磁场对运动电荷的作用试卷

磁场对运动电荷的作用试卷一、单项选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）关于洛伦兹力，下列说法正确的是（）A.洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向垂直，因此洛伦兹力对电荷不做功B.洛伦兹力的大小与电荷运动速度的大小成正比，与磁场的磁感应强度成正比C.运动电荷在匀强磁场中一定做匀速圆周运动D.正电荷所受洛伦兹力的方向与磁场方向相同，负电荷则相反一带电粒子以速度v垂直射入匀强磁场中，若粒子的电荷量为q、质量为m，磁场的磁感应强度为B，则粒子在磁场中运动的轨道半径和周期分别为（）A.(r=\frac{mv}{qB})，(T=\frac{2\pim}{qB})B.(r=\frac{qB}{mv})，(T=\frac{2\piqB}{m})C.(r=\frac{mv}{qB})，(T=\frac{2\piqB}{m})D.(r=\frac{qB}{mv})，(T=\frac{2\pim}{qB})电子以垂直于磁场方向的速度v射入匀强磁场，若磁场方向垂直于纸面向里，电子的运动轨迹用左手定则判断应为（）A.顺时针圆周B.逆时针圆周C.直线运动D.螺旋线运动一带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若该粒子的电荷量增加为原来的2倍，速度大小不变，磁场强度变为原来的一半，则粒子运动的轨道半径将（）A.变为原来的4倍B.变为原来的2倍C.变为原来的1/2D.不变速度相同的质子和α粒子（氦核）垂直射入同一匀强磁场中，它们的轨道半径之比和周期之比分别为（）A.1:2，1:2B.1:2，1:4C.2:1，1:2D.2:1，1:4如图所示，带电粒子从O点沿x轴正方向射入垂直于纸面向外的匀强磁场中，运动轨迹为圆弧，最终从P点射出磁场。若粒子的电荷量为+q，磁场强度为B，OP距离为d，则粒子的动量大小为（）A.(\frac{qBd}{2})B.(qBd)C.(\frac{qBd}{4})D.(2qBd)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是两个D形金属盒。下列关于回旋加速器的说法正确的是（）A.粒子在D形盒中运动的周期随速度增大而增大B.高频电源的周期应与粒子运动的周期相等C.粒子的最大速度由加速电压决定D.磁场的作用是使粒子获得能量一带电粒子在复合场（电场和磁场并存）中做直线运动，若电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则粒子的运动情况不可能是（）A.带正电粒子做匀速直线运动B.带负电粒子做匀加速直线运动C.粒子做匀速圆周运动D.粒子沿电场线方向运动质谱仪是分析同位素的重要工具，其原理是利用带电粒子在磁场中的偏转。若两种同位素的电荷量相同，质量分别为m1和m2（m1<m2），则它们在磁场中运动的轨道半径之比为（）A.(\sqrt{m1}:\sqrt{m2})B.(m1:m2)C.(\sqrt{m2}:\sqrt{m1})D.(m2:m1)如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场中，有一正三角形边界的有界磁场区域，带电粒子从边界中点垂直射入磁场，若粒子的速度大小为v时恰好从另一边界中点射出，则当速度增大为2v时，粒子将（）A.从原边界的顶点射出B.从原边界的中点外侧射出C.从另一边界的顶点射出D.穿出磁场区域二、多项选择题（本题共5小题，每小题5分，共25分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）关于带电粒子在匀强磁场中的运动，下列说法正确的有（）A.若粒子的速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力作用B.若粒子的速度方向与磁场方向垂直，则做匀速圆周运动C.洛伦兹力始终不做功，因此粒子的动能保持不变D.粒子的运动周期与速度大小无关两个质量相同、电荷量不同的带电粒子a和b，以相同的速度垂直射入同一匀强磁场中，下列说法正确的有（）A.电荷量较大的粒子轨道半径较小B.电荷量较大的粒子运动周期较小C.两粒子的动量大小相等D.两粒子的向心加速度大小与电荷量成正比如图所示，在x轴上方有垂直于纸面向外的匀强磁场，下方有垂直于纸面向里的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小相等。一带电粒子从原点O以速度v沿x轴正方向射出，若粒子带正电，则其运动轨迹可能是（）A.沿x轴做直线运动B.在上下磁场中做对称的半圆运动C.轨迹为周期性的“8”字形D.轨迹为螺旋线关于洛伦兹力和安培力的关系，下列说法正确的有（）A.安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现B.洛伦兹力和安培力的方向都可以用左手定则判断C.安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力也可以对运动电荷做功D.洛伦兹力的大小与电荷的运动速度有关，安培力的大小与电流大小有关带电粒子在有界磁场中的运动问题中，常用到的几何关系有（）A.轨道半径公式(r=\frac{mv}{qB})B.弦长公式(l=2r\sin\theta)（θ为圆心角的一半）C.圆心位置可通过速度垂线和弦的中垂线交点确定D.粒子在磁场中的运动时间(t=\frac{\theta}{2\pi}T)（θ为圆心角）三、填空题（本题共5小题，每小题6分，共30分）电子的电荷量为e，质量为m，以速度v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，其运动轨迹的半径R=，若磁场区域的宽度为d（d<R），则粒子穿过磁场的时间t=。一带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，周期为T，若将磁场的磁感应强度增大为原来的2倍，粒子的周期变为______；若粒子的速度增大为原来的2倍，周期变为______。如图所示，在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，一根长为0.2m的通电导线与磁场方向垂直，导线中的电流为4A，则导线所受安培力的大小为______N；若导线中的自由电子定向移动速度为5×10^-4m/s，每个电子的电荷量为1.6×10^-19C，则导线中单位体积内的自由电子数为______。回旋加速器中，D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，被加速粒子的电荷量为q，质量为m，则粒子的最大动能Ekm=；若加速电压为U，则粒子被加速的次数n=。一带电粒子以速度v沿与磁场方向成30°角的方向射入匀强磁场中，若磁场的磁感应强度为B，粒子的电荷量为q，则粒子所受洛伦兹力的大小为______，粒子将做______运动（填“匀速直线”“匀速圆周”或“螺旋线”）。四、计算题（本题共3小题，共40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，只写出最后答案的不能得分）（12分）如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T，有一电荷量q=2×10^-4C、质量m=1×10^-6kg的带电粒子，从A点以速度v=5×10^2m/s垂直射入磁场，运动轨迹经过B点，已知A、B两点间的距离d=0.1m。求：（1）粒子的运动方向（填“顺时针”或“逆时针”）；（2）粒子从A到B的运动时间；（3）若粒子带负电，运动轨迹将如何变化？（14分）如图所示，在xOy坐标系中，第一象限内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，第四象限内有沿y轴正方向的匀强电场，电场强度E=2×10^3N/C。一带正电粒子从原点O以速度v0=4×10^3m/s沿x轴正方向射入磁场，经磁场偏转后进入电场，最终打在x轴上的P点。已知粒子的电荷量q=1×10^-5C，质量m=2×10^-8kg，不计粒子重力。求：（1）粒子在磁场中运动的轨道半径；（2）粒子进入电场时的位置坐标；（3）P点到原点O的距离。（14分）如图所示，有一宽度为L=0.2m的有界匀强磁场，磁感应强度B=1T，方向垂直纸面向外。一带电粒子以速度v=4×10^5m/s垂直于磁场边界射入磁场，粒子的电荷量q=2×10^-8C，质量m=4×10^-25kg。（1）求粒子在磁场中运动的轨道半径；（2）若粒子恰好不从磁场右边界射出，求粒子入射点到磁场下边界的距离；（3）若磁场的宽度增大为原来的2倍，粒子的运动轨迹将如何变化？求出此时粒子离开磁场时的偏转角度。五、实验题（本题共2小题，共15分）（8分）某实验小组利用如图所示装置探究洛伦兹力的方向。实验步骤如下：①将蹄形磁铁置于水平桌面上，使磁场方向竖直向下；②将一段直导线悬挂在磁场中，导线两端分别与电源正负极相连；③闭合开关，观察导线的运动方向。（1）该实验中，导线所受安培力的方向与洛伦兹力的方向______（填“相同”或“不同”）；（2）若导线中的电流方向从左向右，则导线将向______（填“前”或“后”）运动；（3）若要验证左手定则，需改变______和______的方向，观察导线运动方向是否符合定则判断。（7分）利用带电粒子在磁场中的偏转测量电子的比荷（e/m）实验中，已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，粒子在磁场中运动的轨道直径为d。（1）粒子加速后的动能表达式为______；（2）轨道半径r=；（3）电子比荷的表达式为e/m=。六、综合