第一章 第3节带电粒子在匀强磁场中的运动（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第一章 第3节带电粒子在匀强磁场中的运动（Word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 626.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-23 09:09:25 | ||
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文档简介
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第一章第3节带电粒子在匀强磁场中的运动
班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________
一、单选题
1、 如图所示，有一圆形匀强磁场区域，O为圆的圆心，磁场方向垂直纸面向里。一个正电子和一个负电子（正负电子质量相等，电量大小相等，电性相反）以不同的速率沿着PO方向进入磁场，运动轨迹如图所示。不计电子之间的相互作用及重力。a与b比较，下列判断正确的是（ ）
A．a为正电子，b为负电子 B．b的速率较大
C．a在磁场中所受洛伦兹力较大 D．b在磁场中运动的时间较长
2、 假设在真空玻璃盒内有一固定于地面上空附近的N极磁单极子，其磁场分布与正点电荷电场分布相似，如图所示。一质量为m、电荷量为q的带电微粒在该磁单极子上方附近做速度大小为v半径为R的匀速圆周运动，其轨迹如虚线所示，轨迹平面为水平面。（已知地球表面的重力加速度大小为g，不考虑地磁场的影响），则（ ）
A．若带电微粒带正电，从轨迹上方向下看，粒子沿逆时针方向运动
B．带电微粒做匀速圆周运动的向心力仅由洛伦兹力提供
C．带电微粒运动的圆周上各处的磁感应强度大小为
D．若入射的微粒不变，而速度越大，若微粒也能做匀速圆周运动，则其在磁场中通过的圆周越短，周期也越短
3、 如图所示，矩形MNPQ区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有3个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧，这些粒子的质量，电荷量以及速度大小如下表所示：
粒子编号 质量 电荷量（） 速度大小
1
2
3
由以上信息可知，从图中a、b、c处进入的粒子对应表中的编号分别为（ ）A．3、2、1 B．1、2、3 C．2、3、1 D．1、3、2
4、 如图所示，在水平面上固定一倾角为的光滑绝缘斜面，斜面所处整个空间存在垂直于斜面斜向下的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，电场强度大小，磁感应强度大小。一个电荷量为、质量为的带电小球（带正电）在斜面顶端点由静止释放，小球经过斜面上点时离开斜面，运动到斜面下端点正上方的点（图中未画出）时加速度为0，重力加速度，则小球从点到点的时间和小球经过点的速度大小分别为（ ）
A．； B．； C．； D．；
5、 如图所示，在竖直线EOF右侧足够大的区域内存在着磁感应强度大小为B方向垂直纸面向里的匀强磁场。质量相同、电荷量分别为+q和-q带电粒子，从O点以相同的速度，先后射入磁场，已知v的方向与OF成θ=30°，两带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力作用，则不正确的是（ ）
A．两带电粒子回到EOF竖直线时与O点的距离相等
B．两带电粒子在磁场中的运动时间相等
C．两带电粒子回到EOF竖直线时的速度相同
D．从射入到射出磁场的过程中，两粒子所受洛仑兹力的冲量相同
6、 如图所示，平板MN上方有足够大的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，质子（）和氘核（）从静止开始，经过同一个加速电场加速后，从平板上的小孔O先后射入匀强磁场，速度方向与平板MN夹角均为（0<<），整个装置放在真空中，且不计重力，不考虑两个粒子之间的相互作用。质子打到平板MN上的位置到小孔的距离为s，则（ ）
A．质子和氘核在磁场中运动的时间之比为2：1
B．保持其他量不变，当时，氘核打到平板MN的位置离O点最远
C．氘核到小孔的距离为
D．保持其他量不变，加速电场的电压加倍，质子到小孔的距离变为2s
7、 下列运动(电子只受电场力或磁场力的作用)不可能的是（ ）
A． B．
C． D．
8、 安德森利用云室照片观察到宇宙射线垂直进入匀强磁场时运动轨迹发生弯曲。如图照片所示，在垂直于照片平面的匀强磁场（照片中未标出）中，高能宇宙射线穿过铅板时，有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全相同，但弯曲的方向反了。这种前所未知的粒子与电子的质量相同，但电荷却相反。安德森发现这正是狄拉克预言的正电子。正电子的发现，开辟了反物质领域的研究，安德森获得1936年诺贝尔物理学奖。关于照片中的信息，下列说法正确的是（ ）
A．粒子的运动轨迹是抛物线
B．粒子在铅板上方运动的速度大于在铅板下方运动的速度
C．粒子从上向下穿过铅板
D．匀强磁场的方向垂直照片平面向里
9、 如图所示，正方形容器处在匀强磁场中，一束电子从a孔垂直磁场射入容器中，其中一部分从c孔射出，一部分从d孔射出。则下列说法正确的是（ ）
A．从两孔射出的电子速率之比为
B．从两孔射出的电子在容器中运动周期之比
C．从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比
D．从两孔射出的电子在容器中运动的所用时间之比为
10、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
二、多选题
11、如图所示，在磁感应强度为B，范围足够大的水平匀强磁场内，固定着倾角为θ的绝缘斜面，一个质量为m、电荷量为-q的带电小物块以初速度v0沿斜面向上运动，小物块与斜面间的动摩擦因数为μ。设滑动时电荷量不变，在小物块上滑过程中，其速度大小v与时间t和加速度大小a与时间t的关系图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
12、如图所示，在空间由一坐标系xOy，直线OP与轴正方向的夹角为30°，第一象限内有两个方向都垂直纸面向外的匀强磁场区域I和II，直线OP上方区域I中磁场的磁感应强度为B，一质量为m，电荷量为q的质子（不计重力）以速度v从O点沿与OP成30°角的方向垂直磁场进入区域I，质子先后通过强磁场区域I和II后，恰好垂直打在x轴上的Q点（图中未画出），则
A．粒子在第一象限中运动的时间为
B．粒子在第一象限中运动的时间为
C．Q点的横坐标为
D．Q点的横坐标为
13、在如图所示的虚线MN上方行在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸而向外，纸面上直角三角形OPQ的∠Q为直角，。两个相同质量的带电粒子a、b分从O、P两点垂直于MN同时射入磁场，恰好在Q点相遇并结合在一起。则以下说法中正确的是（ ）
A．粒子b带正电
B．两粒子电荷量的绝对值
C．两粒子的速度大小
D．两粒子结合后在磁场中运动的圆轨道半径不变
14、王老师在家重温了《哈利波特》系列电影，除了沉溺于“赫敏”“卢娜”的颜值外，更是对“死亡圣器”的标志产生了兴趣。其标志可简化为纸面内一个正三角形abc与其内切圆组成的图形，如图所示，圆的半径为r，三个切点分别为P、d、Q，图形被ad分割为相同的两部分，在左半圆和右半圆内分别存在着垂直纸面的匀强磁场B1、B2，其余地方均无磁场，在P处有一挡板，其余部分没有阻挡。现在从d点朝着a点发射一质量为m，带电荷量为+q的粒子，速度大小为v0，粒子以垂直ab的速度方向打在P上，从P处反弹后，最后回到了d点。不考虑重力作用，且碰撞无能量损失。下列判断正确的是（ ）
A．B1和B2方向均垂直纸面向里
B．B1垂直纸面向里，B2垂直纸面向外
C．右边磁场的磁感应强度大小为
D．左边磁场的磁感应强度大小为
15、质量为m电量为q的微粒以速度v与水平方向成θ角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、磁场力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法中正确的是（ ）
A．该微粒可能带正电荷也可能带负电荷
B．微粒从O到A的运动一定是匀加速直线运动
C．该磁场的磁感应强度大小为
D．该电场的场强为
三、解答题
16、当前许多新型材料以其独特的优势和非凡的物理特性，已成为信息与新能源技术发展的基础。载流子注入到材料的浓度和深度对它的相关性能有较大影响。现有研究小组就注入深度问题进行了相关的研究，如图所示。粒子发生器可以产生两种初速度分别为O和，质量均为m、电量为+q的粒子，这些粒子从小孔处进入电压为的加速电场后从小孔飞出并沿着x轴进入磁感应强度为，且方向垂直纸面向外的以O为圆心、半径为R的圆形匀强磁场。现以O为原点建立平面直角坐标系，在如图所示的位置放置某一新型材料，其上表面为圆弧状，半径也为R且与磁场边界重合，面与y轴重合，底面和x轴平行，面的延长线过圆心。当粒子以速度v垂直该材料表面射入时，其注入深度h满足：。其中k为系数但未知，且只与有关（为材料中某点和圆心O的连线与x轴的夹角），现已测得在面上。不计粒子的重力及相互作用。求：
（1）两种粒子进入磁场时速度大小
（2）两种粒子从磁场飞出时的位置坐标
（3）若粒子发生器产生的粒子初速度可以从0到范围内变化，通过观测发现，所有粒子均恰好注入至该材料的底面处。请推导k与所要满足的函数关系。
17、带电粒子的质量m＝1.7×10－27 kg，电荷量q＝1.6×10－19 C，以速度v＝3.2×106 m/s沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B＝0.17 T，磁场的宽度L＝10 cm，如图所示。求：（g取10 m/s2，计算结果均保留两位有效数字）
（1）带电粒子离开磁场时的速度大小；
（2）带电粒子在磁场中运动的时间；
（3）带电粒子在离开磁场时偏离入射方向的距离d为多大？
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第一章第3节带电粒子在匀强磁场中的运动（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B C A A B C B D C B
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AC AC CD BC CD
三、解答题
16、（1）；（2）；（3）
17、（1）3.2×106m/s；（2）3.3×10－8s；（3）2.7×10－2m
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班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________
一、单选题
1、 如图所示，有一圆形匀强磁场区域，O为圆的圆心，磁场方向垂直纸面向里。一个正电子和一个负电子（正负电子质量相等，电量大小相等，电性相反）以不同的速率沿着PO方向进入磁场，运动轨迹如图所示。不计电子之间的相互作用及重力。a与b比较，下列判断正确的是（ ）
A．a为正电子，b为负电子 B．b的速率较大
C．a在磁场中所受洛伦兹力较大 D．b在磁场中运动的时间较长
2、 假设在真空玻璃盒内有一固定于地面上空附近的N极磁单极子，其磁场分布与正点电荷电场分布相似，如图所示。一质量为m、电荷量为q的带电微粒在该磁单极子上方附近做速度大小为v半径为R的匀速圆周运动，其轨迹如虚线所示，轨迹平面为水平面。（已知地球表面的重力加速度大小为g，不考虑地磁场的影响），则（ ）
A．若带电微粒带正电，从轨迹上方向下看，粒子沿逆时针方向运动
B．带电微粒做匀速圆周运动的向心力仅由洛伦兹力提供
C．带电微粒运动的圆周上各处的磁感应强度大小为
D．若入射的微粒不变，而速度越大，若微粒也能做匀速圆周运动，则其在磁场中通过的圆周越短，周期也越短
3、 如图所示，矩形MNPQ区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有3个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧，这些粒子的质量，电荷量以及速度大小如下表所示：
粒子编号 质量 电荷量（） 速度大小
1
2
3
由以上信息可知，从图中a、b、c处进入的粒子对应表中的编号分别为（ ）A．3、2、1 B．1、2、3 C．2、3、1 D．1、3、2
4、 如图所示，在水平面上固定一倾角为的光滑绝缘斜面，斜面所处整个空间存在垂直于斜面斜向下的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，电场强度大小，磁感应强度大小。一个电荷量为、质量为的带电小球（带正电）在斜面顶端点由静止释放，小球经过斜面上点时离开斜面，运动到斜面下端点正上方的点（图中未画出）时加速度为0，重力加速度，则小球从点到点的时间和小球经过点的速度大小分别为（ ）
A．； B．； C．； D．；
5、 如图所示，在竖直线EOF右侧足够大的区域内存在着磁感应强度大小为B方向垂直纸面向里的匀强磁场。质量相同、电荷量分别为+q和-q带电粒子，从O点以相同的速度，先后射入磁场，已知v的方向与OF成θ=30°，两带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力作用，则不正确的是（ ）
A．两带电粒子回到EOF竖直线时与O点的距离相等
B．两带电粒子在磁场中的运动时间相等
C．两带电粒子回到EOF竖直线时的速度相同
D．从射入到射出磁场的过程中，两粒子所受洛仑兹力的冲量相同
6、 如图所示，平板MN上方有足够大的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，质子（）和氘核（）从静止开始，经过同一个加速电场加速后，从平板上的小孔O先后射入匀强磁场，速度方向与平板MN夹角均为（0<<），整个装置放在真空中，且不计重力，不考虑两个粒子之间的相互作用。质子打到平板MN上的位置到小孔的距离为s，则（ ）
A．质子和氘核在磁场中运动的时间之比为2：1
B．保持其他量不变，当时，氘核打到平板MN的位置离O点最远
C．氘核到小孔的距离为
D．保持其他量不变，加速电场的电压加倍，质子到小孔的距离变为2s
7、 下列运动(电子只受电场力或磁场力的作用)不可能的是（ ）
A． B．
C． D．
8、 安德森利用云室照片观察到宇宙射线垂直进入匀强磁场时运动轨迹发生弯曲。如图照片所示，在垂直于照片平面的匀强磁场（照片中未标出）中，高能宇宙射线穿过铅板时，有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全相同，但弯曲的方向反了。这种前所未知的粒子与电子的质量相同，但电荷却相反。安德森发现这正是狄拉克预言的正电子。正电子的发现，开辟了反物质领域的研究，安德森获得1936年诺贝尔物理学奖。关于照片中的信息，下列说法正确的是（ ）
A．粒子的运动轨迹是抛物线
B．粒子在铅板上方运动的速度大于在铅板下方运动的速度
C．粒子从上向下穿过铅板
D．匀强磁场的方向垂直照片平面向里
9、 如图所示，正方形容器处在匀强磁场中，一束电子从a孔垂直磁场射入容器中，其中一部分从c孔射出，一部分从d孔射出。则下列说法正确的是（ ）
A．从两孔射出的电子速率之比为
B．从两孔射出的电子在容器中运动周期之比
C．从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比
D．从两孔射出的电子在容器中运动的所用时间之比为
10、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
二、多选题
11、如图所示，在磁感应强度为B，范围足够大的水平匀强磁场内，固定着倾角为θ的绝缘斜面，一个质量为m、电荷量为-q的带电小物块以初速度v0沿斜面向上运动，小物块与斜面间的动摩擦因数为μ。设滑动时电荷量不变，在小物块上滑过程中，其速度大小v与时间t和加速度大小a与时间t的关系图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
12、如图所示，在空间由一坐标系xOy，直线OP与轴正方向的夹角为30°，第一象限内有两个方向都垂直纸面向外的匀强磁场区域I和II，直线OP上方区域I中磁场的磁感应强度为B，一质量为m，电荷量为q的质子（不计重力）以速度v从O点沿与OP成30°角的方向垂直磁场进入区域I，质子先后通过强磁场区域I和II后，恰好垂直打在x轴上的Q点（图中未画出），则
A．粒子在第一象限中运动的时间为
B．粒子在第一象限中运动的时间为
C．Q点的横坐标为
D．Q点的横坐标为
13、在如图所示的虚线MN上方行在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸而向外，纸面上直角三角形OPQ的∠Q为直角，。两个相同质量的带电粒子a、b分从O、P两点垂直于MN同时射入磁场，恰好在Q点相遇并结合在一起。则以下说法中正确的是（ ）
A．粒子b带正电
B．两粒子电荷量的绝对值
C．两粒子的速度大小
D．两粒子结合后在磁场中运动的圆轨道半径不变
14、王老师在家重温了《哈利波特》系列电影，除了沉溺于“赫敏”“卢娜”的颜值外，更是对“死亡圣器”的标志产生了兴趣。其标志可简化为纸面内一个正三角形abc与其内切圆组成的图形，如图所示，圆的半径为r，三个切点分别为P、d、Q，图形被ad分割为相同的两部分，在左半圆和右半圆内分别存在着垂直纸面的匀强磁场B1、B2，其余地方均无磁场，在P处有一挡板，其余部分没有阻挡。现在从d点朝着a点发射一质量为m，带电荷量为+q的粒子，速度大小为v0，粒子以垂直ab的速度方向打在P上，从P处反弹后，最后回到了d点。不考虑重力作用，且碰撞无能量损失。下列判断正确的是（ ）
A．B1和B2方向均垂直纸面向里
B．B1垂直纸面向里，B2垂直纸面向外
C．右边磁场的磁感应强度大小为
D．左边磁场的磁感应强度大小为
15、质量为m电量为q的微粒以速度v与水平方向成θ角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、磁场力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法中正确的是（ ）
A．该微粒可能带正电荷也可能带负电荷
B．微粒从O到A的运动一定是匀加速直线运动
C．该磁场的磁感应强度大小为
D．该电场的场强为
三、解答题
16、当前许多新型材料以其独特的优势和非凡的物理特性，已成为信息与新能源技术发展的基础。载流子注入到材料的浓度和深度对它的相关性能有较大影响。现有研究小组就注入深度问题进行了相关的研究，如图所示。粒子发生器可以产生两种初速度分别为O和，质量均为m、电量为+q的粒子，这些粒子从小孔处进入电压为的加速电场后从小孔飞出并沿着x轴进入磁感应强度为，且方向垂直纸面向外的以O为圆心、半径为R的圆形匀强磁场。现以O为原点建立平面直角坐标系，在如图所示的位置放置某一新型材料，其上表面为圆弧状，半径也为R且与磁场边界重合，面与y轴重合，底面和x轴平行，面的延长线过圆心。当粒子以速度v垂直该材料表面射入时，其注入深度h满足：。其中k为系数但未知，且只与有关（为材料中某点和圆心O的连线与x轴的夹角），现已测得在面上。不计粒子的重力及相互作用。求：
（1）两种粒子进入磁场时速度大小
（2）两种粒子从磁场飞出时的位置坐标
（3）若粒子发生器产生的粒子初速度可以从0到范围内变化，通过观测发现，所有粒子均恰好注入至该材料的底面处。请推导k与所要满足的函数关系。
17、带电粒子的质量m＝1.7×10－27 kg，电荷量q＝1.6×10－19 C，以速度v＝3.2×106 m/s沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B＝0.17 T，磁场的宽度L＝10 cm，如图所示。求：（g取10 m/s2，计算结果均保留两位有效数字）
（1）带电粒子离开磁场时的速度大小；
（2）带电粒子在磁场中运动的时间；
（3）带电粒子在离开磁场时偏离入射方向的距离d为多大？
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第一章第3节带电粒子在匀强磁场中的运动（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B C A A B C B D C B
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AC AC CD BC CD
三、解答题
16、（1）；（2）；（3）
17、（1）3.2×106m/s；（2）3.3×10－8s；（3）2.7×10－2m
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