2026年河北省人教版高中物理选修第三册第7章课后练习题

2026年河北省人教版高中物理选修第三册第7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，需同时增大速度v和磁感应强度B，或减小电荷量q。选项A正确。3.在回旋加速器中，若加速电压不变，要使出射粒子的最大动能增加为原来的4倍，应如何调整？A.将D形电极的半径增大为2倍B.将磁感应强度增大为2倍C.将加速电压增大为2倍D.将粒子质量增大为2倍解析：回旋加速器中，最大动能Ek=(q²B²r²)/(2m)，要使Ek变为4倍，需将r增大为2倍，即D形电极半径增大为2倍。选项A正确。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.做螺旋运动C.做直线运动D.做椭圆运动解析：磁场反向后，洛伦兹力方向改变，质子将沿原轨迹反向运动，形成新的圆周运动，半径不变。选项A正确。5.在霍尔效应实验中，若电流方向与磁场方向垂直，则下列哪个物理量与霍尔电压成正比？A.电流强度B.磁感应强度C.导体厚度D.载流子浓度解析：霍尔电压公式为U_H=IB/(nqt)，其中n为载流子浓度，t为导体厚度。要使U_H增大，需增大B或减小n或减小t。选项B正确。6.一电子以速度v0进入宽度为d的狭缝，狭缝两侧存在垂直纸面的匀强磁场B，为使电子能通过狭缝，磁场应满足什么条件？A.B=0B.B≠0，但洛伦兹力不做功C.B足够大，使电子做圆周运动D.B足够小，使电子做类平抛运动解析：若B=0，电子做匀速直线运动，可能穿不过狭缝；若B≠0，洛伦兹力不做功，电子动能不变，可穿过狭缝。选项B正确。7.在质谱仪中，不同质量的离子经加速后进入偏转磁场，其偏转半径不同，这一现象说明什么？A.离子动能相同B.离子速度相同C.离子质量不同D.离子电荷量不同解析：偏转半径r=mv/(qB)，要使r不同，需离子质量m不同。选项C正确。8.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期为T，若将质子换成α粒子（质量为4倍，电荷量为2倍），其运动周期将如何变化？A.变为2TB.变为T/2C.变为T/4D.不变解析：周期公式T=2πm/(qB)，α粒子质量为4倍，电荷量为2倍，则T不变。选项D正确。9.在磁流体发电中，等离子体以速度v垂直进入磁场B，为提高发电效率，应如何设计？A.增大磁场强度BB.增大等离子体速度vC.增大通道宽度dD.增大载流子浓度n解析：电动势公式E=Blv，要使E增大，需增大B或v。选项B正确。10.一电子以速度v0进入正交电磁场，电场强度为E，磁感应强度为B，方向垂直，为使电子做直线运动，v0应满足什么条件？A.v0=E/BB.v0=EBC.v0=BE²D.v0=EB²解析：电子受电场力F_E=qE，洛伦兹力F_L=qvB，要使合力为零，需v0=E/B。选项A正确。二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.一质子在磁感应强度为1.0T的匀强磁场中做半径为0.1m的匀速圆周运动，其运动周期为_________秒。解：周期公式T=2πm/(qB)，质子m=1.67×10⁻²⁷kg，q=1.6×10⁻¹⁹C，B=1.0T，T=2π×1.67×10⁻²⁷/(1.6×10⁻¹⁹×1.0)=6.6×10⁻⁸s。参考答案：6.6×10⁻⁸2.在霍尔效应中，若载流子为正电荷，则霍尔电压的方向与磁场方向_________（填“相同”或“相反”）。解：正电荷受洛伦兹力方向与负电荷相反，因此霍尔电压方向与磁场方向相反。参考答案：相反3.一电子以速度3×10⁶m/s垂直进入磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，其受到的洛伦兹力大小为_________N。解：洛伦兹力F=qvB=1.6×10⁻¹⁹×3×10⁶×0.5=2.4×10⁻¹³N。参考答案：2.4×10⁻¹³4.在回旋加速器中，若加速电压为U，D形电极半径为R，磁感应强度为B，则出射粒子的最大动能为_________。解：最大动能Ek=(q²B²R²)/(2m)，其中v=mU/q，代入得Ek=q²B²R²/(2m)=2mU²/(q²B²)。参考答案：2mU²/(q²B²)5.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，速度大小为v，半径为r，则其动能表达式为_________。解：动能Ek=½mv²，由洛伦兹力提供向心力qvB=m(v²/r)，解得v=qrB/m，代入Ek=½m(qrB/m)²=½mq²r²B²/m²=½mq²B²r²/m。参考答案：½mq²B²r²/m6.在磁流体发电中，等离子体以速度v进入宽度为d、磁感应强度为B的通道，产生的电动势为_________。解：电动势E=Blv=Bdv。参考答案：Bdv7.一电子以速度v0进入正交电磁场，电场强度为E，磁感应强度为B，方向垂直，为使电子做直线运动，电场力与洛伦兹力大小关系为_________。解：要使电子做直线运动，需F_E=F_L，即qE=qvB，解得v0=E/B。参考答案：qE=qvB8.在质谱仪中，不同质量的离子经加速后进入偏转磁场，其偏转半径不同，这一现象说明离子_________（填“动能”或“速度”）相同。解：偏转半径r=mv/(qB)，要使r不同，需离子质量m不同，而动能Ek相同。参考答案：动能9.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期为T，若将质子换成α粒子（质量为4倍，电荷量为2倍），其运动周期将_________（填“增大”“减小”或“不变”）。解：周期公式T=2πm/(qB)，α粒子质量为4倍，电荷量为2倍，则T不变。参考答案：不变10.在霍尔效应实验中，若电流方向与磁场方向垂直，则霍尔电压与磁感应强度的关系为_________。解：霍尔电压公式U_H=IB/(nqt)，要使U_H增大，需增大B。参考答案：成正比三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.带电粒子在匀强磁场中运动时，洛伦兹力不做功。_________解：洛伦兹力方向始终垂直于速度方向，因此不做功。√2.回旋加速器可以加速任何带电粒子。_________解：回旋加速器适用于轻粒子，如质子、电子，对重粒子效果不佳。×3.霍尔效应中，霍尔电压与载流子浓度成正比。_________解：霍尔电压公式U_H=IB/(nqt)，要使U_H增大，需减小n。×4.一电子以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其运动轨迹半径与速度方向无关。_________解：运动轨迹半径r=mv/(qB)，与速度方向无关。√5.在磁流体发电中，等离子体速度越大，产生的电动势越大。_________解：电动势E=Blv，要使E增大，需增大v。√6.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其动能保持不变。_________解：匀速圆周运动速度大小不变，动能不变。√7.在质谱仪中，不同质量的离子经加速后进入偏转磁场，其偏转角度相同。_________解：偏转角度θ=arcsin(v_B/mq)，要使θ不同，需离子质量m不同。×8.一电子以速度v0进入正交电磁场，电场力与洛伦兹力方向始终相反。_________解：若v0//E，则电场力与洛伦兹力方向相同；若v0⊥E，则方向相反。×9.在霍尔效应实验中，若电流方向与磁场方向垂直，则霍尔电压与电流强度成正比。_________解：霍尔电压公式U_H=IB/(nqt)，要使U_H增大，需增大I。√10.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其角速度与磁感应强度成正比。_________解：角速度ω=v/r=qB/m，要使ω增大，需增大B。√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。解：回旋加速器利用D形电极和交变电压，使带电粒子在磁场中做半圆周运动，每次通过间隙时被加速，最终获得高能粒子。关键在于洛伦兹力提供向心力，周期与速度无关。2.霍尔效应的物理机制是什么？解：霍尔效应是带电粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，导致两侧积累电荷形成电场，最终平衡洛伦兹力。霍尔电压与磁场强度、电流强度、载流子浓度有关。3.为什么质子在地球磁场中能做螺旋运动？解：地球磁场是近似匀强磁场，质子受洛伦兹力垂直于磁场方向，形成圆周运动；同时质子速度有沿磁场方向的分量，因此做螺旋运动。4.简述磁流体发电的基本原理。解：磁流体发电利用高温等离子体高速通过磁场，等离子体中的带电粒子受洛伦兹力偏转，在电极间形成电动势。关键在于高速等离子体和强磁场。5.为什么回旋加速器不适用于重离子？解：回旋加速器中，粒子做圆周运动的周期与速度无关，但重离子质量大，需要更高电压才能加速，且速度接近光速时相对论效应显著，导致周期变化。6.简述质谱仪的工作原理。解：质谱仪通过电场加速离子，然后进入偏转磁场，不同质量的离子偏转半径不同，通过测量偏转半径可确定离子质量。关键在于洛伦兹力提供向心力。7.为什么霍尔效应中霍尔电压与载流子浓度成反比？解：霍尔电压公式U_H=IB/(nqt)，要使U_H增大，需减小n。载流子浓度越高，电荷积累越快，电场越强，平衡洛伦兹力所需的电压越小。8.简述正交电磁场中带电粒子的运动特点。解：若v//E，粒子做匀变速直线运动；若v⊥E，粒子做抛物线运动；若v与E成θ角，粒子做更复杂的曲线运动。关键在于电场力做功，洛伦兹力不做功。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3×10⁶m/s进入宽度为0.1m的狭缝，狭缝两侧存在垂直纸面的匀强磁场B=0.5T，为使电子能通过狭缝，磁场应满足什么条件？解：电子进入狭缝后做圆周运动，半径r=mv/(qB)，要使电子能通过，需r≤0.05m。r=9.1×10⁻³¹×3×10⁶/(1.6×10⁻¹⁹×0.5)=3.5×10⁻³m，小于0.05m，因此磁场方向不影响通过，但需B≥0.5T。2.在回旋加速器中，若加速电压为U=2×10⁵V，D形电极半径为R=0.5m，磁感应强度为B=0.2T，求出射质子的最大动能。解：最大动能Ek=(q²B²R²)/(2m)，其中v=mU/q，代入得Ek=2mU²/(q²B²)=2×9.1×10⁻³¹×(2×10⁵)²/(1.6×10⁻¹⁹×0.2²)=1.1×10⁻¹²J。3.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，周期为T=1.5×10⁻⁸s，求其运动半径。解：周期公式T=2πm/(qB)，解得B=2πm/(qT)=2π×1.67×10⁻²⁷/(1.6×10⁻¹⁹×1.5×10⁻⁸)=0.7T。半径r=mv/(qB)=m(mU/q)/(qB)=m²U/(q²B)=1.67×10⁻²⁷×(1.6×10⁻¹⁹×1.5×10⁵)/(1.6×10⁻¹⁹×0.7)=1.1×10⁻²m。4.在霍尔效应实验中，若电流强度为I=2A，磁感应强度为B=0.5T，导体厚度为t=0.01m，载流子浓度为n=1×10²⁸m⁻³，求霍尔电压。解：霍尔电压U_H=IB/(nqt)=2×0.5/(1×10²⁸×1.6×10⁻¹⁹×0.01)=0.625V。5.一电子以速度v0=2×10⁶m/s进入正交电磁场，电场强度为E=1×10⁴N/C，磁感应强度为B=0.5T，方向垂直，求电子做直线运动的条件。解：电子做直线运动需F_E=F_L，即qE=qvB，解得v0=E/B=1×10⁴/0.5=2×10⁴m/s。6.在质谱仪中，不同质量的离子经加速后进入偏转磁场，其偏转半径分别为r₁=0.1m和r₂=0.2m，求它们质量之比。解：偏转半径r=mv/(qB)，要使r不同，需m不同。设m₁/m₂=r₁²/r₂²=0.1²/0.2²=1/4。7.一质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，速度大小为v=1×10⁷m/s，半径为r=0.1m，求其动能。解：动能Ek=½mv²=½×1.67×10⁻²⁷×(1×10⁷)²=8.35×10⁻¹³J。【标准答案及解析】一、单项选择题1.B2.A3.A4.A5.B6.B7.C8.D9.B10.A二、填空题1.6.6×10⁻⁸12.相反13.2.4×10⁻¹³14.2mU²/(q²B²)2.½mq²B²r²/m16.Bdv17.qE=qvB18.动能19.不变20.成正比三、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压和磁场使带电粒子做半圆周运动，每次通