1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 同步测试（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 同步测试（word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 377.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-15 17:45:48 | ||
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文档简介
1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 同步测试 2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册
一、单选题
1．如图所示为一圆形区域的匀强磁场，在O点处有一放射源，沿半径方向射出速率为v的不同带电粒子，其中带电粒子1从A点飞出磁场，带电粒子2从B点飞出磁场，不考虑带电粒子的重力，则（ ）
A．带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷的比为1∶
B．带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷的比为∶1
C．带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比为2∶3
D．带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比为1∶3
2．正方形容器abcd内部充满一如图所示的匀强磁场，一束比荷相等的粒子从a孔沿ab方向垂直射入容器内，结果一部分从d孔射出，另一部分从ad中点e孔射出，粒子重力不计。则从d、e两孔射出的粒子（ ）
A．粒子均带负电
B．在磁场中运动时间之比为
C．在容器中运动加速度之比
D．速度之比为
3．如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形区域存在着垂直纸面方向的匀强磁场，一带电粒子以速度v从O点垂直于直径PQ射入磁场，并从M点离开，∠POM=60°，不计带电粒子的重力。粒子在磁场中的运动时间为（ ）
A． B． C． D．
4．如图所示，真空中有一磁感应强度为B的匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为a和3a的同心圆，磁场方向垂直纸面向里。圆心处有一粒子源，粒子的质量为m，电荷量为q，忽略重力。若粒子均被限制在图中实线圆围成的区域内，则粒子源发射粒子的最大速度是（ ）
A． B． C． D．
5．如图所示，在轴上方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度为，在平面内，从原点处与轴正方向成角（），以速率发射一个带正电的粒子（重力不计），则下列说法正确的是（ ）
A．若一定，越大，则粒子在磁场中运动的时间越长
B．若一定，越大，则粒子在磁场中运动的角速度变大
C．若一定，越大，则粒子在磁场中运动的时间越短
D．若一定，越大，则粒子离开磁场的位置距点越近
6．如图，圆心为O、半径为R的圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场。从圆周上的P点在纸面内沿不同方向射入各种速率的同种粒子，粒子的质量为m、电荷量为+q。其中速率为v0且沿PO方向射入的粒子，经时间t后从A点离开磁场，∠POA=90°。则（ ）
A．磁场方向垂直纸面向里 B．粒子在磁场中运动的周期为2t
C．速率为2v0的粒子在磁场中的运动最长时间为 D．从A点离开磁场的速率最小值为
7．如图所示，abcd为边长为L的正方形，在四分之一圆abd区域内有垂直正方形平面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从b点沿ba方向射入磁场，结果粒子恰好能通过c点，且射出磁场时的速度反向延长线通过a点，不计粒子的重力，则粒子的速度大小为（ ）
A． B． C． D．
8．圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，具有相同比荷的两个带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场。若粒子1射入磁场时的速度大小为v1，离开磁场时速度方向偏转90，磁场中运动时间为t1；若粒子2射入磁场时的速度大小为v2，偏转情况如图所示，运动时间为t2，不计重力，则下列说法正确的是（ ）
A．v2=v1
B．t2>t1
C．只改变粒子1从M点射入磁场时的速度方向，则该粒子离开磁场时一定与直径MON垂直
D．只改变粒子2从M点射入磁场时的速度方向，当该粒子从N点射出时，运动时间最短
二、多选题
9．在光滑绝缘的水平桌面上有三个质量均为m的小球A、D、C，其中只有A球带有电荷，带电荷量为+q，其余两球均不带电。这三个小球的初始位置如图所示，即A与D、D与C之间的距离均为L，A与C之间的距离为。已知水平桌面上存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。现给A球一个水平面内的初速度，使其在磁场中运动，其经过时间t1与D球发生碰撞，碰撞后结合在一起继续在水平桌面内做匀速圆周运动，又经过时间t2与C球发生碰撞，碰撞后三个小球结合在一起继续在水平桌面内做匀速圆周运动，又经过时间t3，三球恰好第一次经过A球运动的初始位置，不计小球之间碰撞的时间，下列判断正确的是（ ）
A．A球的初速度，方向与AD边成30°角
B．A球的初速度，方向与AC边垂直
C．t1=t2
D．
10．如图所示，在虚线所包围的圆形区域内有方向垂直于圆面向里的匀强磁场，从磁场边缘的A点沿半径方向射入一束速率不等的质子，这些质子在磁场里运动的过程中（ ）
A．周期相同，但运动时间不同，速率大的运动时间长
B．半径越大的质子运动时间越短，偏角越小
C．质子在磁场中的运动时间均相等
D．半径不同，半径越大的质子向心加速度越大
11．如图所示，在一等腰直角三角形ACD区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子（重力不计）从AC边的中点O垂直于AC边射入该匀强磁场区域，若该三角形的两直角边长均为L，则下列关于粒子运动的说法中正确的是（ ）
A．当该粒子以不同的速度入射时，在磁场中的运动时间均不同
B．当该粒子以不同的速度入射时，在磁场中运动的最长时间为
C．若要使粒子从CD边射出，则该粒子从O点入射的最大速度应为
D．若该粒子的入射速度为，则粒子一定从CD边出磁场，且距点C的为
12．如图所示，边长为L的正三角形abc区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m，电荷量均为q的三个粒子A、B、C以大小不等的速度从a点沿与ab边成30°角的方向垂直射入磁场后从ac边界穿出，穿出ac边界时与a点的距离分别为、、L。不及粒子的重力及粒子间的相互作用，则下列说法正确的是（ ）
A．粒子C在磁场中做圆周运动的半径为
B．A、B、C三个粒子的初速度大小之比为1：2：3
C．A、B、C三个粒子从磁场中射出的方向均与ab边垂直
D．仅将磁场的磁感应强度减小为原来的，则粒子B从c点射出
三、填空题
13．20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______。
14．如图，正方形abcd区域内有沿ab方向的匀强电场，一不计重力的粒子以速度v0从ab边的中点沿ad方向射入电场，恰好从c点离开电场。若把电场换为垂直纸面向里的匀强磁场，粒子也恰好从c点离开磁场。则匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度大小之比为______；粒子离开电场时和离开磁场时的速度大小之比为______。
四、解答题
15．如图所示，厚度不计的光滑绝缘板、间距为，板长为，板间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小。两板的上边界连线及其上方和下边界连线及其下方的空间都存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为。一个质量为的带电的粒子，电量为，从的中点S与板成角垂直于磁场射入板间，在磁场作用下经点垂直于边界并恰好能无碰撞地射入上部磁场区域，轨迹如图所示，不计粒子重力。
（1）求粒子从S点射入板间的速度的大小；
（2）若该粒子射入上部磁场区后，又恰好能从点无碰撞地返回板间磁场，运动过程中与绝缘板相碰时无能量损失且遵循反射定律，经过一段时间后该粒子能再回到S点（回到S点的运动过程中与板只碰撞一次），求粒子从S点出发到再回到S点的时间；
（3）若其他条件均不变，板不动，将板从原位置起向右平移，且保证区域内始终存在垂直纸面向里的匀强磁场，若仍需让粒子回到S点（回到S点的运动过程中仍然与板只碰撞一次），则到的垂直距离应满足什么关系？（用来表示）
16．如图所示，M、N为两块带等量异号电荷的平行金属板，S1、S2为板上正对的小孔，N板右侧有个宽度为d的区域CD，其左右边界均与N板平行，右边界D上有一足够长的荧光屏，区域CD内存在匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小为B，方向垂直向里，大量质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从小孔S1进入（初速可忽略）平行金属板间，并以速度v从S2射出后，从P点进入区域CD中沿直线运动击中荧光屏中心O。不计带电粒子的重力。求：
（1）MN两板的电势差U0以及区域CD中电场强度E的大小和方向；
（2）若只撤去区域CD中的磁场，带电粒子将击中荧光屏上的A点，AO间的距离yAO；
（3）若只撤去区域CD中的电场，带电粒子将击中荧光屏上的B点，BO间的距离yBO。
17．如图所示，有一矩形区域abcd，水平方向ab边长L1=m，竖直方向ad边长L2=1m，一电荷量为q=1×10-5C，质量为m=6×10-6kg的带正电的粒子由a点沿ab方向以大小为2m/s的速度v进入该区域。当该区域存在与纸面垂直的匀强磁场时，粒子的运动轨迹恰好通过该区域的几何中心O点，不计粒子的重力，求：
（1）粒子通过磁场区域所用的时间；
（2）匀强磁场的磁感应强度大小和方向。
18．光滑绝缘的水平面上固定一绝缘光滑弹性挡板，挡板长为l，匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度为B。有一个带电量为+q的小球甲，以一定的水平向右的初速度和质量为m、电荷量也为+q，静止在挡板的M端的小球乙发生弹性正碰。甲球碰后反弹向左运动，乙球碰后速度和挡板成向右，如图所示，乙球偏转后恰好越过挡板N端，然后和甲球又在M端相碰，已知两球在第一次碰撞到第二次相碰时间内，乙球与挡板弹性碰撞了2次，与挡板碰撞前后速度大小不变、和板的夹角不变，碰撞过程小球电荷量不变，（不考虑小球间的库伦作用），求：
（1）第一次碰后乙球速度大小；
（2）甲球的质量m0和甲球运动的初速度；
（3）若第二次弹性正碰后，甲球与挡板碰撞了4次，并能恰好地越过N端后与乙球发生第三次碰撞，求甲球与乙球质量的具体比值。
试卷第1页，共3页
试卷第4页，共9页
参考答案：
1．C
2．C
3．B
4．B
5．C
6．D
7．C
8．C
9．AD
10．BD
11．BD
12．BC
13．
14． :
15．（1）；（2）；（3），（）或，（）
16．（1），，方向平行C边界向下；（2）；（3）
17．（1）0.785s；（2）1.2T，方向垂直于纸面向外
18．（1）；（2）（k=3，4，5…），（k=3，4，5…）；（3）1︰3
一、单选题
1．如图所示为一圆形区域的匀强磁场，在O点处有一放射源，沿半径方向射出速率为v的不同带电粒子，其中带电粒子1从A点飞出磁场，带电粒子2从B点飞出磁场，不考虑带电粒子的重力，则（ ）
A．带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷的比为1∶
B．带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷的比为∶1
C．带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比为2∶3
D．带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比为1∶3
2．正方形容器abcd内部充满一如图所示的匀强磁场，一束比荷相等的粒子从a孔沿ab方向垂直射入容器内，结果一部分从d孔射出，另一部分从ad中点e孔射出，粒子重力不计。则从d、e两孔射出的粒子（ ）
A．粒子均带负电
B．在磁场中运动时间之比为
C．在容器中运动加速度之比
D．速度之比为
3．如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形区域存在着垂直纸面方向的匀强磁场，一带电粒子以速度v从O点垂直于直径PQ射入磁场，并从M点离开，∠POM=60°，不计带电粒子的重力。粒子在磁场中的运动时间为（ ）
A． B． C． D．
4．如图所示，真空中有一磁感应强度为B的匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为a和3a的同心圆，磁场方向垂直纸面向里。圆心处有一粒子源，粒子的质量为m，电荷量为q，忽略重力。若粒子均被限制在图中实线圆围成的区域内，则粒子源发射粒子的最大速度是（ ）
A． B． C． D．
5．如图所示，在轴上方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度为，在平面内，从原点处与轴正方向成角（），以速率发射一个带正电的粒子（重力不计），则下列说法正确的是（ ）
A．若一定，越大，则粒子在磁场中运动的时间越长
B．若一定，越大，则粒子在磁场中运动的角速度变大
C．若一定，越大，则粒子在磁场中运动的时间越短
D．若一定，越大，则粒子离开磁场的位置距点越近
6．如图，圆心为O、半径为R的圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场。从圆周上的P点在纸面内沿不同方向射入各种速率的同种粒子，粒子的质量为m、电荷量为+q。其中速率为v0且沿PO方向射入的粒子，经时间t后从A点离开磁场，∠POA=90°。则（ ）
A．磁场方向垂直纸面向里 B．粒子在磁场中运动的周期为2t
C．速率为2v0的粒子在磁场中的运动最长时间为 D．从A点离开磁场的速率最小值为
7．如图所示，abcd为边长为L的正方形，在四分之一圆abd区域内有垂直正方形平面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从b点沿ba方向射入磁场，结果粒子恰好能通过c点，且射出磁场时的速度反向延长线通过a点，不计粒子的重力，则粒子的速度大小为（ ）
A． B． C． D．
8．圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，具有相同比荷的两个带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场。若粒子1射入磁场时的速度大小为v1，离开磁场时速度方向偏转90，磁场中运动时间为t1；若粒子2射入磁场时的速度大小为v2，偏转情况如图所示，运动时间为t2，不计重力，则下列说法正确的是（ ）
A．v2=v1
B．t2>t1
C．只改变粒子1从M点射入磁场时的速度方向，则该粒子离开磁场时一定与直径MON垂直
D．只改变粒子2从M点射入磁场时的速度方向，当该粒子从N点射出时，运动时间最短
二、多选题
9．在光滑绝缘的水平桌面上有三个质量均为m的小球A、D、C，其中只有A球带有电荷，带电荷量为+q，其余两球均不带电。这三个小球的初始位置如图所示，即A与D、D与C之间的距离均为L，A与C之间的距离为。已知水平桌面上存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。现给A球一个水平面内的初速度，使其在磁场中运动，其经过时间t1与D球发生碰撞，碰撞后结合在一起继续在水平桌面内做匀速圆周运动，又经过时间t2与C球发生碰撞，碰撞后三个小球结合在一起继续在水平桌面内做匀速圆周运动，又经过时间t3，三球恰好第一次经过A球运动的初始位置，不计小球之间碰撞的时间，下列判断正确的是（ ）
A．A球的初速度，方向与AD边成30°角
B．A球的初速度，方向与AC边垂直
C．t1=t2
D．
10．如图所示，在虚线所包围的圆形区域内有方向垂直于圆面向里的匀强磁场，从磁场边缘的A点沿半径方向射入一束速率不等的质子，这些质子在磁场里运动的过程中（ ）
A．周期相同，但运动时间不同，速率大的运动时间长
B．半径越大的质子运动时间越短，偏角越小
C．质子在磁场中的运动时间均相等
D．半径不同，半径越大的质子向心加速度越大
11．如图所示，在一等腰直角三角形ACD区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子（重力不计）从AC边的中点O垂直于AC边射入该匀强磁场区域，若该三角形的两直角边长均为L，则下列关于粒子运动的说法中正确的是（ ）
A．当该粒子以不同的速度入射时，在磁场中的运动时间均不同
B．当该粒子以不同的速度入射时，在磁场中运动的最长时间为
C．若要使粒子从CD边射出，则该粒子从O点入射的最大速度应为
D．若该粒子的入射速度为，则粒子一定从CD边出磁场，且距点C的为
12．如图所示，边长为L的正三角形abc区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m，电荷量均为q的三个粒子A、B、C以大小不等的速度从a点沿与ab边成30°角的方向垂直射入磁场后从ac边界穿出，穿出ac边界时与a点的距离分别为、、L。不及粒子的重力及粒子间的相互作用，则下列说法正确的是（ ）
A．粒子C在磁场中做圆周运动的半径为
B．A、B、C三个粒子的初速度大小之比为1：2：3
C．A、B、C三个粒子从磁场中射出的方向均与ab边垂直
D．仅将磁场的磁感应强度减小为原来的，则粒子B从c点射出
三、填空题
13．20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______。
14．如图，正方形abcd区域内有沿ab方向的匀强电场，一不计重力的粒子以速度v0从ab边的中点沿ad方向射入电场，恰好从c点离开电场。若把电场换为垂直纸面向里的匀强磁场，粒子也恰好从c点离开磁场。则匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度大小之比为______；粒子离开电场时和离开磁场时的速度大小之比为______。
四、解答题
15．如图所示，厚度不计的光滑绝缘板、间距为，板长为，板间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小。两板的上边界连线及其上方和下边界连线及其下方的空间都存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为。一个质量为的带电的粒子，电量为，从的中点S与板成角垂直于磁场射入板间，在磁场作用下经点垂直于边界并恰好能无碰撞地射入上部磁场区域，轨迹如图所示，不计粒子重力。
（1）求粒子从S点射入板间的速度的大小；
（2）若该粒子射入上部磁场区后，又恰好能从点无碰撞地返回板间磁场，运动过程中与绝缘板相碰时无能量损失且遵循反射定律，经过一段时间后该粒子能再回到S点（回到S点的运动过程中与板只碰撞一次），求粒子从S点出发到再回到S点的时间；
（3）若其他条件均不变，板不动，将板从原位置起向右平移，且保证区域内始终存在垂直纸面向里的匀强磁场，若仍需让粒子回到S点（回到S点的运动过程中仍然与板只碰撞一次），则到的垂直距离应满足什么关系？（用来表示）
16．如图所示，M、N为两块带等量异号电荷的平行金属板，S1、S2为板上正对的小孔，N板右侧有个宽度为d的区域CD，其左右边界均与N板平行，右边界D上有一足够长的荧光屏，区域CD内存在匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小为B，方向垂直向里，大量质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从小孔S1进入（初速可忽略）平行金属板间，并以速度v从S2射出后，从P点进入区域CD中沿直线运动击中荧光屏中心O。不计带电粒子的重力。求：
（1）MN两板的电势差U0以及区域CD中电场强度E的大小和方向；
（2）若只撤去区域CD中的磁场，带电粒子将击中荧光屏上的A点，AO间的距离yAO；
（3）若只撤去区域CD中的电场，带电粒子将击中荧光屏上的B点，BO间的距离yBO。
17．如图所示，有一矩形区域abcd，水平方向ab边长L1=m，竖直方向ad边长L2=1m，一电荷量为q=1×10-5C，质量为m=6×10-6kg的带正电的粒子由a点沿ab方向以大小为2m/s的速度v进入该区域。当该区域存在与纸面垂直的匀强磁场时，粒子的运动轨迹恰好通过该区域的几何中心O点，不计粒子的重力，求：
（1）粒子通过磁场区域所用的时间；
（2）匀强磁场的磁感应强度大小和方向。
18．光滑绝缘的水平面上固定一绝缘光滑弹性挡板，挡板长为l，匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度为B。有一个带电量为+q的小球甲，以一定的水平向右的初速度和质量为m、电荷量也为+q，静止在挡板的M端的小球乙发生弹性正碰。甲球碰后反弹向左运动，乙球碰后速度和挡板成向右，如图所示，乙球偏转后恰好越过挡板N端，然后和甲球又在M端相碰，已知两球在第一次碰撞到第二次相碰时间内，乙球与挡板弹性碰撞了2次，与挡板碰撞前后速度大小不变、和板的夹角不变，碰撞过程小球电荷量不变，（不考虑小球间的库伦作用），求：
（1）第一次碰后乙球速度大小；
（2）甲球的质量m0和甲球运动的初速度；
（3）若第二次弹性正碰后，甲球与挡板碰撞了4次，并能恰好地越过N端后与乙球发生第三次碰撞，求甲球与乙球质量的具体比值。
试卷第1页，共3页
试卷第4页，共9页
参考答案：
1．C
2．C
3．B
4．B
5．C
6．D
7．C
8．C
9．AD
10．BD
11．BD
12．BC
13．
14． :
15．（1）；（2）；（3），（）或，（）
16．（1），，方向平行C边界向下；（2）；（3）
17．（1）0.785s；（2）1.2T，方向垂直于纸面向外
18．（1）；（2）（k=3，4，5…），（k=3，4，5…）；（3）1︰3