选修3-1 第三章 磁场 第二单元 磁场对运动电荷的作用 课时练习

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名称 选修3-1 第三章 磁场 第二单元 磁场对运动电荷的作用 课时练习
格式 rar
文件大小 207.7KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2010-12-28 08:37:00

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文档简介

第二单元 磁场对运动电荷的作用
[课时作业]
命 题 设 计
     难度
题号  
目标      
较易
中等
稍难
单一目标

洛伦兹力
1
带电粒子在磁场中的运动
2、3、4、5
7、9
综合目标
综合应用
6
8、10
11、12
一、选择题(本大题共9个小题,共63分,每小题至少有一个选项正确,全部选对的得
7分,选对但不全的得4分,有选错的得0分)
1.极光是由来自太阳的高能量带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时,被地球磁场俘
获,从而改变原有运动方向,向两极做螺旋运动而形成的.科学家发现并证实,向
两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的,这主要与下列哪些因素
有关 (  )
A.洛伦兹力对粒子做负功,使其动能减小
B.空气阻力做负功,使其动能减小
C.南、北两极的磁感应强度增强
D.太阳对粒子的引力做负功
答案:BC
2.(2010·泰州模拟)“月球勘探者号”空间探测器运用高科技手段对月球进行了近距离
勘探,在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得了新的成果.月球上的磁场
极其微弱,通过探测器拍摄电子在月球磁场中的运动轨迹,可分析月球磁场的强弱
分布情况,如图1所示是探测器通过月球表面①、②、③、④四个位置时,拍摄到
的电子运动轨迹照片(尺寸比例相同),设电子速率相同,且与磁场方向垂直,则可知
磁场从强到弱的位置排列正确的是 (  )
图1
A.①②③④ B.①④②③
C.④③②① D.③④②①
解析:由图可知带电粒子做圆周运动的半径r1轨道半径公式r=可得:B1>B2>B3>B4,故选项A正确.
答案:A
3.如图2所示,一带负电的质点在固定的正点电荷作用下绕该正
电荷做匀速圆周运动,周期为T0,轨道平面位于纸面内,质点
的速度方向如图中箭头所示.现加一垂直于轨道平面的匀强磁
场,已知轨道半径并不因此而改变,则 (  )
A.若磁场方向指向纸里,质点运动的周期将大于T0
B.若磁场方向指向纸里,质点运动的周期将小于T0
C.若磁场方向指向纸外,质点运动的周期将大于T0
D.若磁场方向指向纸外,质点运动的周期将小于T0
解析:当磁场方向指向纸里时,由左手定则可知电子受到背离圆心向外的洛伦兹力,
向心力变小,由F=mr可知周期变大,A对,B错.同理可知,当磁场方向指向
纸外时电子受到指向圆心的洛伦兹力,向心力变大,周期变小,C错,D对.
答案:AD
4.(2010·临沂模拟)如图3所示,在一矩形区域内,不加磁场
时,不计重力的带电粒子以某一初速度垂直左边界射入,
穿过此区域的时间为t.若加上磁感应强度为B、垂直纸面
向外的匀强磁场,带电粒子仍以原来的初速度入射,粒子
飞出磁场时偏离原方向60°,利用以上数据可求出下列物
理量中的 (  )
A.带电粒子的比荷
B.带电粒子在磁场中运动的周期
C.带电粒子的初速度
D.带电粒子在磁场中运动的半径
解析:由带电粒子在磁场中运动的偏转角,可知带电粒子运动轨迹所对的圆心角为
60°,因此由几何关系得磁场宽度l=rsin60°=sin60°,又未加磁场时有l=v0t,所
以可求得比荷=,A项对;周期T=可求出,B项对;因初速度未知,
所以C、D项错.
答案:AB
5.(2010·长沙模拟)随着生活水平的提高,电视机
已进入千家万户,显像管是电视机的重要组成部
分.如图4所示为电视机显像管及其偏转线圈L
的示意图.如果发现电视画面的幅度比正常时偏
小,不可能是下列哪些原因引起的 (  )
A.电子枪发射能力减弱,电子数减少
B.加速电场的电压过高,电子速率偏大
C.偏转线圈匝间短路,线圈匝数减少
D.偏转线圈的电流过小,偏转磁场减弱
解析:画面变小是由于电子束的偏转角减小,即轨道半径变大造成的,由公式r=
知,因为加速电压增大,将引起v增大,而偏转线圈匝数或电流减小,都会引起B
减小,从而使轨道半径增大,偏转角减小,画面变小.综上所述,只有A项符合
题意.
答案:A
6.质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场.如图
5所示为质谱仪的原理图.设想有一个静止的质量为m、带电
荷量为q的带电粒子(不计重力),经电压为U的加速电场加速
后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中,带电粒子打到底片
上的P点,设OP=x,则在图6中能正确反映x与U之间的
函数关系的是 (  )
图6
解析:带电粒子先经加速电场加速,故qU=mv2,进入磁场后偏转,OP=x=2r=
,两式联立得,OP=x=∝,所以B为正确答案.
答案:B
7.如图7所示,MN为两个匀强磁场的分界面,两磁场的磁
感应强度大小的关系为B1=2B2,一带电荷量为+q、质量
为m的粒子从O点垂直MN进入B1磁场,则经过多长时
间它将向下再一次通过O点 (  )
A. B.
C. D.
解析:粒子在磁场中的运动轨迹如右图所示,由周期公式T=
知,粒子从O点进入磁场到再一次通过O点的时间t=+
=,所以B选项正确.
答案:B
8.(2009·广东高考)如图8所示,表面粗糙的斜面固定于地面
上,并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场
中.质量为m、带电荷量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止
下滑.在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是 (  )
A.滑块受到的摩擦力不变
B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关
C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下
D.B很大时,滑块可能静止于斜面上
解析:由左手定则知C正确.而Ff=μFN=μ(mgcosθ+BQv)要随速度增加而变大,
A错误.若滑块滑到斜面底端已达到匀速运动状态,应有Ff=mgsinθ,可得v=(
-cosθ),可看到v随B的增大而减小.若滑块滑到斜面底端时还处于加速运动状态,
则在B越强时,Ff越大,滑块克服阻力做功越多,到达斜面底端的速度越小,B错误.当
滑块能静止于斜面上时应有mgsinθ=μmgcosθ,即μ=tanθ,与B的大小无关,D错误.
答案:C
9.(2010·苏州模拟)如图9所示,在屏MN的上方
有磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于
纸面向里.P为屏上的一个小孔.PC与MN垂
直.一群质量为m、带电荷量为-q的粒子(不计
重力),以相同的速率v,从P处沿垂直于磁场的
方向射入磁场区域.粒子入射方向在与磁场B垂直的平面内,且散开在与PC夹角
为θ的范围内.则在屏MN上被粒子打中的区域的长度为 (  )
A. B.
C. D.
解析: 由图可知,沿PC方向射入磁场中的带负电的粒子打
在MN上的点离P点最远,为PR=,沿两边界线射入磁
场中的带负电的粒子打在MN上的点离P点最近,为PQ=
cosθ,故在屏MN上被粒子打中的区域的长度为:QR=PR-PQ=,选
项D正确.
答案:D
二、非选择题(本大题共3个小题,共37分,解答时应写出必要的文字说明、方程式和
演算步骤,有数值计算的要注明单位)
10.(11分)如图10所示,长为L、间距为d的平行金属板间,有
垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,两板不带电,
现有质量为m、电荷量为q的带正电粒子(重力不计),从左侧
两极板的中心处以不同速率v水平射入,欲使粒子不打在板上,
求粒子速率v应满足什么条件?
解析:
设粒子刚好打在上极板左边缘时(如图所示).
R1=,
又R1=,
解得v1=.
设粒子刚好打在上极板右边缘时,
由图知:R22=L2+(R2-)2,
所以R2=,
又R2=,解得v2=.
综上分析,要使粒子不打在极板上,其入射速率应满足以下条件:v<或
v>.
答案:v<或v>
11.(12分)(2010·南充模拟)在电视机的设计制造过程中,要考虑到地磁场对电子束偏转
的影响,可采用某种技术进行消除.为确定地磁场的影响程度,需先测定地磁场的
磁感应强度的大小,在地球的北半球可将地磁场的磁感应强度分解为水平分量B1和
竖直向下的分量B2,其中B1沿水平方向,对电子束影响较小可忽略,B2可通过以下
装置进行测量.如图11所示,水平放置的显像管中电子(质量为m,电荷量为e)从电
子枪的炽热灯丝上发出后(初速度可视为0),先经电压为U的电场加速,然后沿水平
方向自南向北运动,最后打在距加速电场出口水平距离为L的屏上,电子束在屏上
的偏移距离为d.
图11
(1)试判断电子束偏向什么方向;
(2)试求地磁场的磁感应强度的竖直分量B2.
解析:(1)利用左手定则,可得电子束向东偏.
(2)由题意作出电子的运动轨迹如图所示.
电子经电场加速,由动能定理得:
eU=mv2
电子在磁场中做圆周运动,利用几何知识得:
R2=(R-d)2+L2
洛伦兹力提供向心力evB2=m,
得:R=
由以上各式得:B2=.
答案:(1)向东偏 (2)
12.(14分)如图12所示,在坐标系xOy中,第一象限内充满着两个匀强磁场a和b,
OP为分界线,在区域a中,磁感应强度为2B,方向垂直于纸面向里;在区域b中,
磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,P点坐标为(4l,3l).一质量为m、电荷量为
q的带正电的粒子从P点沿y轴负方向射入区域b,经过一段时间后,粒子恰能经过
原点O,不计粒子重力.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
图12
(1)粒子从P点运动到O点的时间最少是多少?
(2)粒子运动的速度可能是多少?
解析:(1)设粒子的入射速度为v,用Ra、Rb、Ta、Tb分别表示粒子在磁场a区和b
区运动的轨道半径和周期
则:Ra=
Rb=
Ta==
Tb=
粒子先从b区运动,再进入a区运动,然后从O点射出时,粒子从P运动到O点所
用时间最短.如图所示
tanα==
得α=37°
粒子在b区和a区运动的时间分别为:
tb=Tb
ta=Ta
故从P点运动到O点所用最短时间为:
t=ta+tb=.
(2)由题意及图可知
n(2Racosα+2Rbcosα)=
解得:v=(n=1,2,3…).
答案:(1) (2)(n=1,2,3…)