第3节带电粒子在匀强磁场中的运动 同步练习（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第3节带电粒子在匀强磁场中的运动 同步练习（Word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 552.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-31 12:53:15 | ||
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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
挑战学霸
一、单选题
1． 如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。加速电场的加速压为U，静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器。下列说法不正确的是（ ）
A．磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外
B．磁分析器中圆心到Q点的距离可能为
C．不同离子经相同的加速压U加速后都可以沿通道中心线安全通过静电分析器
D．静电分析器通道中心线半径为
2． 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
3． 在x轴上方有垂直于纸面的匀强磁场，同一种带电粒子从O点射入磁场．当入射方向与x轴的夹角时，速度为v1、v2的两个粒子分别从a、b两点射出磁场，如图所示，当时，为了使粒子从ab的中点c射出磁场，则速度应为（ ）
A． B．
C． D．
4． 水平桌面上方区域内存在一垂直于桌面的磁感应强度为B的匀强磁场，科研人员将均匀涂抹荧光物质的半径为R的圆环，放置于水平桌面上如图1所示，A为圆环边界上的一点，大量相同的带电粒子以相同的速率经过A点，在平面内沿不同的方向射入磁场，科研人员观测到整个圆环发出淡淡的荧光（高速微观粒子打在荧光物质上会将动能转化为光能），且粒子在圆环内磁场中运动的最长时间为t。更换半径为的圆环时如图2所示，只有相应的三分之一圆周上有荧光发出，不计重力及带电粒子之间的相互作用，则（ ）
A．粒子在磁场中做圆周运动的周期T=6t
B．粒子在磁场中做圆周运动的半径
C．粒子在磁场中做圆周运动的速度
D．该粒子的比荷
5． 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
6． 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
7． 如图所示，AB是固定在竖直平面内的光滑绝缘细杆，A、B两点恰好位于圆周上，杆上套有质量为m、电荷量为+q的小球(可看成点电荷)，第一次在圆心O处放一点电荷+Q，让小球从A点沿杆由静止开始下落，通过B点时的速度为，加速度为a1；第二次去掉点电荷，在圆周平面加上磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，让小球仍从A点沿杆由静止开始下落，经过B点时速度为，加速度为a2，则（ ）
A．＜ B．＞ C．a1＜ a2 D．a1＞ a2
8． 在高纬度地区的高空，大气稀薄，常出现五颜六色的弧状、带状或幕状的极其美丽壮观的发光现象，这就是我们常说的“极光”．“极光”是由太阳发射的高速带电粒子（重力不计）受地磁场的影响，进入两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的．假如我们在南极地区忽然发现正上方的高空出现了射向地球的、沿顺时针方向生成的紫色弧状极光（显示带电粒子的运动轨迹），则关于弧状极光的弯曲程度下列说法正确的是（ ）
A．轨迹半径逐渐减小
B．轨迹半径先增大后减小
C．轨迹半径先减小后增大
D．轨迹半径逐渐增大
9． 如图所示，S为一离子源，MN为荧光屏，其长度为，S到MN的距离为SP=L，P为MN的中点，MN的左侧区域有足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。某时刻离子源S一次性沿平行纸面的各个方向均匀地喷发大量的正离子（此后不再喷发），喷发的离子速率均相等、质量均为m、电荷量均为q。不计粒子重力，不考虑离子之间的相互作用力，下列说法正确的是（ ）
A．若离子在磁场中做匀速圆周运动的半径为2L，则离子喷发时的速率为
B．若离子速率为，一定能打到荧光屏上
C．若离子速率为，能打中荧光屏的最短时间为
D．若离子速率为，能打到荧光屏MN上的范围为
10．如图，虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场，P为磁场边界上的一点，大量相同的带电粒子以相同的速率经过P点，在纸面内沿不同方向射入磁场。若粒子射入速率为v1，这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周上；若粒子射入速率为v2，相应的出射点分布在三分之一圆周上。不计重力及带电粒子之间的相互作用。则v2∶v1为（ ）
A． ∶2 B． ∶1 C． ∶1 D．3∶
二、多选题
11．极光是由来自宇宙空间的高能带电粒子流进入地球大气层后，由于地磁场的作用而产生的.如图所示，科学家发现并证实，这些高能带电粒子流向两极时做螺旋运动，旋转半径不断减小.此运动形成的原因可能是（ ）
A．洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小
B．介质阻力对粒子做负功，使其动能减小
C．粒子的带电荷量减小
D．南北两极附近的磁感应强度较强
12．质量为m、带电量为+q的小球套在水平固定且足够长的粗糙绝缘杆上，如图所示，整个装置处于磁感应强度为B、垂直纸面向里的水平匀强磁场中．现给小球一个水平向右的初速度v0使其开始运动，不计空气阻力，则对小球从开始到最终稳定的过程中，下列说法正确的是
A．一定做减速运动
B．运动过程中克服摩擦力做的功可能是0
C．最终稳定时的速度一定是mg/qB
D．最终稳定时的速度可能是0
13．如图所示，在矩形区域内有匀强电场和匀强磁场，电场方向平行于ad边且由a指向d，磁场方向垂直于平面，ab边长为，ad边长为2L，一带电粒子从ad边的中点O平行于ab方向以大小为v0的速度射入场内，恰好做匀速直线运动；若撤去电场，其他条件不变，粒子从c点射出场区(粒子重力不计)．下列说法正确的是
A．磁场方向一定是垂直平面向里
B．撤去电场后，该粒子在磁场中的运动时间为
C．若撤去磁场，其他条件不变，粒子一定从bc边射出场区
D．若撤去磁场，其他条件不变，粒子一定从ab边射出场区
14．长方形区域内存在有正交的匀强电场和匀强磁场，其方向如图所示，一个质量为m且带电荷量为q的小球以初速度v0竖直向下进入该区域。若小球恰好沿直线下降，则下列判断正确的是（ ）
A．小球带正电 B．电场强度E＝
C．小球做匀速直线运动 D．磁感应强度B＝
15．如图所示，带电粒子以初速度v0从点垂直y轴进入匀强磁场，运动中经过b点，其中长度。若将磁场换成一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从点垂直y轴进入匀强电场，粒子仍能通过b点，则粒子在磁场中的运动时间t1与在电场中的运动时间t2之比和磁感应强度B与电场强度E之比为（ ）
A．t1∶t2＝2∶π B．t1∶t2＝π∶2
C．B∶E＝1∶2v0 D．B∶E＝2∶v0
三、解答题
16．如图所示是一个示波管工作原理图，电子经电压U1=4.5×103V加速后以速度v0垂直等间距的进入电压U2=180V，间距为d=1.0cm，板长 =5.0cm的平行金属板组成的偏转电场，离开电场后打在距离偏转电场s=10.0cm的屏幕上的P点，（e=1.6×10-19C，m=9.0×10-31kg）求：
（1）射出偏转电场时速度的偏角tanθ=？
（2）打在屏幕上的侧移位移OP=？
17．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。
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 B A D B D A D C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BD BD AC CD BC
三、解答题
16．(1)0.1 (2)1.25cm
17．（1）；（2）；（3）
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第 1 页，共 1 页
挑战学霸
一、单选题
1． 如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。加速电场的加速压为U，静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器。下列说法不正确的是（ ）
A．磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外
B．磁分析器中圆心到Q点的距离可能为
C．不同离子经相同的加速压U加速后都可以沿通道中心线安全通过静电分析器
D．静电分析器通道中心线半径为
2． 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
3． 在x轴上方有垂直于纸面的匀强磁场，同一种带电粒子从O点射入磁场．当入射方向与x轴的夹角时，速度为v1、v2的两个粒子分别从a、b两点射出磁场，如图所示，当时，为了使粒子从ab的中点c射出磁场，则速度应为（ ）
A． B．
C． D．
4． 水平桌面上方区域内存在一垂直于桌面的磁感应强度为B的匀强磁场，科研人员将均匀涂抹荧光物质的半径为R的圆环，放置于水平桌面上如图1所示，A为圆环边界上的一点，大量相同的带电粒子以相同的速率经过A点，在平面内沿不同的方向射入磁场，科研人员观测到整个圆环发出淡淡的荧光（高速微观粒子打在荧光物质上会将动能转化为光能），且粒子在圆环内磁场中运动的最长时间为t。更换半径为的圆环时如图2所示，只有相应的三分之一圆周上有荧光发出，不计重力及带电粒子之间的相互作用，则（ ）
A．粒子在磁场中做圆周运动的周期T=6t
B．粒子在磁场中做圆周运动的半径
C．粒子在磁场中做圆周运动的速度
D．该粒子的比荷
5． 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
6． 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
7． 如图所示，AB是固定在竖直平面内的光滑绝缘细杆，A、B两点恰好位于圆周上，杆上套有质量为m、电荷量为+q的小球(可看成点电荷)，第一次在圆心O处放一点电荷+Q，让小球从A点沿杆由静止开始下落，通过B点时的速度为，加速度为a1；第二次去掉点电荷，在圆周平面加上磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，让小球仍从A点沿杆由静止开始下落，经过B点时速度为，加速度为a2，则（ ）
A．＜ B．＞ C．a1＜ a2 D．a1＞ a2
8． 在高纬度地区的高空，大气稀薄，常出现五颜六色的弧状、带状或幕状的极其美丽壮观的发光现象，这就是我们常说的“极光”．“极光”是由太阳发射的高速带电粒子（重力不计）受地磁场的影响，进入两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的．假如我们在南极地区忽然发现正上方的高空出现了射向地球的、沿顺时针方向生成的紫色弧状极光（显示带电粒子的运动轨迹），则关于弧状极光的弯曲程度下列说法正确的是（ ）
A．轨迹半径逐渐减小
B．轨迹半径先增大后减小
C．轨迹半径先减小后增大
D．轨迹半径逐渐增大
9． 如图所示，S为一离子源，MN为荧光屏，其长度为，S到MN的距离为SP=L，P为MN的中点，MN的左侧区域有足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。某时刻离子源S一次性沿平行纸面的各个方向均匀地喷发大量的正离子（此后不再喷发），喷发的离子速率均相等、质量均为m、电荷量均为q。不计粒子重力，不考虑离子之间的相互作用力，下列说法正确的是（ ）
A．若离子在磁场中做匀速圆周运动的半径为2L，则离子喷发时的速率为
B．若离子速率为，一定能打到荧光屏上
C．若离子速率为，能打中荧光屏的最短时间为
D．若离子速率为，能打到荧光屏MN上的范围为
10．如图，虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场，P为磁场边界上的一点，大量相同的带电粒子以相同的速率经过P点，在纸面内沿不同方向射入磁场。若粒子射入速率为v1，这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周上；若粒子射入速率为v2，相应的出射点分布在三分之一圆周上。不计重力及带电粒子之间的相互作用。则v2∶v1为（ ）
A． ∶2 B． ∶1 C． ∶1 D．3∶
二、多选题
11．极光是由来自宇宙空间的高能带电粒子流进入地球大气层后，由于地磁场的作用而产生的.如图所示，科学家发现并证实，这些高能带电粒子流向两极时做螺旋运动，旋转半径不断减小.此运动形成的原因可能是（ ）
A．洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小
B．介质阻力对粒子做负功，使其动能减小
C．粒子的带电荷量减小
D．南北两极附近的磁感应强度较强
12．质量为m、带电量为+q的小球套在水平固定且足够长的粗糙绝缘杆上，如图所示，整个装置处于磁感应强度为B、垂直纸面向里的水平匀强磁场中．现给小球一个水平向右的初速度v0使其开始运动，不计空气阻力，则对小球从开始到最终稳定的过程中，下列说法正确的是
A．一定做减速运动
B．运动过程中克服摩擦力做的功可能是0
C．最终稳定时的速度一定是mg/qB
D．最终稳定时的速度可能是0
13．如图所示，在矩形区域内有匀强电场和匀强磁场，电场方向平行于ad边且由a指向d，磁场方向垂直于平面，ab边长为，ad边长为2L，一带电粒子从ad边的中点O平行于ab方向以大小为v0的速度射入场内，恰好做匀速直线运动；若撤去电场，其他条件不变，粒子从c点射出场区(粒子重力不计)．下列说法正确的是
A．磁场方向一定是垂直平面向里
B．撤去电场后，该粒子在磁场中的运动时间为
C．若撤去磁场，其他条件不变，粒子一定从bc边射出场区
D．若撤去磁场，其他条件不变，粒子一定从ab边射出场区
14．长方形区域内存在有正交的匀强电场和匀强磁场，其方向如图所示，一个质量为m且带电荷量为q的小球以初速度v0竖直向下进入该区域。若小球恰好沿直线下降，则下列判断正确的是（ ）
A．小球带正电 B．电场强度E＝
C．小球做匀速直线运动 D．磁感应强度B＝
15．如图所示，带电粒子以初速度v0从点垂直y轴进入匀强磁场，运动中经过b点，其中长度。若将磁场换成一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从点垂直y轴进入匀强电场，粒子仍能通过b点，则粒子在磁场中的运动时间t1与在电场中的运动时间t2之比和磁感应强度B与电场强度E之比为（ ）
A．t1∶t2＝2∶π B．t1∶t2＝π∶2
C．B∶E＝1∶2v0 D．B∶E＝2∶v0
三、解答题
16．如图所示是一个示波管工作原理图，电子经电压U1=4.5×103V加速后以速度v0垂直等间距的进入电压U2=180V，间距为d=1.0cm，板长 =5.0cm的平行金属板组成的偏转电场，离开电场后打在距离偏转电场s=10.0cm的屏幕上的P点，（e=1.6×10-19C，m=9.0×10-31kg）求：
（1）射出偏转电场时速度的偏角tanθ=？
（2）打在屏幕上的侧移位移OP=？
17．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。
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 B A D B D A D C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BD BD AC CD BC
三、解答题
16．(1)0.1 (2)1.25cm
17．（1）；（2）；（3）
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