标签: 2019-2020年高二物理第15单元:达标训练(5、带电粒子在磁场中的运动、质谱仪)(有解析)大纲人教版  
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2019-2020年高二物理 第15单元:达标训练(5、带电粒子在磁场中的运动、质谱仪)(有解析) 大纲人教版.doc

 版权申诉  doc 2019-2020年高二物理 第15单元:达标训练(5、带电粒子在磁场中的运动、质谱仪)(有解析) 大纲人教版 基础·巩固 1.下列说法中正确的是(  ) A.安培力是不做功的 B.洛伦兹力不能改变带电粒子的速度 C.洛伦兹力不能改变带电粒子的动能 D.在非匀强磁场中,洛伦兹力不是总垂直于带电粒子的速度方向 解析:安培力对物体可做功、可不做功,但洛伦兹力时刻与速度垂直,不做功,因此不改变粒子动能,但洛伦兹力可以改变速度方向,即改变速度,所以只有C选项正确.[来 答案:C 2.一带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,如果它又顺利进入另一个磁感应强度为2B的匀强磁场(仍做匀速圆周运动),则(  )A.粒子速率加倍,周期减半 B.粒子速率不变,周期减半 C.粒子速率减半,轨道半径变为原来的1/4 D.粒子的速率不变,轨道半径减半 解析:粒子由磁感应强度为B的磁场进入2B的磁场,没有力对粒子做功,所以速率v不变;由周期公式得T减半,由轨道半径公式得r减半.所以B、D选项正确. 答案:BD 3.一束质子以不同的速率沿图15-5-13所示的方向飞入横截面是正方形的、方向垂直纸面向里的匀强磁场中.下列说法中正确的是(  ) 图15-5-13 A.在磁场中运动时间越长的质子,其轨迹一定越长 B.在磁场中运动时间相同的质子,其轨迹一定重合 C.在磁场中运动时间越长的质子,其轨迹所对的圆心角一定越大D.速率不同的质子,在磁场中运动时间一定不同 解析:如右图所示,粒子在磁场中运动轨迹由速度决定,3的轨迹比4长,但时间相等,所以A选项不正确,B选项也不正确.粒子运动时间,由粒子所对圆心角决定,所以C选项正确.3与4速率不同,但时间相同,所以D选项错误. 答案:C 4.如图15-5-14所示,以MN为界的两匀强磁场B1=2B2,一带电荷量为+q、质量为m的粒子从O点垂直MN进入B1磁场,则经过多长时间它将向下通过O点(不计粒子重力)(  ) 图15-5-14 A.2πm/qB1 B.2πm/qB2 C.2πm/q(B1+B2) D.πm/q(B1+B2) 解析:在MN上方,MN下方,轨迹如右图所示.因B1=2B2所以,粒子再次回到O点的时间.所以选项B正确. 答案:B 5.一质量为m、电荷量为q的带电粒子在磁场感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动,其等效于一环形电流,则此电流为多大? 解析:由电流的定义知,粒子带电量为q,做圆周运动的周期,所以. 综合·应用 6.如图15-5-15所示,空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,一离子由静止自a点沿曲线acb运动到b点时速度为零,c点为运动的最低点.则下列说法中正确的是(  ) 图15-5-15 A.离子必带正电荷 B.a、b两点位于同一等势面上 C.离子在c点时速度最大 D.离子到达b点后将沿原曲线返回a点 解析:粒子在a点时速度为零,若粒子带负电,应向上运动,而粒子向下运动,所以粒子一定带正电,A选项正确.由能量守恒知,a、b在同一等势面上,故B选项正确.在c点重力势能与电势能最小,动能最大,故C选项正确.粒子达到b点后,再下落,故选项D错误. 答案:ABC 7.如图15-5-16所示,在x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度为B,质量为m、带电荷量为-q的粒子以初速v0从坐标原点O射入磁场,v 0与x轴方向成θ角.不计重力,求粒子在磁场中飞行的时间和通过x轴飞出磁场的那一点坐标. 图15-5-16 粒子在磁场中的轨迹对应的圆心角为2π-2θ,粒子在磁场中飞行时间 [ 飞出磁场点与O点的距离 所以飞出磁场点坐标为. 8.如图15-5-17所示,是一宽为D=8 cm的同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场的区域,一束带电粒子(重力不计)以速度v0垂直射入时恰好不改变运动方向.若粒子射入时只有电场,可测得粒子束穿过电场时竖直方向上偏移h=3.2 cm;若粒子入射时只有磁场,粒子束离开磁场时偏离原方向距离为多少? 图15-5-17 解析:当粒子沿直线穿过电、磁场区域时,粒子所受的电场力qE与洛伦兹力qv0B相等,所以 v0=E/B ① 当该区域只有电场时,粒子向上偏,说明了粒子带负电,其运动形式类似于平抛运动,显然有 ② 若该区域只有磁场,粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力 , ③ 由①②③三式可得 带电粒子进入磁场时,圆心在洛伦兹力方向的这一侧,距入射点距离为r.作出其轨迹如右图所示,则所求的偏转距离为hx即.  9.如图15-5-18所示为一种质谱仪示意图,由加速电场U、静电分析器E和磁分析器B组成.若静电分析器通道半径为R,均匀辐射方向上的电场强度为E,试计算: (1)为了使电荷量为q、质量为m的离子,从静止开始经加速后通过静电分析器E,加速电场的电压应是多大? (2)离子进入磁分析器后,打在核乳片上的位置A距入射点O多远 图15-5-18 解析:(1)带电离子经U加速后经静电分析器的通道运动,靠静电力提供向心力 在电场中加速,由动能定理Uq=mv2得U=ER. (2)离子在磁分析器B中做半径为r的匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力得 OA之间的距离. 10.如图15-5-19所示,在虚线MN的上方存在磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向内,质子和α粒子以相同的速度v0由MN上的O点以垂直MN且垂直于磁场的方向射入匀强磁场中,再分别从MN上A、B两点离开磁场.已知质子的质量为m,电荷为e,α粒子的质量为4m,电荷为2E.忽略带电粒子的重力及质子和α粒子间的相互作用.求: 图15-5-19[ (1)A、B两点间的距离; (2)α粒子在磁场中运动的时间. 解析:(1)质子进入磁场做半径为R1的匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律: , 质子离开磁场时到达A点,O、A间的距离 同理,α粒子在磁场中做圆周运动的半径为,α粒子离开磁场时到达B点,O、B间的距离,则A、B两点间的距离d=d2-d1= (2)α粒子在磁场中运动周期为 则α粒子在磁场中运动的时间为. 11.(全国理综Ⅲ)如图15-5-20中所示MN表示真空室中垂直于纸面的平板,它的一侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度大小为B.一带电粒子从平板上的狭缝O以垂直于板的初速度v射入磁场区域,最后到达平板上的P点.已知B、v以及P到O的距离l,不计重力,求此粒子的电荷q与质量m之比. 图15-5-20 解析:粒子初速度v垂直于磁场,粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动,设其半径为R,由牛顿第二定律得: 因为粒子经过O点时的速度垂直于OP,故OP为直径,l=2R 12.(天津理综)在以坐标原点O为圆心、半径为R的圆形区域内,存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场,如图15-5-21所示.一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿-x方向射入磁场,恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿+y方向飞出. 图15-5-21 (1)请判断该粒子带何种电荷,并求出其比荷q/m; (2)若磁场的方向和所在空间范围不变,而磁感应强度的大小变为B′,该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场,但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60°角,求磁感应强度B′多大?此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少? 解析:(1)如右图所示,由粒子的飞行轨迹,利用左手定则可知,该粒子带负电荷. 粒子由A点射入,由C点飞出,其速度方向改变了90°,则粒子轨迹半径 R=r又[则粒子的比荷 (2)粒子从D点飞出磁场速度方向改变了60°角,故AD弧所对圆心角为60°,粒子做圆周运动的半径 R′=rcot30°=r 又 所以 粒子在磁场中的飞行时间












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