 B0或 B0时 垂直于纸面向外为正方向 电子刚好从 b 点或 c 点射出 设此时圆周的半径为 R1 如图所示 根据几何关系有 222 2 lRlR 解得 R 4 分 L 4 5 电子在磁场中运动 洛仑兹力提供向心力 因此有 2 0 R v mevB 解得 4 分 e mU l B 2 5 4 0 3 根据几何关系可知 3 分 3 4 tan 设电子打在荧光屏上离 O 点的最大距离为 d 则 3 分 s l s l d 3 4 2 tan 2 由于偏转磁场的方向随时间变化 根据对称性可知 荧光屏上的亮线最大长度为 1 分 sldD 3 8 2 22 1 设 C D 两板间电压 U0 9 0V 时带电粒子飘入电场从小孔 O2进入磁场的速度为 粒子 0 v 在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R0 根据动能定理和牛顿第二定律