高二物理带电粒子在匀强磁场中的运动课时练习题

第三章第6节1．(2010年杭州十四中高二检测)一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域．设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图3－6－22中的虚线所示．在图所示的几种情况中，可能出现的是( )图3－6－22解析：选AD.A、C选项中粒子在电场中向下偏转，所以粒子带正电，再进入磁场后，A图中粒子应逆时针转，正确；C图中粒子应顺时针转，错误．同理可以判断B错、D对．2. (2008年高考广东卷)1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图3－6－23所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是( )图3－6－23A．离子由加速器的中心附近进入加速器B．离子由加速器的边缘进入加速器C．离子从磁场中获得能量D．离子从电场中获得能量解析：选AD.回旋加速器的两个D形盒间隙分布周期性变化的电场，不断地给带电粒子加速使其获得能量；而D形盒处分布有恒定不变的磁场，具有一定速度的带电粒子在D形盒内受到磁场的洛伦兹力提供的向心力而做圆周运动；洛伦兹力不做功故不能使离子获得能量，C错；离子源在回旋加速器的中心附近．所以正确选项为A、D.3．一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如图3－6－24所示．径迹上的每一小段都可近似看成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)．从图中情况可以确定( )图3－6－24A．粒子从a到b，带正电B．粒子从a到b，带负电C．粒子从b到a，带正电D．粒子从b到a，带负电解析：选 C.垂直于磁场方向射入匀强磁场的带电粒子受洛伦兹力作用，使粒子做匀速圆周运动，半径R＝m v/qB.由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量减小，磁感应强度B 、带电荷量不变．又据E k ＝12m v 2知，v 在减小，故R 减小，可判定粒子从b 向a 运动；另据左手定则，可判定粒子带正电，C 选项正确．4．如图3－6－25是某离子速度选择器的原理示意图，在一半径R ＝10 cm 的圆柱形筒内有B ＝1×10－4 T 的匀强磁场，方向平行于轴线．在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔a 、b 分别作为入射孔和出射孔．现有一束比荷为q m＝2×1011 C/kg 的正离子，以不同角度α入射，最后有不同速度的离子束射出．其中入射角α＝30°，且不经碰撞而直接从出射孔射出的离子的速度v 大小是( )图3－6－25A ．4×105 m/sB ．2×105 m/sC ．4×106 m/sD ．2×106 m/s答案：C5．如图3－6－26所示，在第Ⅰ象限内有垂直纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子分别以相同速率沿与x 轴成30°角的方向从原点射入磁场，则正、负电子在磁场中运动的时间之比为( )图3－6－26A．1∶2 B．2∶1C．1∶ 3 D．1∶1答案：B6．如图3－6－27所示，正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．一个氢核从ad边中点m沿着既垂直于ad边，又垂直于磁场方向以一定速度射入磁场，正好从ab边中点n射出磁场．若将磁场的磁感应强度变为原来的2倍，其他条件不变，则这个氢核射出磁场的位置是( )图3－6－27A．在b、n之间某点B．在n、a之间某点C．a点D．在a、m之间某点解析：选 C.因为氢核是一带正电微粒，不计重力，在匀强磁场中做匀速圆周运动，由左手定则知其向上偏转．因为正好从n点射出，则可知其运行轨迹为1/4圆周．当磁感应强度B变为原来的2倍时，由半径公式r ＝m v qB 可知，其半径变为原来的12，即射出位置为a 点，故C 选项正确．7．如图3－6－28所示，空间内存在着方向竖直向下的匀强电场E 和垂直纸面向里的匀强磁场B ，一个质量为m 的带电液滴，在竖直平面内做圆周运动，下列说法正确的是( )图3－6－28A ．液滴在运动过程中速率不变B ．液滴所带电荷一定为负电荷，电荷量大小为mg /EC ．液滴一定沿顺时针方向运动D ．液滴可以沿逆时针方向运动，也可以沿顺时针方向运动答案：ABC8．如图3－6－29所示，在x >0，y >0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于Oxy 平面向里，大小为B .现有一质量为m .电荷量为q 的带电粒子，由x 轴上到原点的距离为x 0的P 点，以平行于y 轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y 轴的方向射出此磁场，不计重力的影响．由这些条件( )图3－6－29A ．不能确定粒子通过y 轴时的位置B ．不能确定粒子速度的大小C ．不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间D ．以上三个判断都不对解析：选D.带电粒子从平行于y 轴的方向射入并从垂直于y 轴的方向射出，由此可确定此粒子圆周运动的圆心即为原点O ，半径为x 0，则粒子通过y 轴时的位置为(0，x 0)，A 错；由R ＝m v qB可求出粒子速度v ，B 错；粒子在磁场中经历的时间为T 4，C 错． 9．如图3－6－30所示，在x 轴上方有磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向里的匀强磁场．x 轴下方有磁感应强度大小为B /2，方向垂直纸面向外的匀强磁场．一质量为m 、电荷量为－q 的带电粒子(不计重力)，从x 轴上O 点以速度v 0垂直x 轴向上射出．求：图3－6－30(1)射出之后经多长时间粒子第二次到达x 轴？(2)粒子第二次到达x 轴时离O 点的距离．解析：粒子射出后受洛伦兹力做匀速圆周运动，运动半个圆周后第一次到达x 轴，以向下的速度v 0进入下方磁场，又运动半个圆周后第二次到达x 轴．如图所示．(1)由牛顿第二定律有q v 0B ＝m v 20r① T ＝2πr v 0② 得T 1＝2πm qB ，T 2＝4πm qB， 粒子第二次到达x 轴需时间t ＝12T 1＋12T 2＝3πm qB. (2)由①式可知r 1＝m v 0qB ，r 2＝2m v 0qB， 粒子第二次到达x 轴时离O 点的距离s ＝2r 1＋2r 2＝6m v 0qB. 答案：(1)3πm qB (2)6m v 0qB10.质谱仪原理如图3－6－31所示，a 为粒子加速器，电压为U 1；b 为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B 1，板间距离为d ；c 为偏转分离器，磁感应强度为B 2.今有一质量为m 、电荷量为e 的正电子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R 的匀速圆周运动．求：图3－6－31(1)粒子的速度v 为多少？(2)速度选择器的电压U 2为多少？(3)粒子在B 2磁场中做匀速圆周运动的半径R 为多大？解析：根据动能定理可求出速度v ，根据电场力和洛伦兹力相等可得到U 2，再根据电子在磁场中做匀速圆周运动的知识可求得半径R .(1)在a 中，正电子被加速电场U 加速，由动能定理有eU 1＝12m v 2，得v ＝ 2eU 1m. (2)在b 中，正电子受到的电场力和洛伦兹力大小相等，即e U 2d＝e v B 1，代入v 值，得U 2＝B 1d 2eU 1m .(3)在c 中，正电子受洛伦兹力作用而做圆周运动，回转半径R ＝m v eB 2＝1B 2 2mU 1e. 答案：(1) 2eU 1m (2)B 1d 2eU 1m (3)1B 2 2mU 1e11.如图3－6－32所示，PN 和MQ 两板平行且板间存在垂直纸面向里的匀强磁场，两板间距离及PN 和MQ 长均为d ，一带正电的质子从PN 板的正中间O 点以速度v 0垂直射入磁场，为使质子能射出两板间，试求磁感应强度B 的大小．已知质子带电荷量为e ，质量为m .图3－6－32解析：由左手定则确定，质子向上偏转，所以质子能射出两板间的条件是：B 较弱时，质子从M 点射出(如右图所示)，此时轨道的圆心为O ′点，由平面几何知识得]R 2＝d 2＋(R －12d )2 得R ＝54d 质子在磁场中有e v 0B ＝m v 20R所以R ＝m v 0eB ，即54d ＝m v 0eB 1，B 1＝4m v 05deB 较强时，质子从N 点射出，此时质子运动了半个圆周，轨道半径R ′＝d 4.所以14d ＝m v 0eB 2，即B 2＝4m v 0de，综合上述两种情况，B 的大小为4m v 05de ≤B ≤4m v 0de. 答案：4m v 05de ≤B ≤4m v 0de12．(2010年汕头高二检测)质量为m 、电荷量为q 的带负电粒子自静止开始，经M 、N 板间的电场加速后，从A 点垂直于磁场边界射入宽度为d 的匀强磁场中，该粒子离开磁场时的位置P 偏离入射方向的距离为L ，如图3－6－33所示．已知M 、N 两板间的电压为U ，粒子的重力不计．图3－6－33(1)正确画出粒子由静止开始至离开匀强磁场时的轨迹图(用直尺和圆规规范作图)；(2)求匀强磁场的磁感应强度B .解析：(1)作粒子在电场和磁场中的轨迹图如图所示．(2)设粒子在M 、N 两板间经电场加速后获得的速度为v ，由动能定理得：qU ＝12m v 2① 粒子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r ，则：q v B ＝m v 2r② 由几何关系得：r 2＝(r －L )2＋d 2③联立①②③式求解得：由莲山课件提供/ 资源全部免费由莲山课件提供/ 资源全部免费磁感应强度B ＝2L (L 2＋d 2) 2mU q. 答案：(1)轨迹图见解析 (2)2L (L 2＋d 2) 2mU q。