磁場(chǎng)與回旋加速器綜合演練學(xué)生版

1、章末綜合演練(本欄目內(nèi)容，學(xué)生用書中以活頁形式分冊(cè)裝訂成冊(cè)！)一、選擇題(本大題共10個(gè)小題，每小題4分，共40分)1. 如右圖所示，直導(dǎo)線AB、螺線管C、電磁鐵D三者相距較遠(yuǎn)，它們的磁場(chǎng)互不影響，當(dāng)開關(guān)S閉合穩(wěn)定后，則圖中小磁針的北極N(黑色的一端)指示出磁場(chǎng)方向正確的是()AaBbCc Dd2環(huán)型對(duì)撞機(jī)是研究高能粒子的重要裝置，其核心部件是一個(gè)高真空的圓環(huán)狀的空腔若帶電粒子初速可視為零，經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對(duì)撞機(jī)的環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.帶電粒子將被局限在圓環(huán)狀空腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)要維持帶電粒子在圓環(huán)內(nèi)做半徑確定的圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法

2、中正確的是()A對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷q/m越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大B對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷q/m越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小C對(duì)于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期越小D對(duì)于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期都不變3取兩個(gè)完全相同的長導(dǎo)線，用其中一根繞成如圖甲所示的螺線管，當(dāng)在該螺線管中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí)，測(cè)得螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，若將另一根長導(dǎo)線對(duì)折后繞成如圖乙所示的螺線管，并通以電流強(qiáng)度也為I的電流，則在螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()A0 B0.5BCB D2B4在回旋加速器中()A高頻電源產(chǎn)生的電場(chǎng)用來加速帶電粒子BD形盒內(nèi)

3、既有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，又有高頻電源產(chǎn)生的電場(chǎng)CD形盒內(nèi)只有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，沒有高頻電源產(chǎn)生的電場(chǎng)D帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)力使帶電粒子速度增大5. 如右圖，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直線段ab、bc和cd的長度均為L，且abcbcd135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力()A方向沿紙面向上，大小為(1)ILBB方向沿紙面向上，大小為(1)ILB C方向沿紙面向下，大小為(1)ILBD方向沿紙面向下，大小為(1)ILB6如下圖所示，在屏MN的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙

4、面向里P為屏上的一小孔PC與MN垂直一群質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子(不計(jì)重力)，以相同的速率v，從P處沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)區(qū)域粒子入射方向在與磁場(chǎng)B垂直的平面內(nèi)，且散開在與PC夾角為的范圍內(nèi)則在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的長度為()A.B.C. D.7某同學(xué)家中電視機(jī)畫面的幅度偏小，維修的技術(shù)人員檢查后認(rèn)為是顯像管或偏轉(zhuǎn)線圈出了故障，顯像管及偏轉(zhuǎn)線圈如下圖所示，引起故障的原因可能是()電子槍發(fā)射的電子數(shù)減小加速電場(chǎng)的電壓過大偏轉(zhuǎn)線圈的電流過小，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)減弱偏轉(zhuǎn)線圈匝間短路，線圈匝數(shù)減小A BC D8. 一束帶電粒子流以同一方向垂直射入一磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)中分成兩條軌跡1和2

5、，如右圖所示，那么它們的速度v、動(dòng)量Pmv、電荷q、荷質(zhì)比之間的關(guān)系可以肯定是()A如P1P2，則q1q2，都是負(fù)粒子流B如q1q2，則P1P2，都是正粒子流C如 ，則v1v2D如，則v1v29. 如右圖所示，ABC為與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的邊長為a的等邊三角形，比荷為e/m的電子以速度v0從A點(diǎn)沿AB邊出射，欲使電子經(jīng)過BC邊，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值為()AB> BB<CB< DB>10. 如右圖所示，豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過光滑的絕緣水平面，平面上一個(gè)釘子O固定一根細(xì)線，細(xì)線的另一端系一帶電小球，小球在光滑水平面內(nèi)繞O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)在某時(shí)刻細(xì)線斷開，小球仍然在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓

6、周運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是()A速率變小，半徑變小，周期不變B速率不變，半徑不變，周期不變C速率不變，半徑變大，周期變大D速率不變，半徑變小，周期變小二、非選擇題(本大題共60分)11.(6分)從粒子源S以相同動(dòng)量射出的三種帶電粒子A、B、C，在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如右圖所示，可以判定帶負(fù)電的粒子是_，電荷量最小的粒子是_12(8分) 一種測(cè)量血管中血流速度的儀器的原理如右圖所示，在動(dòng)脈血管兩側(cè)分別安裝電極并加有磁場(chǎng)，設(shè)血管的直徑為2.0 mm，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.080 T，電壓表測(cè)出的電壓為0.10 mV，則血流的速度為_m/s.13. (10分)如右圖所示，在回旋加速器的D形盒的O點(diǎn)

7、處有一離子源，該離子源產(chǎn)生的離子，經(jīng)兩個(gè)D形盒縫隙間的電場(chǎng)加速后，進(jìn)入D形盒，試求在D形盒中相鄰兩個(gè)圓形軌道的半徑之比14. (10分)如右圖所示，ABCD是邊長為a的正方形質(zhì)量為m、電荷量為e的電子以大小為v0的初速度沿紙面垂直于BC邊射入正方形區(qū)域在正方形內(nèi)適當(dāng)區(qū)域中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)電子從BC邊上的任意點(diǎn)入射，都只能從A點(diǎn)射出磁場(chǎng)不計(jì)重力，求：(1)此勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大?。?2)此勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的最小面積15(12分)如圖甲所示，建立xOy坐標(biāo)系兩平行極板P、Q垂直于y軸且關(guān)于x軸對(duì)稱，極板長度和板間距均為l，在第一、四象限有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于xOy平面向里位于極

8、板左側(cè)的粒子源沿x軸向右連續(xù)發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為q、速度相同、重力不計(jì)的帶電粒子在03t0時(shí)間內(nèi)兩板間加上如圖乙所示的電壓(不考慮極板邊緣的影響)已知t0時(shí)刻進(jìn)入兩板間的帶電粒子恰好在t0時(shí)刻經(jīng)極板邊緣射入磁場(chǎng)上述m、q、l、t0、B為已知量(不考慮粒子間相互影響及返回極板間的情況)(1)求電壓U0的大??；(2)求t0時(shí)刻進(jìn)入兩板間的帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑；(3)何時(shí)進(jìn)入兩板間的帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短？求此最短時(shí)間16(14分)如下圖所示，x軸正方向水平向右，y軸正方向豎直向上在xOy平面內(nèi)有與y軸平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在半徑為R的圓內(nèi)還有與xOy平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)在圓的左邊放置

9、一帶電微粒發(fā)射裝置，它沿x軸正方向發(fā)射出一束具有相同質(zhì)量m、電荷量q(q>0)和初速度v的帶電微粒發(fā)射時(shí)，這束帶電微粒分布在0<y<2R的區(qū)間內(nèi)已知重力加速度大小為g.(1)從A點(diǎn)射出的帶電微粒平行于x軸從C點(diǎn)進(jìn)入有磁場(chǎng)區(qū)域，并從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿y軸負(fù)方向離開，求電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向；(2)請(qǐng)指出這束帶電微粒與x軸相交的區(qū)域，并說明理由；(3)若這束帶電微粒初速度變?yōu)?v，那么它們與x軸相交的區(qū)域又在哪里？并說明理由【解析】(1)帶電微粒平行于x軸從C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，說明帶電微粒所受重力和電場(chǎng)力的大小相等，方向相反設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，由mgqE，可得電場(chǎng)強(qiáng)度大小E.方向沿

10、y軸正方向帶電微粒進(jìn)入磁場(chǎng)后受到重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用由于電場(chǎng)力和重力相互抵消，它將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)如圖(a)所示，考慮到帶電微粒是從C點(diǎn)水平進(jìn)入磁場(chǎng)，過O點(diǎn)后沿y軸負(fù)方向離開磁場(chǎng)，可得圓周運(yùn)動(dòng)半徑rR.設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，由qvBm，可得磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B，方向垂直xOy平面向外(2)這束帶電微粒都通過坐標(biāo)原點(diǎn)理由說明如下：解法一從任一點(diǎn)P水平進(jìn)入磁場(chǎng)的帶電微粒在磁場(chǎng)中作半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其圓心位于其正下方的Q點(diǎn)，如圖(b)所示這樣，這束帶電微粒進(jìn)入磁場(chǎng)后的圓心軌跡是如圖(b)所示的虛線半圓，此半圓的圓心是坐標(biāo)原點(diǎn)所以，這束帶電微粒都是通過坐標(biāo)原點(diǎn)后離開磁場(chǎng)的解法二從任一點(diǎn)P水平進(jìn)

11、入磁場(chǎng)的帶電微粒在磁場(chǎng)中做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖(b)所示設(shè)P點(diǎn)與O點(diǎn)的連線與y軸的夾角為，其圓周運(yùn)動(dòng)的圓心的坐標(biāo)為(Rsin ，Rcos )，圓周運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：(xRsin )2(yRcos )2R2而磁場(chǎng)邊界是圓心坐標(biāo)為(0，R)的圓周，其方程為：x2(yR)2R2解上述兩式，可得帶電微粒做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡與磁場(chǎng)邊界的交點(diǎn)為：或即坐標(biāo)為：Rsin ，R(1cos )的點(diǎn)就是P點(diǎn)由此可見，這束帶電微粒都是通過坐標(biāo)原點(diǎn)后離開磁場(chǎng)的(3)這束帶電微粒與x軸相交的區(qū)域是x>0.理由說明如下：帶電微粒初速度大小變?yōu)?v，從任一點(diǎn)P水平進(jìn)入磁場(chǎng)的帶電微粒在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r2R.帶電微粒在磁