2026年河北省人教版高中物理选修第三册第9章课后练习题

2026年河北省人教版高中物理选修第三册第9章课后练习题一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在研究带电粒子在正交电磁场中的运动时，若电场强度E与磁场强度B方向相互垂直，且粒子初速度v与电场方向平行，则粒子将做何种运动？A.匀速直线运动B.匀变速直线运动C.匀速圆周运动D.变速圆周运动解析：带电粒子在正交电磁场中，若v∥E，则电场力FqE做正功使粒子速度变化，同时洛伦兹力FqvB提供向心力使粒子偏转。由于电场力与速度方向始终一致，粒子动能持续增加，但洛伦兹力始终垂直速度方向，故粒子轨迹为抛物线而非圆周运动。选项B错误，选项C错误，选项D错误，正确答案为A。2.一电子以速度v0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其运动周期T与哪些因素有关？A.电子电量B.电子质量C.磁感应强度BD.电子速度v0解析：电子做匀速圆周运动时，周期公式为T=2πm/qB，其中m为电子质量，q为电子电量，B为磁感应强度。速度v0不影响周期，但影响轨道半径r=mv0/qB。选项A、B、C正确，选项D错误，正确答案为A、B、C。3.在回旋加速器中，若要增大带电粒子射出的能量，应如何调整加速器参数？A.增大磁感应强度BB.减小磁感应强度BC.增大加速电压UD.减小加速电压U解析：回旋加速器中，粒子最大动能Emax=1/2mv0²=EqBr0，其中r0为最大半径。为增大Emax，可增大B或r0。由于r0受轨道半径限制，主要通过增大B实现。同时，加速电压U决定每次加速的能量增量ΔE=eqU，增大U可提高加速效率。选项A、C正确，选项B、D错误，正确答案为A、C。4.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若磁场方向突然反向，质子将如何运动？A.继续做圆周运动，半径不变B.做直线运动C.做螺旋运动D.做椭圆运动解析：磁场反向时，洛伦兹力方向反向，质子轨迹变为顺时针圆周运动。若初始速度方向不变，质子将沿原轨迹继续运动但方向相反。若速度方向与原方向夹角不为零，则轨迹发生偏转但半径不变。选项A正确，选项B、C、D错误，正确答案为A。5.在示波管中，电子束经加速电压U加速后进入偏转电场，若偏转电压为Ud，电子偏转距离y与哪些因素成正比？A.UB.UdC.BD.电子质量m解析：电子在偏转电场中做类平抛运动，偏转距离y=(eUdL)/(2meU)，其中L为电场长度。可见y与Ud成正比，与U成反比，与m成反比，与B无关。选项B正确，选项A、C、D错误，正确答案为B。6.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若磁场强度减为原来的一半，质子运动周期如何变化？A.增大一倍B.减半C.不变D.变为原来的√2倍解析：质子周期T=2πm/qB，当B减为1/2时，T变为2倍。选项A正确，选项B、C、D错误，正确答案为A。7.在质谱仪中，不同质量的离子经同一电场加速后进入同一磁场，为分离不同离子，应如何设计磁场？A.磁场强度相同，轨道半径不同B.磁场强度不同，轨道半径相同C.磁场强度与离子质量成正比D.磁场强度与离子速度成正比解析：质谱仪中，离子轨道半径r=mv0/qB，为分离不同离子，需保持r不同而v0、q相同，则需不同B。选项A正确，选项B错误，选项C、D错误，正确答案为A。8.一电子以速度v0垂直进入宽度为d的狭长磁场区域，为使电子能穿出磁场，磁感应强度B应满足什么条件？A.B≥mv0/eqdB.B≤mv0/eqdC.B=mv0/eqdD.B与v0无关解析：电子在磁场中做圆周运动，最小半径rmin=mv0/eq。为穿出磁场，需rmin≤d，即B≥mv0/eqd。选项A正确，选项B、C、D错误，正确答案为A。9.在霍尔效应实验中，若电流方向与磁场方向平行，则霍尔电压如何产生？A.磁场力使载流子偏转B.电流热效应C.电磁感应D.静电平衡解析：霍尔电压产生机制是洛伦兹力使载流子偏转，在两端形成电场抵消洛伦兹力。选项A正确，选项B、C、D错误，正确答案为A。10.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若磁场方向与速度方向夹角为θ（θ≠0°或180°），质子将如何运动？A.做直线运动B.做螺旋运动C.做圆周运动D.做椭圆运动解析：洛伦兹力始终垂直速度方向，质子做匀速圆周运动。若θ=0°或180°，速度与磁场平行，洛伦兹力为零，做直线运动。选项C正确，选项A、B、D错误，正确答案为C。二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.一电子以速度v0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其做匀速圆周运动的半径为r，若电子电量不变，质量变为2倍，则半径变为________。解析：半径公式r=mv0/qB，质量变为2倍时，半径变为原半径的一半。参考答案：r/2。2.在回旋加速器中，若加速电压为U，磁感应强度为B，粒子电量与质量之比为q/m，则粒子射出时的最大动能Ek=________。解析：最大动能Ek=1/2mv0²=EqBr0=1/2(q/m)B²r0²，其中r0为最大半径。参考答案：(1/2)(q/m)B²r0²。3.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期为T，若磁场强度变为原来的2倍，则周期变为________。解析：周期公式T=2πm/qB，磁场强度变为2倍时，周期变为原周期的一半。参考答案：T/2。4.在示波管中，电子束经加速电压U加速后进入偏转电场，电场长度为L，偏转电压为Ud，电子偏转距离y=________。解析：y=(eUdL)/(2meU)。参考答案：(eUdL)/(2meU)。5.一电子以速度v0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其做匀速圆周运动的角速度ω=________。解析：角速度ω=v/r=mv0/(mv0/qB)=qB/m。参考答案：qB/m。6.在质谱仪中，不同质量的离子经同一电场加速后进入同一磁场，为分离不同离子，需保持________相同。解析：为分离不同离子，需保持轨道半径不同，即保持速度v0相同。参考答案：速度v0。7.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若磁场方向与速度方向夹角为θ（θ≠0°或180°），则质子做匀速圆周运动的半径r=________。解析：半径公式r=mv0sinθ/qB，其中θ为速度与磁场夹角。参考答案：mv0sinθ/qB。8.在霍尔效应实验中，若电流方向与磁场方向平行，则霍尔电压产生的机制是________。解析：霍尔电压产生的机制是洛伦兹力使载流子偏转，在两端形成电场。参考答案：洛伦兹力使载流子偏转。9.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期为T，若质子质量变为原来的2倍，则周期变为________。解析：周期公式T=2πm/qB，质量变为2倍时，周期变为原周期的√2倍。参考答案：√2T。10.在回旋加速器中，若加速电压为U，磁感应强度为B，粒子电量与质量之比为q/m，则粒子每次加速获得的能量增量ΔE=________。解析：每次加速获得的能量增量ΔE=eqU。参考答案：eqU。三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在匀强磁场中，带电粒子做匀速圆周运动时，洛伦兹力不做功。解析：洛伦兹力始终垂直速度方向，不做功。正确。2.回旋加速器中，粒子射出的能量与加速电压成正比。解析：粒子射出的能量与加速电压成正比（ΔE=eqU）。正确。3.在示波管中，电子束经加速电压U加速后进入偏转电场，偏转距离与偏转电压Ud成正比。解析：偏转距离y=(eUdL)/(2meU)，与Ud成正比。正确。4.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若磁场方向与速度方向平行，则质子做直线运动。解析：磁场方向与速度方向平行时，洛伦兹力为零，质子做直线运动。正确。5.在质谱仪中，不同质量的离子经同一电场加速后进入同一磁场，为分离不同离子，需保持磁场强度不同。解析：为分离不同离子，需保持轨道半径不同，即保持速度v0相同，磁场强度B可相同。错误。6.在霍尔效应实验中，若电流方向与磁场方向平行，则霍尔电压产生的机制是电流热效应。解析：霍尔电压产生的机制是洛伦兹力使载流子偏转，与电流热效应无关。错误。7.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期为T，若质子质量变为原来的2倍，则周期变为2T。解析：周期公式T=2πm/qB，质量变为2倍时，周期变为原周期的√2倍。错误。8.在回旋加速器中，若加速电压为U，磁感应强度为B，粒子电量与质量之比为q/m，则粒子射出时的最大动能Ek=(1/2)(q/m)B²L²。解析：最大动能Ek=1/2(q/m)B²r0²，其中r0为最大半径，题目未给出r0，故错误。9.一电子以速度v0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其做匀速圆周运动的半径r=mv0/qB。解析：公式正确。正确。10.在示波管中，电子束经加速电压U加速后进入偏转电场，偏转距离与加速电压U成反比。解析：偏转距离y=(eUdL)/(2meU)，与U成反比。正确。四、简答题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1.简述回旋加速器的工作原理。参考答案：回旋加速器利用交变电场加速带电粒子，利用匀强磁场使粒子偏转做圆周运动。粒子每经过半圆周，电场方向改变一次，粒子能量逐渐增加。解析：回旋加速器核心原理是利用洛伦兹力提供向心力使粒子偏转，交变电场提供加速电压。解析需包含洛伦兹力公式、轨道半径公式、周期公式等核心知识点。2.解释霍尔电压的产生机制。参考答案：霍尔电压产生机制是洛伦兹力使载流子偏转，在两端形成电场，当洛伦兹力与电场力平衡时，两端产生电压。解析：需解释载流子运动方向、洛伦兹力方向、电场力方向、电荷分布等细节。3.说明质谱仪的原理及其应用。参考答案：质谱仪原理是利用电场加速离子，磁场分离不同质量离子，根据轨道半径判断离子质量。应用包括同位素分析、物质成分检测等。解析：需包含电场加速公式、磁场分离公式，并说明质谱仪在科学研究中的具体应用场景。4.分析带电粒子在正交电磁场中的运动特点。参考答案：带电粒子在正交电磁场中，若v∥E，则做类平抛运动；若v⊥E且v⊥B，则做匀速圆周运动；若v与E、B成任意角，则做螺旋运动。解析：需分类讨论不同速度方向下的运动轨迹，并给出数学表达式。5.解释回旋加速器中粒子射出能量的限制因素。参考答案：回旋加速器中粒子射出能量的限制因素包括相对论效应（速度接近光速时质量增加）、磁场半径限制、加速电压限制等。解析：需结合相对论质量公式、轨道半径公式、能量公式分析限制因素。6.说明示波管中电子束偏转的原理。参考答案：示波管中电子束偏转原理是利用偏转电场对电子施加电场力，使电子做类平抛运动，偏转距离与偏转电压成正比。解析：需包含电场力公式、偏转距离公式，并说明偏转角度与电压的关系。7.分析带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件。参考答案：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件是速度方向与磁场方向垂直，洛伦兹力提供向心力。轨道半径与速度、磁场强度有关。解析：需包含向心力公式、洛伦兹力公式，并说明轨道半径公式。8.解释质谱仪中离子分离的原理。参考答案：质谱仪中离子分离原理是利用磁场对离子施加洛伦兹力，不同质量离子轨道半径不同，根据轨道半径判断离子质量。解析：需包含轨道半径公式，并说明如何通过轨道半径差异实现分离。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.一电子以速度v0=1.0×10⁶m/s垂直进入磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场中，求电子做匀速圆周运动的半径和周期。参考答案：半径r=mv0/qB=(9.1×10⁻³¹kg)(1.0×10⁶m/s)/(1.6×10⁻¹⁹C)(0.5T)=1.14×10⁻²m；周期T=2πm/qB=1.57×10⁻⁸s。解析：需列出半径公式、周期公式，并代入数值计算。2.在回旋加速器中，若加速电压为U=2.0×10⁵V，磁感应强度为B=0.3T，粒子电量与质量之比为q/m=1.76×10¹¹C/kg，求粒子射出时的最大动能。参考答案：最大动能Ek=(1/2)(q/m)B²r0²，其中r0为最大半径。假设轨道半径为1m，Ek=3.2×10⁻¹³J。解析：需列出动能公式，并说明如何确定轨道半径（题目未给出，需假设）。3.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期为T=1.0×10⁻⁸s，求磁感应强度B。参考答案：周期公式T=2πm/qB，B=2πm/qT=(9.1×10⁻³¹kg)/(1.6×10⁻¹⁹C)(1.0×10⁻⁸s)=1.8T。解析：需列出周期公式，并代入数值计算。4.在示波管中，电子束经加速电压U=1.0×10⁵V加速后进入偏转电场，电场长度为L=0.1m，偏转电压为Ud=100V，求电子偏转距离。参考答案：偏转距离y=(eUdL)/(2meU)=1.6×10⁻¹⁹C(100V)(0.1m)/(2)(9.1×10⁻³¹kg)(1.0×10⁵V)=8.8×10⁻⁴m。解析：需列出偏转距离公式，并代入数值计算。5.一电子以速度v0=2.0×10⁶m/s垂直进入磁感应强度为B=0.2T的匀强磁场中，求电子穿出宽度为d=0.1m的磁场区域所需的最小磁感应强度。参考答案：最小半径rmin=mv0/qB，需rmin≤d，B≥mv0/eqd=(9.1×10⁻³¹kg)(2.0×10⁶m/s)/(1.6×10⁻¹⁹C)(0.1m)=1.1T。解析：需列出最小半径公式，并代入数值计算。6.在霍尔效应实验中，若电流方向与磁场方向平行，电流强度为I=1.0A，导线宽度为a=0.1m，磁感应强度为B=0.5T，求霍尔电压。参考答案：霍尔电压Ud=BIL=(0.5T)(1.0A)(0.1m)=0.05V。解析：需列出霍尔电压公式，并代入数值计算。7.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若磁场方向与速度方向夹角为30°，速度v0=1.0×10⁶m/s，磁感应强度为B=0.3T，求质子做匀速圆周运动的半径。参考答案：半径r=mv0sinθ/qB=(9.1×10⁻³¹kg)(1.0×10⁶m/s)sin30°/(1.6×10⁻¹⁹C)(0.3T)=9.1×10⁻³m。解析：需列出半径公式，并代入数值计算。8.在回旋加速器中，若加速电压为U=1.5×10⁵V，磁感应强度为B=0.4T，粒子电量与质量之比为q/m=1.8×10¹¹C/kg，求粒子每次加速获得的能量增量。参考答案：每次加速获得的能量增量ΔE=eqU=(1.6×10⁻¹⁹C)(1.5×10⁵V)=2.4×10⁻¹³J。解析：需列出能量增量公式，并代入数值计算。【标准答案及解析】一、单项选择题1.A2.A、B、C3.A、C4.A5.B6.A7.A8.A9.A10.C二、填空题1.r/212.(1/2)(q/m)B²r0²13.T/214.(eUdL)/(2meU)15.qB/m2.速度v017.mv0sinθ/qB18.洛伦兹力使载流子偏转19.√2T3.eqU三、判断题1.√22.√23.√24.√25.×26.×27.×28.×29.√30.√四、简答题1.回旋加速器利用交变电场加速带电粒子，利用匀强磁场使粒子偏转做圆周运动。粒子每经过半圆周，电场方向改变一次，粒子能量逐渐增加。解析：回旋加速器核心原理是利用洛伦兹力提供向心力使粒子偏转，交变电场提供加速电压。周期公式T=2πm/qB，轨道半径公式r=mv0/qB，最大动能Ek=1/2mv0²=EqBr0。2.霍尔电压产生机制是洛伦兹力使载流子偏转，在两端形成电场，当洛伦兹力与电场力平衡时，两端产生电压。解析：载流子运动方向与电流方向相同，正电荷向上运动，负电荷向下运动。洛伦兹力方向与磁场方向垂直，正电荷受向右洛伦兹力，负电荷受向左洛伦兹力。电荷聚集在两端形成电场，当洛伦兹力与电场力平衡时，两端产生电压。3.质谱仪原理是利用电场加速离子，磁场分离不同质量离子，根据轨道半径判断离子质量。应用包括同位素分析、物质成分检测等。解析：质谱仪工作流程：离子经电场加速后进入磁场，不同质量离子轨道半径不同，r=mv0/qB，通过测量轨道半径差异实现质量分离。应用包括同位素分离、有机物结构分析等。4.带电粒子在正交电磁场中，若v∥E，则做类平抛运动；若v⊥E且v⊥B，则做匀速圆周运动；若v与E、B成任意角，则做螺旋运动。解析：类平抛运动：电场力做功使粒子速度变化，洛伦兹力提供向心力；匀速圆周运动：洛伦兹力始终垂直速度方向；螺旋运动：速度与磁场夹角不为零，轨迹为螺旋线。5.回旋加速器中粒子射出能量的限制因素包括相对论效应（速度接近光速时质量增加）、磁场半径限制、加速电压限制等。解析：相对论效应：mv0²/2→(γmc²-mc²)/2，γ=1/√(1-v²/c²)，当v接近c时，γ→∞，能量无法继续增加；磁场半径限制：r=mv0/q