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与电场强度E方向相同，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，则电场力做功使粒子动能改变，而洛伦兹力不做功，粒子将做匀变速直线运动。选项B正确。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，其运动轨迹半径为r，若要使半径变为2r，下列哪种方法可行？A.将电子速度变为2v0B.将磁感应强度变为2BC.将电子质量变为2倍D.将电子电荷量变为2倍解析：洛伦兹力提供向心力，公式为qvB=m(v²/r)，解得r=mv/qB。要使r变为2r，需v变为2v0或B变为B/2。选项A正确。3.在回旋加速器中，若磁感应强度保持不变，要使带电粒子每次经过D形电极间电场加速后获得的动能增加一倍，应如何调整加速电压？A.增加一倍B.减少一半C.开方增加D.平方增加解析：粒子在磁场中做圆周运动周期T=2πm/qB，与速度无关。每次加速获得的能量ΔE=qU，要使ΔE增加一倍，需U增加一倍。选项A正确。4.一质子在匀强磁场中做半径为R的圆周运动，若质子质量为m、电荷量为e，则该磁场对质子的作用力功率是多少？A.0B.ev²C.evBD.ev²B解析：洛伦兹力不做功，作用力功率为0。选项A正确。5.在示波管中，电子束经加速电压U加速后进入偏转电场，偏转电极长为L、间距为d，若偏转电压为Ud，则电子束偏转距离y为多少？A.L²/UdB.L/UdC.L²d/UdD.Ld/Ud解析：电子在偏转电场中做类平抛运动，水平方向vₓ=√(2eU/m)，竖直方向a=eUd/2em，y=1/2at²=UdL²/4eU，化简得y=LD²/Ud。选项D正确。6.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其运动周期T为多少？A.2πR/BB.2πm/BqC.2πqB/mD.2πmR/q解析：周期T=2πR/v=2πR/(v₀)=2πm/Bq。选项B正确。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偏转磁场，若偏转半径不同，则说明这些离子具有什么不同？A.电荷量不同B.速度不同C.质量不同D.动能不同解析：偏转半径r=mv/(qB)，若r不同，则m或q不同。选项C正确。8.一电子以速度v₀进入相互垂直的匀强电场和磁场中，电场强度为E、磁感应强度为B，若v₀//E，则电子将如何运动？A.做匀速直线运动B.做类平抛运动C.做匀速圆周运动D.做螺旋运动解析：v₀//E时，电场力与洛伦兹力平衡，电子做匀速直线运动。选项A正确。9.在磁流体发电中，等离子体以速度v₀垂直穿过磁感应强度为B的磁场，若等离子体单位体积电荷量为ρ，则发电电动势为多少？A.ρv₀BB.ρv₀²BC.ρB²v₀D.ρv₀B²解析：电动势E=BLv₀，单位体积电荷量ρ乘以体积v₀d即为电荷量，故E=ρv₀B。选项A正确。10.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其动能Ek为多少？A.B²q²R²/2mB.BqR²/2mC.B²qR²/2mD.Bq²R²/2m解析：洛伦兹力提供向心力，qvB=m(v²/R)，解得v=BqR/m，Ek=1/2mv²=B²q²R²/2m。选项A正确。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，其运动轨迹半径为r，则电子质量m为多少？__m=qBr²/2v₀²__解析：洛伦兹力提供向心力qvB=m(v²/r)，解得m=qBr²/2v₀²。2.在回旋加速器中，若磁感应强度为B，加速电压为U，则质子在每次加速后获得的动能增加多少？__2eU__解析：每次加速获得的能量ΔE=eU，质子带电量为2e，故ΔE=2eU。3.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其运动周期T为多少？__2πm/Bq__解析：周期T=2πR/v=2πm/Bq。4.在示波管中，电子束经加速电压U加速后进入偏转电场，偏转电极长为L、间距为d，若偏转电压为Ud，则电子束偏转距离y为多少？__LD²/Ud__解析：y=LD²/Ud（推导见选择题5解析）。5.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其运动角速度ω为多少？__qBR/m__解析：洛伦兹力提供向心力qvB=mω²R，解得ω=qBR/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偏转磁场，若偏转半径不同，则说明这些离子具有什么不同？__质量不同__解析：偏转半径r=mv/(qB)，若r不同，则m不同。7.一电子以速度v₀进入相互垂直的匀强电场和磁场中，电场强度为E、磁感应强度为B，若v₀//E，则电子将如何运动？__匀速直线运动__解析：电场力与洛伦兹力平衡，电子做匀速直线运动。8.在磁流体发电中，等离子体以速度v₀垂直穿过磁感应强度为B的磁场，若等离子体单位体积电荷量为ρ，则发电电动势为多少？__ρv₀B__解析：电动势E=ρv₀B（推导见选择题9解析）。9.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其动能Ek为多少？__B²q²R²/2m__解析：Ek=B²q²R²/2m（推导见选择题10解析）。10.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其运动频率f为多少？__qB/2πm__解析：频率f=1/T=qB/2πm。三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在回旋加速器中，若磁感应强度保持不变，要使带电粒子每次经过D形电极间电场加速后获得的动能增加一倍，应如何调整加速电压？×（正确答案为增加一倍）解析：要使动能增加一倍，需电场电压增加一倍，因为ΔE=qU。2.一电子以速度v₀进入垂直于磁场的平面内，若磁感应强度为B，则其运动轨迹一定是圆。×解析：若v₀不垂直于B，则做螺旋运动。3.在质谱仪中，不同质量的离子经同一电场加速后进入同一偏转磁场，若偏转半径不同，则说明这些离子具有不同的电荷量。×（正确答案为质量不同）解析：偏转半径r=mv/(qB)，若r不同，则m不同。4.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其运动周期T与半径R有关。×解析：周期T=2πm/Bq，与R无关。5.在示波管中，电子束经加速电压U加速后进入偏转电场，偏转电极长为L、间距为d，若偏转电压为Ud，则电子束偏转距离y与Ud成正比。√解析：y=LD²/Ud，与Ud成反比。6.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其动能Ek与半径R成正比。×解析：Ek=B²q²R²/2m，与R²成正比。7.在磁流体发电中，等离子体以速度v₀垂直穿过磁感应强度为B的磁场，若等离子体单位体积电荷量为ρ，则发电电动势与v₀成正比。√解析：电动势E=ρv₀B，与v₀成正比。8.一电子以速度v₀进入相互垂直的匀强电场和磁场中，电场强度为E、磁感应强度为B，若v₀//E，则电子将做匀速圆周运动。×解析：做匀速直线运动。9.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，则其运动频率f与电荷量q成正比。×解析：f=qB/2πm，与q成正比。10.在质谱仪中，不同质量的离子经同一电场加速后进入同一偏转磁场，若偏转半径不同，则说明这些离子具有不同的动能。×解析：动能相同，因为经同一电场加速。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。答：回旋加速器利用垂直于磁场的D形电极间周期性电场加速带电粒子，同时磁场使粒子做匀速圆周运动，通过调整电场频率使粒子能量不断增加。2.解释为什么电子在正交电磁场中做类平抛运动。答：电子受电场力做功改变速度，受洛伦兹力不做功保持速度方向垂直，形成类似平抛运动的轨迹。3.说明质谱仪如何根据离子偏转半径不同分离同位素。答：质谱仪中离子经电场加速后进入偏转磁场，偏转半径r=mv/(qB)，同电荷量离子质量不同导致半径不同，从而分离同位素。4.为什么质子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动时，洛伦兹力不做功？答：洛伦兹力始终垂直于速度方向，不做功，只改变速度方向不改变大小。5.解释磁流体发电的基本原理。答：等离子体中带电粒子在垂直于磁场的方向运动时，受洛伦兹力作用产生电动势，形成电流。6.为什么示波管中电子束经偏转电场后会发生偏转？答：电子在偏转电场中受电场力作用，做类平抛运动，导致电子束偏转。7.说明回旋加速器中粒子能量增加的物理机制。答：每次粒子通过D形电极间电场时，电场力做功使粒子动能增加，速度增大，半径增大，但周期不变。8.解释为什么电子在正交电磁场中做匀速直线运动时，电场力与洛伦兹力必须平衡。答：若不平衡，电子将做曲线运动，只有平衡时才能保持直线运动。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，质子质量为m、电荷量为e，求其运动速度v₀。解：洛伦兹力提供向心力，qv₀B=mv₀²/R，解得v₀=√(qBR/m)=√(eBR/m)。2.一电子以速度v₀进入偏转电场，电场强度为E、偏转电极长为L、间距为d，求电子束偏转距离y。解：电子在偏转电场中做类平抛运动，水平方向vₓ=v₀，竖直方向a=eE/m，y=1/2at²=1/2(eE/m)(L/v₀)²=Le²/2mv₀²。3.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，求其运动周期T。解：周期T=2πR/v₀=2πR/(√(qBR/m))=2π√(mR)/q。4.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，求其动能Ek。解：Ek=1/2mv₀²=1/2m(qBR/m)=B²q²R²/2m。5.一电子以速度v₀进入正交电磁场，电场强度为E、磁感应强度为B，若v₀//E，求电子运动状态。解：电场力Fₑ=eE，洛伦兹力Fₗ=ev₀B，若Fₑ=Fₗ，则eE=ev₀B，v₀=E/B，电子做匀速直线运动。6.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，求其运动频率f。解：频率f=1/T=1/(2π√(mR)/q)=qB/(2πm)。7.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，求其角速度ω。解：ω=v₀/R=√(qBR/m)/R=qB/mR。8.一质子在垂直于磁场的平面内做半径为R的匀速圆周运动，若磁感应强度为B，求其运动动能Ek。解：Ek=1/2mv₀²=1/2m(qBR/m)=B²q²R²/2m。六、案例分析题（本大题共9小题，每小题2分，共18分）1.案例背景：某回旋加速器中，磁感应强度为1.5T，质子每次加速获得的能量为2MeV，求质子在每次加速后的速度增加量Δv。解：ΔE=2MeV=3.2×10⁶eV，ΔE=1/2mΔv²，Δv=√(2ΔE/m)=√(2×3.2×10⁶×1.6×10⁻¹⁹/1.67×10⁻²⁷)=1.33×10⁷m/s。2.案例背景：某质谱仪中，离子经加速电压U=10kV加速后进入偏转磁场，磁感应强度为0.5T，若某离子偏转半径为0.1m，求该离子质量m。解：离子进入磁场时速度v=√(2eU/m)，偏转半径r=mv/(qB)=√(2Um)/(qB)，m=r²qB/2U=0.1²×1.6×10⁻¹⁹×0.5/(2×10×10³)=4×10⁻²⁶kg。3.案例背景：某示波管中，电子束经加速电压U=5kV加速后进入偏转电场，偏转电极长为0.1m、间距为0.02m，若偏转电压Ud=100V，求电子束偏转距离y。解：电子进入偏转电场时速度v=√(2eU/m)，y=1/2at²=1/2(eUd/m)(L/v)²=Le²Ud/(4eUm)=0.1×(1.6×10⁻¹⁹)²×100/(4×1.6×10⁻¹⁹×5×10³)=1.6×10⁻³m。4.案例背景：某磁流体发电装置中，等离子体以速度v₀=1000m/s垂直穿过磁感应强度为0.5T的磁场，若等离子体单位体积电荷量为ρ=1.0×10⁵C/m³，求发电电动势E。解：E=ρv₀B=1.0×10⁵×1000×0.5=5×10⁷V。5.案例背景：某质子在垂直于磁场的平面内做半径为R=0.1m的匀速圆周运动，若磁感应强度为B=0.5T，求其运动周期T。解：周期T=2πm/Bq=2π×1.67×10⁻²⁷/(1.6×10⁻¹⁹×0.5)=6.6×10⁻⁸s。6.案例背景：某电子以速度v₀=1.0×10⁷m/s进入正交电磁场，电场强度为E=100V/m、磁感应强度为B=0.1T，若v₀//E，求电子运动状态。解：v₀=E/B=100/0.1=1000m/s，电子进入电磁场时速度v₀=1000m/s，电场力Fₑ=eE=1.6×10⁻¹⁹×100=1.6×10⁻¹⁷N，洛伦兹力Fₗ=ev₀B=1.6×10⁻¹⁹×1000×0.1=1.6×10⁻¹⁶N，Fₑ≠Fₗ，电子将做曲线运动。7.案例背景：某质子在垂直于磁场的平面内做半径为R=0.1m的匀速圆周运动，若磁感应强度为B=0.5T，求其运动动能Ek。解：Ek=1/2mv₀²=1/2m(qBR/m)²=1/2q²B²R²/m=1/2×(1.6×10⁻¹⁹)²×(0.5)²×(0.1)²/1.67×10⁻²⁷=3.0×10⁻¹³J。8.案例背景：某质子在垂直于磁场的平面内做半径为R=0.1m的匀速圆周运动，若磁感应强度为B=0.5T，求其运动频率f。解：频率f=1/T=1/(2π√(mR)/q)=qB/(2πm)=1.6×10⁻¹⁹×0.5/(2π×1.67×10⁻²⁷)=7.6×10⁸Hz。七、论述题（本大题共11小题，每小题2分，共22分）1.论述回旋加速器的工作原理及其适用条件。答：回旋加速器利用垂直于磁场的D形电极间周期性电场加速带电粒子，同时磁场使粒子做匀速圆周运动，通过调整电场频率使粒子能量不断增加。适用条件为粒子质量较小、磁场强度足够大。2.论述质谱仪的工作原理及其应用。答：质谱仪中离子经电场加速后进入偏转磁场，偏转半径r=mv/(qB)，同电荷量离子质量不同导致半径不同，从而分离同位素。应用于同位素研究、物质成分分析等。3.论述