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 | 521.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-15 12:57:25 | ||
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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
一、单选题
1． 半径为R的圆形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，O是圆心，P是磁场边缘上的一点．在P处的粒子源沿不同方向、以相同的速率不断向磁场中释放出相同的带电粒子，粒子质量、带电量．不计重力和粒子间的相互作用，各带电粒子穿出磁场时，P点与出射点间的最大距离为．由此可知（ ）
A．带电粒子在磁场中做圆周运动的半径等于
B．带电粒子进入磁场时的速度大小
C．从离P点最远处射出的带电粒子在磁场中运动方向偏转了
D．由于洛伦兹力不做功，带电粒子在磁场中运动时动能和动量都保持不变
2． 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
3． 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
4． 两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行．一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子（不计重力），从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后，粒子的
A．轨道半径减小，角速度增大
B．轨道半径减小，角速度减小
C．轨道半径增大，角速度增大
D．轨道半径增大，角速度减小
5． 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
6． 如图是某离子速度选择器的原理示意图，在一半径为R=10cm的圆形筒内有B=1×10 4T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、 分别作为入射孔和出射孔．现有一束比荷为的正离子，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 大小是（ ）
A．2×105m/s B．2×106m/s
C．4×105m/s D．4×106m/s
7． 在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子和，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子在磁场中转过后从磁场右边界射出。在电场和磁场中运动时，可以认为两个离子的质量相同，则下列关于离子和的说法中不正确的是（ ）
A．离开电场区域时的动能之比为1：3 B．在电场中的加速度之比为1：1
C．在磁场中转过的角度之比为1：2 D．在磁场中运动的半径之比为
8． 如图所示是洛伦兹力演示仪。电子枪的加速电压为U，励磁线圈内磁场可视为匀强磁场，磁感应强度为B，加速后的电子垂直进入磁场。设电子的电量为e，质量为m，忽略电子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．电子枪射出时电子速度大小为
B．电子在磁场中运动轨道半径
C．增大电子枪加速电压，电子旋转一周所用的时间减少
D．减小磁感应强度可以减小电子在磁场中的运动轨道半径
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．如图所示，有一挡板M，中间有小孔，挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为。为磁场边界上的一绝缘板，它与M板的夹角，，现有大量质量均为，速度均为，带负电但电荷量不同的粒子（不计重力），自点沿水平方向进入匀强磁场中，则能击中绝缘板的粒子中，所带电荷量的最大值为（ ）
A． B．
C． D．
二、多选题
11．在一绝缘、粗糙且足够长的竖直管道中有一带电量为、质量为的带电球体，管道半径略大于球体半径。整个管道处于水平方向的匀强电场和匀强磁场中。现给带电球体一个向下的初速度，在以后的运动过程中，小球运动的速度图象可能是（ ）
A． B． C． D．
12．如图半径为R的圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场，半径OC与OB夹角为60°。一电子以速率v从A点沿直径AB方向射入磁场，从C点射出。电子质量为m、电荷量为e，不计电子重力，下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向垂直纸面向外
B．磁感应强度大小为
C．电子在磁场中的运动时间为
D．若电子速率变为，仍要从C点射出，磁感应强度大小应变为原来的倍
13．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．
14．如图所示，边长为L的正方形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场。一个带电粒子静止在正方形的中心O处，某时刻分裂成两个带正电的粒子、，粒子从中心O水平向左射出，经一段时间、两粒子同时射出磁场区域，已知粒子恰从A处飞出磁场，粒子从CD边某处飞出，飞出磁场时速度与CD边的夹角为，若忽略重力和粒子间相互作用力，则下列判断正确的是（ ）
A．、两带电粒子的半径之比为1:2
B．、两带电粒子的速度大小之比为2:3
C．、两带电粒子的质量之比为2:3
D．、两带电粒子的比荷之比为2:3
15．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
三、解答题
16．如图所示，竖直平面内有一个等腰直角三角形abc，ab边竖直，长为，此区域中存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小。左侧M、N两板间电压为，N板在c点正上方。bc边的左侧有足够长的水平向右的匀强电场，电场强度大小为。现有一个比荷为，带正电的粒子从M板小孔由静止释放，经MN板间电场加速后从ac边的中点e水平向右进入磁场区域（不计粒子重力）。求：
(1)粒子进入磁场时的速度v的大小；
(2)粒子从离开N板至第一次离开磁场区域所经历的时间；
(3)粒子第二次离开磁场时的位置及从第一次离开磁场至第二次离开磁场所经历的时间。
17．静电喷漆原理如图所示，A、B为两块足够大的平行金属板，间距为d，两板间存在匀强电场。在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P，油漆喷枪的半球形喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒。若油漆微粒的初速度大小均为v0，质量为m、电荷量为-q，场强大小为，微粒所受重力、空气阻力、微粒间相互作用力均不计，试求:
(1)微粒打在B板时的动能Ek；
(2)微粒最后落在B板上所形成的图形形状及其面积S。
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 A C D C D B B D A
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 ABC ABD AC AC BC
三、解答题
16．(1)；(2)；(3)b点，
17．(1) ； (2)
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一、单选题
1． 半径为R的圆形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，O是圆心，P是磁场边缘上的一点．在P处的粒子源沿不同方向、以相同的速率不断向磁场中释放出相同的带电粒子，粒子质量、带电量．不计重力和粒子间的相互作用，各带电粒子穿出磁场时，P点与出射点间的最大距离为．由此可知（ ）
A．带电粒子在磁场中做圆周运动的半径等于
B．带电粒子进入磁场时的速度大小
C．从离P点最远处射出的带电粒子在磁场中运动方向偏转了
D．由于洛伦兹力不做功，带电粒子在磁场中运动时动能和动量都保持不变
2． 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
3． 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
4． 两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行．一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子（不计重力），从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后，粒子的
A．轨道半径减小，角速度增大
B．轨道半径减小，角速度减小
C．轨道半径增大，角速度增大
D．轨道半径增大，角速度减小
5． 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
6． 如图是某离子速度选择器的原理示意图，在一半径为R=10cm的圆形筒内有B=1×10 4T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、 分别作为入射孔和出射孔．现有一束比荷为的正离子，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 大小是（ ）
A．2×105m/s B．2×106m/s
C．4×105m/s D．4×106m/s
7． 在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子和，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子在磁场中转过后从磁场右边界射出。在电场和磁场中运动时，可以认为两个离子的质量相同，则下列关于离子和的说法中不正确的是（ ）
A．离开电场区域时的动能之比为1：3 B．在电场中的加速度之比为1：1
C．在磁场中转过的角度之比为1：2 D．在磁场中运动的半径之比为
8． 如图所示是洛伦兹力演示仪。电子枪的加速电压为U，励磁线圈内磁场可视为匀强磁场，磁感应强度为B，加速后的电子垂直进入磁场。设电子的电量为e，质量为m，忽略电子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．电子枪射出时电子速度大小为
B．电子在磁场中运动轨道半径
C．增大电子枪加速电压，电子旋转一周所用的时间减少
D．减小磁感应强度可以减小电子在磁场中的运动轨道半径
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．如图所示，有一挡板M，中间有小孔，挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为。为磁场边界上的一绝缘板，它与M板的夹角，，现有大量质量均为，速度均为，带负电但电荷量不同的粒子（不计重力），自点沿水平方向进入匀强磁场中，则能击中绝缘板的粒子中，所带电荷量的最大值为（ ）
A． B．
C． D．
二、多选题
11．在一绝缘、粗糙且足够长的竖直管道中有一带电量为、质量为的带电球体，管道半径略大于球体半径。整个管道处于水平方向的匀强电场和匀强磁场中。现给带电球体一个向下的初速度，在以后的运动过程中，小球运动的速度图象可能是（ ）
A． B． C． D．
12．如图半径为R的圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场，半径OC与OB夹角为60°。一电子以速率v从A点沿直径AB方向射入磁场，从C点射出。电子质量为m、电荷量为e，不计电子重力，下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向垂直纸面向外
B．磁感应强度大小为
C．电子在磁场中的运动时间为
D．若电子速率变为，仍要从C点射出，磁感应强度大小应变为原来的倍
13．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．
14．如图所示，边长为L的正方形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场。一个带电粒子静止在正方形的中心O处，某时刻分裂成两个带正电的粒子、，粒子从中心O水平向左射出，经一段时间、两粒子同时射出磁场区域，已知粒子恰从A处飞出磁场，粒子从CD边某处飞出，飞出磁场时速度与CD边的夹角为，若忽略重力和粒子间相互作用力，则下列判断正确的是（ ）
A．、两带电粒子的半径之比为1:2
B．、两带电粒子的速度大小之比为2:3
C．、两带电粒子的质量之比为2:3
D．、两带电粒子的比荷之比为2:3
15．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
三、解答题
16．如图所示，竖直平面内有一个等腰直角三角形abc，ab边竖直，长为，此区域中存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小。左侧M、N两板间电压为，N板在c点正上方。bc边的左侧有足够长的水平向右的匀强电场，电场强度大小为。现有一个比荷为，带正电的粒子从M板小孔由静止释放，经MN板间电场加速后从ac边的中点e水平向右进入磁场区域（不计粒子重力）。求：
(1)粒子进入磁场时的速度v的大小；
(2)粒子从离开N板至第一次离开磁场区域所经历的时间；
(3)粒子第二次离开磁场时的位置及从第一次离开磁场至第二次离开磁场所经历的时间。
17．静电喷漆原理如图所示，A、B为两块足够大的平行金属板，间距为d，两板间存在匀强电场。在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P，油漆喷枪的半球形喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒。若油漆微粒的初速度大小均为v0，质量为m、电荷量为-q，场强大小为，微粒所受重力、空气阻力、微粒间相互作用力均不计，试求:
(1)微粒打在B板时的动能Ek；
(2)微粒最后落在B板上所形成的图形形状及其面积S。
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 A C D C D B B D A
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 ABC ABD AC AC BC
三、解答题
16．(1)；(2)；(3)b点，
17．(1) ； (2)
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