高二物理同步訓(xùn)練：3.6《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 》（新人教版選修3-1）

1、高二物理同步訓(xùn)練試題解析一、選擇題1一個(gè)帶電粒子以初速度v0垂直于電場(chǎng)方向向右射入勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，穿出電場(chǎng)后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域設(shè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行，如圖3623中的虛線所示在下圖所示的幾種情況中，可能出現(xiàn)的是()圖3623解析：選AD.A、C選項(xiàng)中粒子在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶正電，再進(jìn)入磁場(chǎng)后，A圖中粒子應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，正確；C圖中粒子應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)，錯(cuò)誤同理可以判斷B錯(cuò)、D對(duì)2如圖3624所示，一電子以與磁場(chǎng)方向垂圖3624直的速度v從P處沿PQ方向進(jìn)入長(zhǎng)為d、寬為h的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，從N處離開(kāi)磁場(chǎng)，若電子質(zhì)量為m，帶電荷量為e，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則()A電子

2、在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間td/vB電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間th/vC洛倫茲力對(duì)電子做的功為BevhD電子在N處的速度大小也是v解析：選D.洛倫茲力不做功，所以電子在N處速度大小也為v，D正確、C錯(cuò)，電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，A、B均錯(cuò)3.圖3625在圖3625中，水平導(dǎo)線中有電流I通過(guò)，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同，則電子將()A沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡是圓B沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越大C沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越小D沿路徑b運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越小解析：選B.電流下方的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，且越向下B越小，由左手定則知電子沿a路徑運(yùn)動(dòng)，由r知，軌跡半徑越來(lái)越大4.圖3626一個(gè)帶電粒子

3、沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)粒子的一段徑跡如圖3626所示徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減小(帶電量不變)從2 / 7圖中情況可以確定()A粒子從a到b，帶正電B粒子從a到b，帶負(fù)電C粒子從b到a，帶正電D粒子從b到a，帶負(fù)電解析：選C.垂直于磁場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的帶電粒子受洛倫茲力作用，使粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑Rmv/qB.由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量減小，磁感應(yīng)強(qiáng)度B、帶電荷量不變又據(jù)Ekmv2知，v在減小，故R減小，可判定粒子從b向a運(yùn)動(dòng)；另?yè)?jù)左手定則，可判定粒子帶正電，C選項(xiàng)正確5如圖3627是圖3627某離子速度選擇器的

4、原理示意圖，在一半徑R10 cm的圓柱形筒內(nèi)有B1×104 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向平行于軸線在圓柱形筒上某一直徑兩端開(kāi)有小孔a、b分別作為入射孔和出射孔現(xiàn)有一束比荷為2×1011 C/kg的正離子，以不同角度入射，最后有不同速度的離子束射出其中入射角30°，且不經(jīng)碰撞而直接從出射孔射出的離子的速度v大小是()A4×105 m/s B2×105 m/sC4×106 m/s D2×106 m/s答案：C6.圖3628如圖3628所示，有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界線SPMN，速率不同的同種帶電粒子從S點(diǎn)沿SP方向同時(shí)射入磁場(chǎng)其中穿過(guò)a點(diǎn)的粒子速度

5、v1與MN垂直；穿過(guò)b點(diǎn)的粒子速度v2與MN成60°角，設(shè)二粒子從S到a、b所需時(shí)間分別為t1和t2，則t1t2為(重力不計(jì))()A13 B43C11 D32解析：選D.如圖所示，可求出從a點(diǎn)射出的粒子對(duì)應(yīng)的圓心角為90°.從b點(diǎn)射出的粒子對(duì)應(yīng)的圓心角為60°.由t T，可得：t1t290°60°32，故D正確7.圖3629目前世界上正研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，如圖3629表示它的發(fā)電原理：將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而從整體來(lái)說(shuō)呈中性)沿圖所示方向噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板

6、上就聚集了電荷在磁極配置如圖中所示的情況下，下列說(shuō)法正確的是()AA板帶正電B有電流從b經(jīng)用電器流向aC金屬板A、B間的電場(chǎng)方向向下D等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受洛倫茲力大于所受靜電力解析：選BD.等離子體射入磁場(chǎng)后，由左手定則知正離子受到向下的洛倫茲力向B板偏轉(zhuǎn)，故B板帶正電，B板電勢(shì)高，電流方向從b流向a，電場(chǎng)的方向由B板指向A板，A、C錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)BvqEq時(shí)離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故D正確8帶正電粒子(不計(jì)重力)以水平向右的初速度v0，先通過(guò)勻強(qiáng)電場(chǎng)E，后通過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，如圖3630甲所示，電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)該粒子做功為W1.若把該電場(chǎng)和磁場(chǎng)正交疊加，如圖乙所示，再讓該帶電粒子仍以水平向右的初

7、速度v0(v0)穿過(guò)疊加場(chǎng)區(qū)，在這個(gè)過(guò)程中電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)粒子做功為W2，則()圖3630AW1W2 BW1W2CW1W2 D無(wú)法判斷解析：選C.電場(chǎng)力做的功WEqy，其中y為粒子沿電場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)的位移，因圖乙中洛倫茲力方向向上，故圖乙中粒子向下偏轉(zhuǎn)的位移y較小，W1W2，故C正確9MN板兩側(cè)都是磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向如圖3631所示，帶電粒子從a位置以垂直磁場(chǎng)方向的速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，依次通過(guò)小孔b、c、d，已知abbccd，粒子從a運(yùn)動(dòng)到d的時(shí)間為t，則粒子的比荷為()圖3631A. B.C. D.解析：選A.粒子從a運(yùn)動(dòng)到d依次經(jīng)過(guò)小孔b、c、d，經(jīng)歷的時(shí)間t為3個(gè)，由t3×和T.可

8、得：，故A正確二、計(jì)算題10回旋加速器D形盒中央為質(zhì)子流，D形盒的交流電壓為U，靜止質(zhì)子經(jīng)電場(chǎng)加速后，進(jìn)入D形盒，其最大軌道半徑為R，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，質(zhì)子質(zhì)量為m.求：(1)質(zhì)子最初進(jìn)入D形盒的動(dòng)能多大？(2)質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動(dòng)能多大？(3)交流電源的頻率是什么？解析：(1)粒子在電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得：eUEk0，解得EkeU.(2)粒子在回旋加速器的磁場(chǎng)中繞行的最大半徑為R，由牛頓第二定律得：evBm質(zhì)子的最大動(dòng)能：Ekmmv2解式得：Ekm.(3)f.答案：(1)eU(2)(3)11質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子自靜止開(kāi)始釋放，經(jīng)M、N板間的電場(chǎng)加速后，從A點(diǎn)垂直于磁

9、場(chǎng)邊界射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，該粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的位置P偏離入射方向的距離為L(zhǎng)，如圖3632所示已知M、N兩板間的電壓為U，粒子的重力不計(jì)求：勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.圖3632解析：作粒子經(jīng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的軌跡圖，如圖所示設(shè)粒子在M、N兩板間經(jīng)電場(chǎng)加速后獲得的速度為v，由動(dòng)能定理得：qUmv2粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)其半徑為r，則：qvBm由幾何關(guān)系得：r2(rL)2d2聯(lián)立求解式得：磁感應(yīng)強(qiáng)度B .答案： 12.圖3633如圖3633所示，有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2×103 T；磁場(chǎng)右邊是寬度L0.2 m、場(chǎng)強(qiáng)E40 V/m、方向向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)一帶電粒子電荷量q3.2×1019 C，質(zhì)量m6.4×1027 kg，以v4×104 m/s的速度沿OO垂直射入磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)后進(jìn)入右側(cè)的電場(chǎng)，最后從電場(chǎng)右邊界射出(不計(jì)重力)求：(1)大致畫(huà)出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡；(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；(3)帶電粒子飛出電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能Ek.解析：(1)軌跡如圖(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律，有qvBmR m0.4 m(3)EkE