江苏省高邮市三垛中学2025年高二物理周练十六（带电粒子在磁场中的运动）（含解析）
文档属性
| 名称 | 江苏省高邮市三垛中学2025年高二物理周练十六（带电粒子在磁场中的运动）（含解析） |
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| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-12-21 22:16:28 | ||
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文档简介
高二物理周练十六（带电粒子在磁场中的运动）
一、选择题（每题4分，共56分）：
1．如图所示是科学家利用放在匀强磁场中的云室记录的正电子的径迹，云室中放有厚的铅板，磁场方向垂直纸面，A、B是径迹上的两个点，若不计正电子受到的重力及运动过程的水蒸气的阻力，下列说法正确的是（ ）
A．正电子的运动方向是从A到B
B．通过分析可以确定磁场方向垂直纸面向外
C．正电子在A、B两点受到的洛仑兹力大小相等
D．正电子经过铅板后，运动的周期变小
2．如图，匀强磁场范围足够大，磁场方向垂直纸面向外，MN为的该磁场的下边界，磁场的磁感应强度为B。质量为、电荷量为带正电的粒子从点以速度与成角垂直射入磁场中，经过一段时间从点（图中没有标出）离开磁场，只考虑粒子所受的洛伦兹力作用。粒子从点运动到点的过程中（ ）
A．粒子所受洛伦兹力冲量为零 B．粒子运动的时间最长为
C．时粒子运动的轨迹长为
D．时两点间距离大于时两点间距离
3．质子（）和氘核（）以相同速度分别从同一位置垂直于边界射入匀强磁场，两条运动轨迹如图中a、b所示，a的半径为，b的半径为。设、和、分别是质子、氘核在磁场中所受的洛伦兹力和运动时间，则（ ）
A．质子就是元电荷，轨迹b是质子的运动轨迹 B．
C． D．
4．关于下列四幅课本上的插图的说法正确的是（ ）
A．图甲是速度选择器示意图，由图可以判断出带电粒子的电性，不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
B．图乙是磁流体发电机结构示意图，由图可以判断出A极板是发电机的正极
C．图丙是质谱仪结构示意图，打在底片上的位置越靠近狭缝说明粒子的比荷越大
D．图丁是回旋加速器示意图，要使粒子飞出加速器时的动能增大，可仅增加电压U
5．某质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为。今有一质量为m、电荷量为q的氘核，由静止加速后，恰能通过速度选择器，进入分离器后做匀速圆周运动，则（ ）
A．加速后氘核的速度为 B．速度选择器两板间电压为
C．氘核在分离器中做匀速圆周运动的半径为
D．仅将氘核换成氦核，则不能匀速直线通过速度选择器
6．如图所示是磁流体发电机的原理示意图，水平两金属板a、b正对平行放置，且板面垂直于纸面，在两极板之间接有电阻R（其余电阻不计），在极板间有垂直于纸面向外的匀强磁场。当等离子束（分别带有等量正、负电荷的离子束）从左向右以恒定速率进入极板时，下列说法中正确的是（ ）
A．电阻R中有由M向N方向的电流 B．金属板b的电势高于金属板a的电势
C．仅增大等离子浓度，电阻R上电流增大
D．仅增大两金属板正对面积，电阻R上电流增大
7．如图甲所示，回旋加速器的D形盒之间的狭缝中存在着周期性变化的电场，电压随时间变化的关系图像如图乙所示，D形盒所在空间存在方向垂直于盒面向下的匀强磁场B，回旋加速器中心A处有一粒子源，可无初速度地释放相同的带电粒子，粒子经过多次加速后从D形盒的边缘引出。不计粒子之间的相互作用力和相对论效应，下列说法正确的是（ ）
A．粒子每次经过狭缝，电场力对粒子做的功相同
B．粒子每次经过狭缝，受到的电场力的冲量相同
C．粒子在D形盒内旋转半圈，受到的洛伦兹力的冲量为零
D．粒子在D形盒内偏转的过程中，受到的洛伦兹力对粒子做正功
8．如图所示，回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子（初速度不计）电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R，加速电压为U，下列说法中正确的是（ ）
A．所加交流电源的周期为 B．仅增大D形盒半径R，加速次数不变
C．粒子加速后获得的最大动能为
D．粒子在回旋加速器中的加速次数为
9．如图为回旋加速器的示意图，两D型盒所在区域加匀强磁场，狭缝间就有交变电压（电压的大小恒定），将粒子由A点静止释放，经回旋加速器加速后，粒子最终从D型盒的出口引出。已知D型盒的半径为R，粒子的质量和电荷量分别为m、q，磁感应强度大小为B，加速电压为U（不计粒子在电场中的运动时间），粒子在回旋加速器中运动的时间为（ ）
A． B． C． D．
10．电磁场可以控制带电粒子的运动。在直角坐标系第一象限内有平行于坐标平面的匀强电场（图中未画出），在第二象限内有垂直坐标平面向外的匀强磁场。一个质量为m、电荷量为的带电粒子，在M点沿y轴正方向以速度进入磁场，过y轴上的N点后进入电场，运动轨迹与x轴交于P点，并且过P点时速度大小仍为。已知M、N、P三点到O点的距离分别为L、和3L，不计粒子重力，下列说法不正确的是（ ）
A．匀强磁场的磁感应强度大小为
B．粒子过N点时速度方向与y轴正方向的夹角为
C．电场强度大小为 D．粒子运动过程中最小速度为
11．如图所示，虚线为匀强电场和匀强磁场的分界线，电场线与分界线平行。一带电粒子以初速度垂直于电场线射入电场，并能进入磁场。已知磁感应强度为B，粒子的比荷为k，不计粒子的重力。则粒子第一次进、出磁场两点的距离为（ ）
A． B． C． D．
12．如图所示，一对水平正对放置的平行金属板长为L，间距为d，在板间有垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场，特定速度的带电粒子从两板正中间的O点平行于两板射入，能在两板间匀速通过，其他速度的粒子会发生偏转，这种装置叫速度选择器。在调试过程中，从O点射入的粒子带正电q、质量为m，速度大小恒定、方向平行于两板。第一次调试，在两板间不加磁场，只加电场，调整电场强度，使粒子恰好从下极板的右边缘Q点离开板间区域，此时电场强度为E。第二次调试，在两板间不加电场，只加磁场，调整磁感应强度，使粒子恰好从上极板的右边缘P点离开板间区域，此时磁感应强度为B．第三次调试，板间既有电场、又有磁场，保持上述电场强度E、磁感应强度B不变。不计粒子所受的重力，下列判断正确的是（ ）
A．由第一次调试可算得粒子从O点射入时的速度大小
B．与第一次调试比较，第二次调试粒子在两板间运动的时间较短
C．在第三次调试时，粒子恰能在板间做匀速直线运动
D．在第三次调试时，粒子在板间运动的速度逐渐增大
13．如图所示，两竖直带电平行金属板之间存在垂直于纸面向外的匀强磁场，一质量为m、电荷量为的带电小球以某一斜向上的速度进入两极板之间。若忽略空气阻力，则小球在两极板之间可能做（ ）
A．匀变速曲线运动 B．匀速圆周运动
C．匀减速直线运动 D．匀速直线运动
14．如图所示，点、、、位于同一竖直平面内，曲线为半径为的半圆弧，直线沿竖直方向，，直线左侧存在垂直纸面向外的匀强磁场和竖直向上的匀强电场，右侧存在水平向左的匀强电场。一带电量为、质量为的小球（可视为质点）在复合场中恰能沿着半圆弧在竖直平面内做匀速圆周运动，经过点进入匀强电场。已知磁感应强度为，（大小未知），，重力加速度为，则（ ）
A．电场强度大小为 B．、两点的电势差为
C．小球从运动到的速度大小为
D．小球在电场中距离最远时，速度大小为
二、解答题（每小问4分，共44分）
15．如图所示，在垂直纸面向外的匀强磁场中，一质量为m、电荷量为的带电滑块从光滑绝缘斜面的顶端由静止释放，滑至底端时恰好即将飞离斜面，已知磁感应强度的大小为B，斜面的倾角为θ，重力加速度为g，滑块可视为质点。求：
(1)滑块滑至底端时的速度大小；
(2)滑块滑至底端时所用时间；
(3)斜面的高度。
16．如图所示的xOy坐标系中，y轴左侧存在平行y轴且向下的匀强电场，第一象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从x轴上的A点以速度v、与x轴正方向成（未知）角射入第二象限，然后从y轴上的C点（未画出）垂直y轴射入第一象限，最终从x轴上的D点（未画出）垂直x轴射出磁场，，不计粒子重力，求：
(1)及电场强度大小E；
(2)磁感应强度大小B；
(3)粒子从A点运动到D点的时间。
17．如图所示，长方形长，宽，、分别是、的中点，以为直径的半圆内有垂直于纸面向里的匀强磁场（边界上无磁场），磁感应强度。一群不计重力、质量、电荷量的带电粒子。以速度沿垂直方向且垂直于磁场射入磁场区域，不考虑粒子间的相互作用。
(1)若从点射入的带电粒子刚好沿直线射出，求空间所加电场的大小和方向。
(2)若只有磁场时，某带电粒子从点射入，求该粒子从长方形射出的位置。
18．如图所示是质谱仪的工作原理示意图。质量为m带电量为q粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。求：
（1） 粒子在速度选择器中能沿直线运动的速度大小？
（2） 加速电场的电压U0是多少？
（3） 粒子在磁场中运动的轨迹半径为？
高二物理周练十六（带电粒子在磁场中的运动）参考答案
1．B 2.C 3. B 4.C 5.B 6. B 7. A
8. D 9. C 10. A 11. A 12. D 13. D 14. D
15．(1) (2) (3)
【详解】（1）由左手定则可知，滑块所受洛伦兹力垂直斜面向上，滑块滑至底端时恰不受弹力，则有 解得
（2）物体沿斜面匀加速下滑，由 又 解得
（3）滑块从斜面顶端运动到底端的过程中，由动能定理得
解得
16．(1)2， (2) (3)
【详解】（1）粒子在电场中做类斜抛运动，沿x轴方向有
沿y轴方向有 解得
由牛顿第二定律得 解得
（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，则有 且 解得
（3）粒子在电场中运动的时间 粒子在磁场中运动的时间
粒子从A点运动到D点的时间 解得
17．(1)125V/m 竖直向下 (2)从e点上方距离e点0.22m射出磁场
【详解】（1）带电粒子刚好沿Oe直线射出，根据平衡条件，有 解得
根据左手定则可知粒子受到竖直向上的洛伦兹力，电场力方向竖直向下，所以电场方向竖直向下。
（2）粒子进入磁场后做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力，得 解得r=0.3m
带电粒子进入磁场时所受的洛伦兹力向上，则粒子轨迹的圆心为a点，如图所示
设粒子从ae弧上f点射出磁场，因为，
所以为等边三角形， 粒子经过磁场速度的偏向角
根据几何知识得
故带电粒子从e点上方距离e点0.22m射出磁场。
18．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）通过速度选择器时，受到电场力和洛伦兹力，直线通过，有qE=qvB 解得
（2）根据动能定理，有 解得
（3）根据洛伦兹力提供向心力 联立解得
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
一、选择题（每题4分，共56分）：
1．如图所示是科学家利用放在匀强磁场中的云室记录的正电子的径迹，云室中放有厚的铅板，磁场方向垂直纸面，A、B是径迹上的两个点，若不计正电子受到的重力及运动过程的水蒸气的阻力，下列说法正确的是（ ）
A．正电子的运动方向是从A到B
B．通过分析可以确定磁场方向垂直纸面向外
C．正电子在A、B两点受到的洛仑兹力大小相等
D．正电子经过铅板后，运动的周期变小
2．如图，匀强磁场范围足够大，磁场方向垂直纸面向外，MN为的该磁场的下边界，磁场的磁感应强度为B。质量为、电荷量为带正电的粒子从点以速度与成角垂直射入磁场中，经过一段时间从点（图中没有标出）离开磁场，只考虑粒子所受的洛伦兹力作用。粒子从点运动到点的过程中（ ）
A．粒子所受洛伦兹力冲量为零 B．粒子运动的时间最长为
C．时粒子运动的轨迹长为
D．时两点间距离大于时两点间距离
3．质子（）和氘核（）以相同速度分别从同一位置垂直于边界射入匀强磁场，两条运动轨迹如图中a、b所示，a的半径为，b的半径为。设、和、分别是质子、氘核在磁场中所受的洛伦兹力和运动时间，则（ ）
A．质子就是元电荷，轨迹b是质子的运动轨迹 B．
C． D．
4．关于下列四幅课本上的插图的说法正确的是（ ）
A．图甲是速度选择器示意图，由图可以判断出带电粒子的电性，不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
B．图乙是磁流体发电机结构示意图，由图可以判断出A极板是发电机的正极
C．图丙是质谱仪结构示意图，打在底片上的位置越靠近狭缝说明粒子的比荷越大
D．图丁是回旋加速器示意图，要使粒子飞出加速器时的动能增大，可仅增加电压U
5．某质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为。今有一质量为m、电荷量为q的氘核，由静止加速后，恰能通过速度选择器，进入分离器后做匀速圆周运动，则（ ）
A．加速后氘核的速度为 B．速度选择器两板间电压为
C．氘核在分离器中做匀速圆周运动的半径为
D．仅将氘核换成氦核，则不能匀速直线通过速度选择器
6．如图所示是磁流体发电机的原理示意图，水平两金属板a、b正对平行放置，且板面垂直于纸面，在两极板之间接有电阻R（其余电阻不计），在极板间有垂直于纸面向外的匀强磁场。当等离子束（分别带有等量正、负电荷的离子束）从左向右以恒定速率进入极板时，下列说法中正确的是（ ）
A．电阻R中有由M向N方向的电流 B．金属板b的电势高于金属板a的电势
C．仅增大等离子浓度，电阻R上电流增大
D．仅增大两金属板正对面积，电阻R上电流增大
7．如图甲所示，回旋加速器的D形盒之间的狭缝中存在着周期性变化的电场，电压随时间变化的关系图像如图乙所示，D形盒所在空间存在方向垂直于盒面向下的匀强磁场B，回旋加速器中心A处有一粒子源，可无初速度地释放相同的带电粒子，粒子经过多次加速后从D形盒的边缘引出。不计粒子之间的相互作用力和相对论效应，下列说法正确的是（ ）
A．粒子每次经过狭缝，电场力对粒子做的功相同
B．粒子每次经过狭缝，受到的电场力的冲量相同
C．粒子在D形盒内旋转半圈，受到的洛伦兹力的冲量为零
D．粒子在D形盒内偏转的过程中，受到的洛伦兹力对粒子做正功
8．如图所示，回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子（初速度不计）电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R，加速电压为U，下列说法中正确的是（ ）
A．所加交流电源的周期为 B．仅增大D形盒半径R，加速次数不变
C．粒子加速后获得的最大动能为
D．粒子在回旋加速器中的加速次数为
9．如图为回旋加速器的示意图，两D型盒所在区域加匀强磁场，狭缝间就有交变电压（电压的大小恒定），将粒子由A点静止释放，经回旋加速器加速后，粒子最终从D型盒的出口引出。已知D型盒的半径为R，粒子的质量和电荷量分别为m、q，磁感应强度大小为B，加速电压为U（不计粒子在电场中的运动时间），粒子在回旋加速器中运动的时间为（ ）
A． B． C． D．
10．电磁场可以控制带电粒子的运动。在直角坐标系第一象限内有平行于坐标平面的匀强电场（图中未画出），在第二象限内有垂直坐标平面向外的匀强磁场。一个质量为m、电荷量为的带电粒子，在M点沿y轴正方向以速度进入磁场，过y轴上的N点后进入电场，运动轨迹与x轴交于P点，并且过P点时速度大小仍为。已知M、N、P三点到O点的距离分别为L、和3L，不计粒子重力，下列说法不正确的是（ ）
A．匀强磁场的磁感应强度大小为
B．粒子过N点时速度方向与y轴正方向的夹角为
C．电场强度大小为 D．粒子运动过程中最小速度为
11．如图所示，虚线为匀强电场和匀强磁场的分界线，电场线与分界线平行。一带电粒子以初速度垂直于电场线射入电场，并能进入磁场。已知磁感应强度为B，粒子的比荷为k，不计粒子的重力。则粒子第一次进、出磁场两点的距离为（ ）
A． B． C． D．
12．如图所示，一对水平正对放置的平行金属板长为L，间距为d，在板间有垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场，特定速度的带电粒子从两板正中间的O点平行于两板射入，能在两板间匀速通过，其他速度的粒子会发生偏转，这种装置叫速度选择器。在调试过程中，从O点射入的粒子带正电q、质量为m，速度大小恒定、方向平行于两板。第一次调试，在两板间不加磁场，只加电场，调整电场强度，使粒子恰好从下极板的右边缘Q点离开板间区域，此时电场强度为E。第二次调试，在两板间不加电场，只加磁场，调整磁感应强度，使粒子恰好从上极板的右边缘P点离开板间区域，此时磁感应强度为B．第三次调试，板间既有电场、又有磁场，保持上述电场强度E、磁感应强度B不变。不计粒子所受的重力，下列判断正确的是（ ）
A．由第一次调试可算得粒子从O点射入时的速度大小
B．与第一次调试比较，第二次调试粒子在两板间运动的时间较短
C．在第三次调试时，粒子恰能在板间做匀速直线运动
D．在第三次调试时，粒子在板间运动的速度逐渐增大
13．如图所示，两竖直带电平行金属板之间存在垂直于纸面向外的匀强磁场，一质量为m、电荷量为的带电小球以某一斜向上的速度进入两极板之间。若忽略空气阻力，则小球在两极板之间可能做（ ）
A．匀变速曲线运动 B．匀速圆周运动
C．匀减速直线运动 D．匀速直线运动
14．如图所示，点、、、位于同一竖直平面内，曲线为半径为的半圆弧，直线沿竖直方向，，直线左侧存在垂直纸面向外的匀强磁场和竖直向上的匀强电场，右侧存在水平向左的匀强电场。一带电量为、质量为的小球（可视为质点）在复合场中恰能沿着半圆弧在竖直平面内做匀速圆周运动，经过点进入匀强电场。已知磁感应强度为，（大小未知），，重力加速度为，则（ ）
A．电场强度大小为 B．、两点的电势差为
C．小球从运动到的速度大小为
D．小球在电场中距离最远时，速度大小为
二、解答题（每小问4分，共44分）
15．如图所示，在垂直纸面向外的匀强磁场中，一质量为m、电荷量为的带电滑块从光滑绝缘斜面的顶端由静止释放，滑至底端时恰好即将飞离斜面，已知磁感应强度的大小为B，斜面的倾角为θ，重力加速度为g，滑块可视为质点。求：
(1)滑块滑至底端时的速度大小；
(2)滑块滑至底端时所用时间；
(3)斜面的高度。
16．如图所示的xOy坐标系中，y轴左侧存在平行y轴且向下的匀强电场，第一象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从x轴上的A点以速度v、与x轴正方向成（未知）角射入第二象限，然后从y轴上的C点（未画出）垂直y轴射入第一象限，最终从x轴上的D点（未画出）垂直x轴射出磁场，，不计粒子重力，求：
(1)及电场强度大小E；
(2)磁感应强度大小B；
(3)粒子从A点运动到D点的时间。
17．如图所示，长方形长，宽，、分别是、的中点，以为直径的半圆内有垂直于纸面向里的匀强磁场（边界上无磁场），磁感应强度。一群不计重力、质量、电荷量的带电粒子。以速度沿垂直方向且垂直于磁场射入磁场区域，不考虑粒子间的相互作用。
(1)若从点射入的带电粒子刚好沿直线射出，求空间所加电场的大小和方向。
(2)若只有磁场时，某带电粒子从点射入，求该粒子从长方形射出的位置。
18．如图所示是质谱仪的工作原理示意图。质量为m带电量为q粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。求：
（1） 粒子在速度选择器中能沿直线运动的速度大小？
（2） 加速电场的电压U0是多少？
（3） 粒子在磁场中运动的轨迹半径为？
高二物理周练十六（带电粒子在磁场中的运动）参考答案
1．B 2.C 3. B 4.C 5.B 6. B 7. A
8. D 9. C 10. A 11. A 12. D 13. D 14. D
15．(1) (2) (3)
【详解】（1）由左手定则可知，滑块所受洛伦兹力垂直斜面向上，滑块滑至底端时恰不受弹力，则有 解得
（2）物体沿斜面匀加速下滑，由 又 解得
（3）滑块从斜面顶端运动到底端的过程中，由动能定理得
解得
16．(1)2， (2) (3)
【详解】（1）粒子在电场中做类斜抛运动，沿x轴方向有
沿y轴方向有 解得
由牛顿第二定律得 解得
（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，则有 且 解得
（3）粒子在电场中运动的时间 粒子在磁场中运动的时间
粒子从A点运动到D点的时间 解得
17．(1)125V/m 竖直向下 (2)从e点上方距离e点0.22m射出磁场
【详解】（1）带电粒子刚好沿Oe直线射出，根据平衡条件，有 解得
根据左手定则可知粒子受到竖直向上的洛伦兹力，电场力方向竖直向下，所以电场方向竖直向下。
（2）粒子进入磁场后做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力，得 解得r=0.3m
带电粒子进入磁场时所受的洛伦兹力向上，则粒子轨迹的圆心为a点，如图所示
设粒子从ae弧上f点射出磁场，因为，
所以为等边三角形， 粒子经过磁场速度的偏向角
根据几何知识得
故带电粒子从e点上方距离e点0.22m射出磁场。
18．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）通过速度选择器时，受到电场力和洛伦兹力，直线通过，有qE=qvB 解得
（2）根据动能定理，有 解得
（3）根据洛伦兹力提供向心力 联立解得
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页