1.3带电粒子在匀强磁场中的运动基础巩固（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 1.3带电粒子在匀强磁场中的运动基础巩固（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 710.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-23 08:35:42 | ||
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文档简介
1.3带电粒子在匀强磁场中的运动基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．阿尔法磁谱仪用于探测宇宙中的反物质和暗物质（即由“反粒子”构成的物质），如氚核（）的反粒子为（）．该磁谱仪核心部分截面区域是半径为r的圆形磁场，磁场方向垂直纸面向外，如图所示， P为入射窗口，各粒子从P射入速度相同，均沿直径方向，Pabcde为圆周上等分点，如反质子射入后打在e点，则氚核粒子射入将打在（ ）
A．a B．b C．d D．c
2．如图所示，一粒子源位于一边长为a的正三角形ABC的中点O处，可以在三角形所在的平面内向各个方向发射出速度大小为v、质量为m、电荷量为q的带电粒子，整个三角形位于垂直于△ABC平面的匀强磁场中，若使沿任意方向射出的带电粒子均不能射出三角形区域，则磁感应强度的最小值为（ ）
A． B．
C． D．
3．水平导线中通有恒定电流I，导线的正上方P处有一电子枪，发射出电子的初速度方向竖直向上，且跟导线在同一竖直平面内，如图所示，从电子枪发射出的电子的运动：
A．沿径迹b运动，径迹为圆
B．沿径迹b运动，径迹的曲率半径不断改变
C．沿径迹a运动，径迹的曲率半径不断改变
D．沿垂直与纸面方向偏离导线
4．质子和粒子由静止出发经过同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是（ ）
A．速率之比为
B．周期之比为
C．半径之比为∶
D．角速度之比为
5．不计重力的粒子沿虚线方向射入如图所示的正交匀强电场和匀强磁场，下列说法正确的是（ ）
A．若粒子匀速穿过极板间，粒子一定带负电荷
B．粒子不能匀速穿过磁场
C．电场力一定做正功
D．粒子在运动时电势能可能减小
6．带电粒子以初速度v0从a点垂直y轴进入匀强磁场，如图所示，运动中粒子经过b点，Oa＝Ob。若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从a点垂直y轴进入电场，粒子仍能过b点，粒子重力不计，那么电场强度E与磁感应强度B之比为（ ）
A．v0 B． C．2v0 D．
7．如图所示，直线MN是一匀强磁场的边界，三个相同的带正电粒子分别沿图示1、2、3三个方向以相同的速率从O点射入磁场，沿箭头1、3两个方向的粒子分别经t1、t3时间均从p点离开磁场，沿箭头2方向（垂直于MN）的粒子经t2时间从q点离开磁场，p是Oq的中点，则t1、t2、t3之比为（ ）
A．1：2：3 B．1：3：5 C．2：3：4 D．3：4：5
8．如图所示，在半径为R的圆形区域内有一磁感应强度方向垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m且带正电的粒子（重力不计）以初速度v0从圆形边界上A点正对圆心射入该磁场区域，若该带电粒子在磁场中运动的轨迹半径为R，则下列说法中正确的是（ ）
A．该带电粒子在磁场中将向左偏转
B．该带电粒子在磁场中运动的时间为
C．该带粒子的轨迹圆弧对应的圆心角为30°
D．若增大磁场的磁感应强度，则该带电粒子在磁场中运动的轨道半径将变大
9．如图所示，竖直平行边界MN、PQ间有垂直于纸面向里的匀强磁场，甲、乙两个完全相同的粒子在边界MN上的C点分别以垂直于磁场的速度进入磁场，速度方向与边界MN的夹角分别为30 、45 ，结果两个粒子均从边界PQ上的D点射出磁场，C、D连线与两边界的垂线的夹角为30 ，不计粒子的重力，则两粒子在磁场中运动的速度之比及运动的时间之比 分别为（已知sin15 = ；cos15 = ）（ ）
A．
B．
C．
D．
10．如图所示，正六边形abcdef区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场．一带电粒子从a点沿ad方向射入磁场，当速度大小为v1时，粒子从b点离开磁场；当速度大小为v2时，粒子从c点离开磁场，不计粒子重力，则v1与v2的大小之比为（ ）
A．1：3 B．1：2 C．2：1 D．3：2
11．如图所示，两个初速度大小不同的相同粒子a和b，从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，其中b粒子速度方向与屏OP垂直，α粒子速度方向与b粒子速度方向夹角θ＝45°.两粒子最后均打到屏上同一点Q上，不计重力．下列说法正确的是( )
A．a、b粒子带负电
B．a、b两粒子在磁场中飞行速度之比为∶1
C．a、b两粒子在磁场中飞行的周期之比为2∶3
D．a、b两粒子在磁场中飞行的时间之比为1∶1
12．如图所示，电荷量为+q的正电粒子，若以水平速度2v0从左边射入，恰能沿直线飞出速度选择器，选择器中磁感应强度为B，电场强度为E，在其他条件不变的情况下（ ）
A．若仅改为电荷量-q的粒子，将往上偏
B．若仅改为电荷量+2q的粒子，将往下偏
C．若仅速度大小变为v0，将往上偏
D．若仅速度大小变为3v0，将往上偏
13．一个质子和一个粒子在同一匀强磁场中垂直于磁场的平面内，仅在磁场力作用下做半径相同的匀速圆周运动．则质子的动能和粒子的动能之比∶
A．4∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．2∶1
14．虚线上方空间存在匀强磁场，磁感应强度为B。一群电子以不同的速率v从边界上的P点以相同的方向射入磁场，其中某一速率为v0的电子从Q点射出，如图所示。已知电子入射方向与磁场边界夹角为θ，则由以上条件可判断（ ）
A．该匀强磁场的方向是垂直纸面向外
B．所有电子在磁场中的轨迹相同
C．速度大的电子在磁场中的运动轨迹对应的圆心角小
D．所有电子的速度方向都改变了2θ
15．质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是（ ）
A．M带正电，N带负电 B．M的运行时间大于N的运行时间
C．洛伦兹力对M做负功、对N做正功 D．M的速率大于N的速率
二、填空题（共4题）
16．20世纪40年代，我国物理学家朱洪元提出：电子在加速器中做匀速圆周运动时会发生“同步辐射光”，光的频率是电子回转频率的n倍。设同步辐射光频率为f，电子质量为m，电荷量为e，则加速器磁场的磁感应强度B的大小为______。若电子的回转半径为R，则它的速率为______。
17．平行金属板M、N其上有一内壁光滑的绝缘圆筒与N板相切，切点处有一小孔S。圆筒内有垂直圆筒截面方向的匀强磁场，磁感应强度为B。电子与孔S及圆心O在同一直线上。M板内侧中点处有一质量为m，电荷量为e的静止电子，经过M、N间电压为U的电场加速后射入圆筒，在圆筒壁上碰撞5次后，恰好沿原路返回到出发点。（不考虑重力，设碰撞过程中无动能损失）电子到达小孔S时的速度大小为__________________；电子在磁场中运动的时间__________________．
18．一初速度为零的带电粒子，经电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中，已知带电粒子的质量为m，电量为q，则带电粒子所受的洛仑兹力为______，轨道半径为______．
19．磁体和电流之间、磁体和运动电荷之间、电流和电流之间都可通过磁场而相互作用，此现象可通过以下实验证明：
（1）如图（a）所示，在重复奥斯特的电流磁效应实验时，为使实验方便效果明显，通电导线应______．此时从上向下看，小磁针的旋转方向是_________________（填顺时针或逆时针）．
A．平行于南北方向，位于小磁针上方
B．平行于东西方向，位于小磁针上方
C．平行于东南方向，位于小磁针下方
D．平行于西南方向，位于小磁针下方
（2）如图（b）所示是电子射线管示意图.接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是__________．（填选项代号）
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向 B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向 D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
（3）如图（c）所示，两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互________（填排斥或吸引），当通以相反方向的电流时，它们相互___________（填排斥或吸引），这时每个电流都处在另一个电流的磁场里，因而受到磁场力的作用．也就是说，电流和电流之间，就像磁极和磁极之间一样，也会通过磁场发生相互作用.
三、综合题（共4题）
20．如图所示，在坐标平面内的第一象限中存在一匀强磁场，磁场方向垂直坐标平面向里。一个质量为m、带电荷量为q的正粒子，从x轴上的M点以初速度沿与x轴正方向成角射入第一象限中，粒子在磁场中做圆周运动，之后恰好垂直y轴射出第一象限，已知长为L，不计粒子重力。求：
（1）粒子运动的半径大小；
（2）匀强磁场的磁感应强度B的大小。
21．如图所示，在平面直角坐标系的第一象限内存在匀强电场，场强沿y轴的负向；在y<0的空间中，存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直xy平面（纸面）向外。一带电量为q、质量为m的带正电粒子，从y轴的P1点以的速度垂直y轴射入第一象限内，经过电场后从x轴上x=2h的P2点以角射入x轴下方的匀强磁场。（重力不计）
(1)求电场强度的大小；
(2)带电粒子通过y轴下方的磁场偏转之后，打在x轴负向P3点并由该点射入第二象限内。如果当粒子进入第二象限的同时，在第二象限内加一方向与带电粒子速度方向相反的匀强电场，使得带电粒子在到达y轴之前速度减为0，然后又返回磁场中。
①在坐标系上大致画出带电粒子在第四次经过x轴以前的运动轨迹；
②求出带电粒子第四次经过x轴时的坐标及之前在磁场中运动的总时间。
22．如图所示，MlM2和M3M4都是由无限多根无限长的外表面绝缘的细直导线紧密排列成的导线排横截面，两导线排相交成120°，OO’为其角平分线．每根细导线中都通有电流I，两导线排中电流的方向相反，其中MlM2中电流的方向垂直纸面向里．导线排中单位长度上细导线的根数为λ，图中的矩形abcd是用N型半导体材料做成的长直半导体片的横截面，（《），长直半导体片与导线排中的细导线平行，并在片中通有均匀电流I0，电流方向垂直纸面向外，已知ab边与OO’垂直，，该半导体材料内载流子密度为n，每个载流子所带电荷量的大小为q，求此半导体片的左右两个侧面之间的电势差。已知当细的无限长的直导线中通有电流I时，电流产生的磁场离直导线的距离为r处的磁感应强度的大小为，式中k为已知常量。
23．如图，在某装置中有一匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于xOy所在纸面向外。某时刻在，处，一质子沿y轴负方向进入磁场；同一时刻，在，处，一个粒子进入磁场，速度方向与磁场垂直。不考虑质子与粒子的相互作用，设质子的质量为m，电荷量为e（粒子的质量是质子质量的4倍，粒子的电荷量是质子电荷量的2倍）。则：
(1)如果质子经过坐标原点O，它的速度为多大？
(2)如果粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇，粒子的速度应为何值？方向如何？
参考答案
1．B
2．D
3．C
4．B
5．D
6．C
7．B
8．B
9．A
10．A
11．B
12．D
13．B
14．D
15．D
16．
17．
18．
19．A 逆时针 B 吸引 排斥
20．（1）2L；（2）
21．(1)；(2)；t总=
22．
23．(1)；(2)，方向与x轴正方向的夹角为
一、选择题（共15题）
1．阿尔法磁谱仪用于探测宇宙中的反物质和暗物质（即由“反粒子”构成的物质），如氚核（）的反粒子为（）．该磁谱仪核心部分截面区域是半径为r的圆形磁场，磁场方向垂直纸面向外，如图所示， P为入射窗口，各粒子从P射入速度相同，均沿直径方向，Pabcde为圆周上等分点，如反质子射入后打在e点，则氚核粒子射入将打在（ ）
A．a B．b C．d D．c
2．如图所示，一粒子源位于一边长为a的正三角形ABC的中点O处，可以在三角形所在的平面内向各个方向发射出速度大小为v、质量为m、电荷量为q的带电粒子，整个三角形位于垂直于△ABC平面的匀强磁场中，若使沿任意方向射出的带电粒子均不能射出三角形区域，则磁感应强度的最小值为（ ）
A． B．
C． D．
3．水平导线中通有恒定电流I，导线的正上方P处有一电子枪，发射出电子的初速度方向竖直向上，且跟导线在同一竖直平面内，如图所示，从电子枪发射出的电子的运动：
A．沿径迹b运动，径迹为圆
B．沿径迹b运动，径迹的曲率半径不断改变
C．沿径迹a运动，径迹的曲率半径不断改变
D．沿垂直与纸面方向偏离导线
4．质子和粒子由静止出发经过同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是（ ）
A．速率之比为
B．周期之比为
C．半径之比为∶
D．角速度之比为
5．不计重力的粒子沿虚线方向射入如图所示的正交匀强电场和匀强磁场，下列说法正确的是（ ）
A．若粒子匀速穿过极板间，粒子一定带负电荷
B．粒子不能匀速穿过磁场
C．电场力一定做正功
D．粒子在运动时电势能可能减小
6．带电粒子以初速度v0从a点垂直y轴进入匀强磁场，如图所示，运动中粒子经过b点，Oa＝Ob。若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从a点垂直y轴进入电场，粒子仍能过b点，粒子重力不计，那么电场强度E与磁感应强度B之比为（ ）
A．v0 B． C．2v0 D．
7．如图所示，直线MN是一匀强磁场的边界，三个相同的带正电粒子分别沿图示1、2、3三个方向以相同的速率从O点射入磁场，沿箭头1、3两个方向的粒子分别经t1、t3时间均从p点离开磁场，沿箭头2方向（垂直于MN）的粒子经t2时间从q点离开磁场，p是Oq的中点，则t1、t2、t3之比为（ ）
A．1：2：3 B．1：3：5 C．2：3：4 D．3：4：5
8．如图所示，在半径为R的圆形区域内有一磁感应强度方向垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m且带正电的粒子（重力不计）以初速度v0从圆形边界上A点正对圆心射入该磁场区域，若该带电粒子在磁场中运动的轨迹半径为R，则下列说法中正确的是（ ）
A．该带电粒子在磁场中将向左偏转
B．该带电粒子在磁场中运动的时间为
C．该带粒子的轨迹圆弧对应的圆心角为30°
D．若增大磁场的磁感应强度，则该带电粒子在磁场中运动的轨道半径将变大
9．如图所示，竖直平行边界MN、PQ间有垂直于纸面向里的匀强磁场，甲、乙两个完全相同的粒子在边界MN上的C点分别以垂直于磁场的速度进入磁场，速度方向与边界MN的夹角分别为30 、45 ，结果两个粒子均从边界PQ上的D点射出磁场，C、D连线与两边界的垂线的夹角为30 ，不计粒子的重力，则两粒子在磁场中运动的速度之比及运动的时间之比 分别为（已知sin15 = ；cos15 = ）（ ）
A．
B．
C．
D．
10．如图所示，正六边形abcdef区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场．一带电粒子从a点沿ad方向射入磁场，当速度大小为v1时，粒子从b点离开磁场；当速度大小为v2时，粒子从c点离开磁场，不计粒子重力，则v1与v2的大小之比为（ ）
A．1：3 B．1：2 C．2：1 D．3：2
11．如图所示，两个初速度大小不同的相同粒子a和b，从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，其中b粒子速度方向与屏OP垂直，α粒子速度方向与b粒子速度方向夹角θ＝45°.两粒子最后均打到屏上同一点Q上，不计重力．下列说法正确的是( )
A．a、b粒子带负电
B．a、b两粒子在磁场中飞行速度之比为∶1
C．a、b两粒子在磁场中飞行的周期之比为2∶3
D．a、b两粒子在磁场中飞行的时间之比为1∶1
12．如图所示，电荷量为+q的正电粒子，若以水平速度2v0从左边射入，恰能沿直线飞出速度选择器，选择器中磁感应强度为B，电场强度为E，在其他条件不变的情况下（ ）
A．若仅改为电荷量-q的粒子，将往上偏
B．若仅改为电荷量+2q的粒子，将往下偏
C．若仅速度大小变为v0，将往上偏
D．若仅速度大小变为3v0，将往上偏
13．一个质子和一个粒子在同一匀强磁场中垂直于磁场的平面内，仅在磁场力作用下做半径相同的匀速圆周运动．则质子的动能和粒子的动能之比∶
A．4∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．2∶1
14．虚线上方空间存在匀强磁场，磁感应强度为B。一群电子以不同的速率v从边界上的P点以相同的方向射入磁场，其中某一速率为v0的电子从Q点射出，如图所示。已知电子入射方向与磁场边界夹角为θ，则由以上条件可判断（ ）
A．该匀强磁场的方向是垂直纸面向外
B．所有电子在磁场中的轨迹相同
C．速度大的电子在磁场中的运动轨迹对应的圆心角小
D．所有电子的速度方向都改变了2θ
15．质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是（ ）
A．M带正电，N带负电 B．M的运行时间大于N的运行时间
C．洛伦兹力对M做负功、对N做正功 D．M的速率大于N的速率
二、填空题（共4题）
16．20世纪40年代，我国物理学家朱洪元提出：电子在加速器中做匀速圆周运动时会发生“同步辐射光”，光的频率是电子回转频率的n倍。设同步辐射光频率为f，电子质量为m，电荷量为e，则加速器磁场的磁感应强度B的大小为______。若电子的回转半径为R，则它的速率为______。
17．平行金属板M、N其上有一内壁光滑的绝缘圆筒与N板相切，切点处有一小孔S。圆筒内有垂直圆筒截面方向的匀强磁场，磁感应强度为B。电子与孔S及圆心O在同一直线上。M板内侧中点处有一质量为m，电荷量为e的静止电子，经过M、N间电压为U的电场加速后射入圆筒，在圆筒壁上碰撞5次后，恰好沿原路返回到出发点。（不考虑重力，设碰撞过程中无动能损失）电子到达小孔S时的速度大小为__________________；电子在磁场中运动的时间__________________．
18．一初速度为零的带电粒子，经电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中，已知带电粒子的质量为m，电量为q，则带电粒子所受的洛仑兹力为______，轨道半径为______．
19．磁体和电流之间、磁体和运动电荷之间、电流和电流之间都可通过磁场而相互作用，此现象可通过以下实验证明：
（1）如图（a）所示，在重复奥斯特的电流磁效应实验时，为使实验方便效果明显，通电导线应______．此时从上向下看，小磁针的旋转方向是_________________（填顺时针或逆时针）．
A．平行于南北方向，位于小磁针上方
B．平行于东西方向，位于小磁针上方
C．平行于东南方向，位于小磁针下方
D．平行于西南方向，位于小磁针下方
（2）如图（b）所示是电子射线管示意图.接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是__________．（填选项代号）
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向 B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向 D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
（3）如图（c）所示，两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互________（填排斥或吸引），当通以相反方向的电流时，它们相互___________（填排斥或吸引），这时每个电流都处在另一个电流的磁场里，因而受到磁场力的作用．也就是说，电流和电流之间，就像磁极和磁极之间一样，也会通过磁场发生相互作用.
三、综合题（共4题）
20．如图所示，在坐标平面内的第一象限中存在一匀强磁场，磁场方向垂直坐标平面向里。一个质量为m、带电荷量为q的正粒子，从x轴上的M点以初速度沿与x轴正方向成角射入第一象限中，粒子在磁场中做圆周运动，之后恰好垂直y轴射出第一象限，已知长为L，不计粒子重力。求：
（1）粒子运动的半径大小；
（2）匀强磁场的磁感应强度B的大小。
21．如图所示，在平面直角坐标系的第一象限内存在匀强电场，场强沿y轴的负向；在y<0的空间中，存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直xy平面（纸面）向外。一带电量为q、质量为m的带正电粒子，从y轴的P1点以的速度垂直y轴射入第一象限内，经过电场后从x轴上x=2h的P2点以角射入x轴下方的匀强磁场。（重力不计）
(1)求电场强度的大小；
(2)带电粒子通过y轴下方的磁场偏转之后，打在x轴负向P3点并由该点射入第二象限内。如果当粒子进入第二象限的同时，在第二象限内加一方向与带电粒子速度方向相反的匀强电场，使得带电粒子在到达y轴之前速度减为0，然后又返回磁场中。
①在坐标系上大致画出带电粒子在第四次经过x轴以前的运动轨迹；
②求出带电粒子第四次经过x轴时的坐标及之前在磁场中运动的总时间。
22．如图所示，MlM2和M3M4都是由无限多根无限长的外表面绝缘的细直导线紧密排列成的导线排横截面，两导线排相交成120°，OO’为其角平分线．每根细导线中都通有电流I，两导线排中电流的方向相反，其中MlM2中电流的方向垂直纸面向里．导线排中单位长度上细导线的根数为λ，图中的矩形abcd是用N型半导体材料做成的长直半导体片的横截面，（《），长直半导体片与导线排中的细导线平行，并在片中通有均匀电流I0，电流方向垂直纸面向外，已知ab边与OO’垂直，，该半导体材料内载流子密度为n，每个载流子所带电荷量的大小为q，求此半导体片的左右两个侧面之间的电势差。已知当细的无限长的直导线中通有电流I时，电流产生的磁场离直导线的距离为r处的磁感应强度的大小为，式中k为已知常量。
23．如图，在某装置中有一匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于xOy所在纸面向外。某时刻在，处，一质子沿y轴负方向进入磁场；同一时刻，在，处，一个粒子进入磁场，速度方向与磁场垂直。不考虑质子与粒子的相互作用，设质子的质量为m，电荷量为e（粒子的质量是质子质量的4倍，粒子的电荷量是质子电荷量的2倍）。则：
(1)如果质子经过坐标原点O，它的速度为多大？
(2)如果粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇，粒子的速度应为何值？方向如何？
参考答案
1．B
2．D
3．C
4．B
5．D
6．C
7．B
8．B
9．A
10．A
11．B
12．D
13．B
14．D
15．D
16．
17．
18．
19．A 逆时针 B 吸引 排斥
20．（1）2L；（2）
21．(1)；(2)；t总=
22．
23．(1)；(2)，方向与x轴正方向的夹角为