2019年高中物理 第6章 磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用 第3節(jié) 洛倫茲力的應(yīng)用隨堂演練鞏固提升 魯科版選修3-1.doc
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2019年高中物理 第6章 磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用 第3節(jié) 洛倫茲力的應(yīng)用隨堂演練鞏固提升 魯科版選修3-11處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)部的兩個(gè)電子A和B分別以速率v和2v垂直于磁場(chǎng)開始運(yùn)動(dòng),經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后,哪個(gè)電子先回到原來的出發(fā)點(diǎn)()A條件不夠無法比較BA先到達(dá)CB先到達(dá) D同時(shí)到達(dá)解析:選D.由qvBm得r,周期為T,可見,電子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與電子的速度無關(guān),這兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)周期相等,所以它們同時(shí)回到出發(fā)點(diǎn)2由中國提供永磁體的阿爾法磁譜儀如圖所示,它曾由航天飛機(jī)攜帶升空,將來安裝在阿爾法國際空間站中,主要使命之一是探索宇宙中的反物質(zhì)所謂的反物質(zhì)即質(zhì)量與正粒子相等,帶電量與正粒子相等但相反,例如反質(zhì)子即為H,假若使一束質(zhì)子、反質(zhì)子、粒子和反粒子組成的射線,以相同的速度通過OO進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2而形成的4條徑跡,則()A1、3是反粒子徑跡B2、4為反粒子徑跡C1、2為反粒子徑跡D4為反粒子徑跡解析:選C.兩種反粒子都帶負(fù)電,根據(jù)左手定則可判定帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)方向,從而確定1、2為反粒子徑跡故選項(xiàng)C正確3薄鋁板將同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)分成、兩個(gè)區(qū)域,高速帶電粒子可穿過鋁板一次,在兩個(gè)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示,半徑R1R2.假定穿過鋁板前后粒子的電荷量保持不變,則該粒子()A帶正電B從區(qū)域穿過鋁板運(yùn)動(dòng)到區(qū)域C在、區(qū)域的運(yùn)動(dòng)速度大小相同D在、區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同答案:D4(xx河北邯鄲第一中學(xué)期末)如圖所示,在虛線所示寬度范圍內(nèi),用場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)可使初速度是v0的某種正離子偏轉(zhuǎn)角在同樣寬度范圍內(nèi),若改用方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)在圖中未畫出),使該離子穿過該區(qū)域,并使偏轉(zhuǎn)角也為,(不計(jì)離子的重力)求:(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大?(2)離子穿過電場(chǎng)和磁場(chǎng)的時(shí)間之比是多大?解析:(1)設(shè)離子的質(zhì)量為m,電荷量為q,場(chǎng)區(qū)寬度為L(zhǎng),離子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)tatan 由得:tan 離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)Rsin 由解得:sin 由式解得: B.(2)離子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t而Lsin 由解出: .答案:(1)(2)課時(shí)作業(yè)一、單項(xiàng)選擇題1處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的一個(gè)帶電粒子,僅在磁場(chǎng)力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)將該粒子的運(yùn)動(dòng)等效為環(huán)形電流,那么此電流值()A與粒子電荷量成正比B與粒子速率成正比C與粒子質(zhì)量成正比 D與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比解析:選D.假設(shè)帶電粒子的電荷量為q,在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T,則等效電流I,故選項(xiàng)為D.2.一個(gè)帶電粒子沿垂直于磁場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng),粒子經(jīng)過的軌跡如圖所示,軌跡上的每一小段都可以近似看成圓弧,由于帶電粒子使沿途空氣電離,粒子的能量逐漸減小(帶電量不變),從圖中可以確定粒子的運(yùn)動(dòng)方向和電性是()A粒子從a到b,帶負(fù)電 B粒子從b到a,帶負(fù)電C粒子從a到b,帶正電 D粒子從b到a,帶負(fù)電解析:選C.根據(jù)題意,帶電粒子沿垂直于磁場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng),粒子的能量逐漸減小,速度減小,則由公式r得知,粒子的半徑逐漸減小,由題圖看出,粒子的運(yùn)動(dòng)方向是從a到b.在a處,粒子所受的洛倫茲力斜向左上方,由左手定則判斷可知,該粒子帶正電,故選C.3如圖所示,在第一象限內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一對(duì)正、負(fù)電子分別以不同速率沿著與x軸成30角從原點(diǎn)射入磁場(chǎng),它們的軌道半徑之比為31,則正、負(fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為()A12 B21C13 D31解析:選B.首先要畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,它們的圓心均在垂直于速度方向的虛線上,如圖所示由幾何知識(shí)可求出正電子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的圓心角為120,負(fù)電子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的圓心角為60,據(jù)tT可知,正、負(fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為21,正、負(fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與粒子的運(yùn)動(dòng)半徑無關(guān)故B正確4如圖所示是某離子速度選擇器的原理示意圖,在一半徑為R的圓柱形筒內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向平行于軸線在圓柱形筒上某一直徑兩端開有小孔a、b分別作為入射孔和出射孔現(xiàn)有一束質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子,以角度入射,不經(jīng)碰撞而直接從小孔b射出,這束離子的速度大小是()A. BC. D解析:選D.由幾何關(guān)系可知,離子運(yùn)動(dòng)的半徑r和圓筒半徑R之間滿足sin ,又qvBm,聯(lián)立解得v,故選D.51930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器,其原理如圖所示,這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成,其間留有空隙,下列說法正確的是()A離子由回旋加速器的邊緣進(jìn)入加速器B離子在磁場(chǎng)中加速C離子由回旋加速器的中心附近進(jìn)入加速器D離子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)解析:選C.離子由回旋加速器的中心附近進(jìn)入加速器,在電場(chǎng)中加速,磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò)誤6(xx湖北三市高二檢測(cè))磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)如圖所示,平行金屬板之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng),將一束含有大量正、負(fù)帶電粒子的等離子體,沿圖中所示方向噴入磁場(chǎng)圖中虛線框部分相當(dāng)于發(fā)電機(jī)把兩個(gè)極板與用電器相連,則()A用電器中的負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向從A到BB用電器中的電流方向從B到AC若只減小噴入粒子的速度,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大D若只增大磁場(chǎng),發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大解析:選D.首先對(duì)等離子體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析:開始時(shí)由左手定則判斷正離子所受洛倫茲力方向向上(負(fù)離子所受洛倫茲力方向向下),則正離子向上板聚集,負(fù)離子則向下板聚集,兩板間產(chǎn)生了電勢(shì)差,即金屬板變?yōu)橐浑娫?,且上板為正極下板為負(fù)極,所以通過用電器的電流方向從A到B,故A、B錯(cuò)誤;此后的正離子除受到向上的洛倫茲力f外還受到向下的電場(chǎng)力F,最終兩力達(dá)到平衡,即最終等離子體將勻速通過磁場(chǎng)區(qū)域,因fqvB,F(xiàn)q,則qvBq,解得EBdv,所以電動(dòng)勢(shì)E與速度v及磁場(chǎng)B成正比,所以若只減小噴入粒子的速度,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若只增大磁場(chǎng),發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大,D正確二、多項(xiàng)選擇題7. (xx河北邯鄲一中期中)如圖混合正離子束先后通過正交電場(chǎng)磁場(chǎng)區(qū)域和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,如果這束正離子束在區(qū)域中不偏轉(zhuǎn),進(jìn)入?yún)^(qū)域后偏轉(zhuǎn)半徑又相同,則說明這些正離子具有相同的()A速度 B質(zhì)量C電荷 D比荷解析:選AD.在正交的電磁場(chǎng)區(qū)域中,正離子不偏轉(zhuǎn),說明離子受力平衡,在區(qū)域中,離子受電場(chǎng)力和洛倫茲力,由qvBqE,得v,可知這些正離子具有相同的速度;進(jìn)入只有勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域時(shí),偏轉(zhuǎn)半徑相同,由R和v,可知,R;這些正離子具有相同的比荷;故選A、D.8如圖所示,在x軸上方存在著垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一個(gè)不計(jì)重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O處以速度v進(jìn)入磁場(chǎng),粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向垂直于磁場(chǎng)且與x軸正方向成120角若粒子穿過y軸正半軸后,在磁場(chǎng)中到x軸的最大距離為a,則該粒子的比荷和所帶電荷的電性是()A. BC正電荷 D負(fù)電荷解析:選AD.因粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后首先穿過y軸正半軸,故粒子應(yīng)帶負(fù)電,作出粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,由圖可知arrcos 60,所以ra.根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得qvBm,所以r,可解得,正確選項(xiàng)為A、D.9如圖所示,已知甲空間中沒有電場(chǎng)、磁場(chǎng);乙空間中有豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng);丙空間中有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng);丁空間中有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)四個(gè)圖中的斜面相同且絕緣,相同的帶負(fù)電小球從斜面上的同一點(diǎn)O以相同初速度v0同時(shí)沿水平方向拋出,分別落在甲、乙、丙、丁圖中斜面上A、B、C、D點(diǎn)(圖中未畫出)小球受到的電場(chǎng)力、洛倫茲力都始終小于重力,不計(jì)空氣阻力則()AO、C之間距離大于O、B之間距離B小球從拋出到落在斜面上用時(shí)相等C小球落到B點(diǎn)與C點(diǎn)速度大小相等D從O到A與O到D,合力對(duì)小球做功相同答案:AC10(xx河北石家莊五校聯(lián)考)如圖所示,以直角三角形AOC為邊界的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,A60,AOa.在O點(diǎn)放置一個(gè)粒子源,可以向紙面內(nèi)各個(gè)方向發(fā)射某種帶負(fù)電粒子,粒子的比荷為,速度大小都為v0,且滿足v0,發(fā)射方向由圖中的角度表示對(duì)于粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后的運(yùn)動(dòng)(不計(jì)重力作用),下列說法正確的是()A粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為aB粒子有可能打到A點(diǎn)C以60飛入的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短D在AC邊界上只有一半?yún)^(qū)域有粒子射出解析:選ABD.根據(jù)公式r代入數(shù)據(jù)可得ra,A正確;根據(jù)Bqv0m,可知粒子的運(yùn)動(dòng)半徑Ra,因此當(dāng)60入射時(shí),粒子恰好從A點(diǎn)飛出,故B正確;當(dāng)60飛入的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間恰好是周期,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng),故C錯(cuò)誤;以0飛入的粒子在磁場(chǎng)中恰好從AC中點(diǎn)飛出,因此在AC邊界上只有一半?yún)^(qū)域有粒子射出,故D正確三、非選擇題11.質(zhì)譜儀原理如圖所示,a為粒子加速器,電壓為U1;b為速度選擇器,磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1,板間距離為d;c為偏轉(zhuǎn)分離器,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2.今有一質(zhì)量為m、電荷量為e的正粒子(不計(jì)重力),經(jīng)加速后,該粒子恰能通過速度選擇器粒子進(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng),求:(1)粒子的速度v為多少?(2)速度選擇器的電壓U2為多少?(3)粒子在B2磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大?解析:(1)在a中,e被加速電場(chǎng)U1加速,由動(dòng)能定理有eU1mv2,得v.(2)在b中,e受的電場(chǎng)力和洛倫茲力大小相等,即eevB1,代入v值得U2B1d.(3)在c中,e受洛倫茲力作用而做勻速圓周運(yùn)動(dòng),做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R,代入v值得R .答案:(1) (2)B1d (3) 12(xx甘肅蘭州一中高二期末)如圖所示,在xOy平面的第二象限有一場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)的方向平行于y軸向上;在第四象限有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于紙面平面內(nèi)其他部分為真空有一質(zhì)量為m,電荷量為q 的質(zhì)點(diǎn)由電場(chǎng)左側(cè)平行于x軸以初速度v0射入電場(chǎng)質(zhì)點(diǎn)到達(dá)x軸上M點(diǎn)時(shí),速度方向與x軸的夾角為, M點(diǎn)與原點(diǎn)O的距離為d.接著,質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng),并從y軸上的N點(diǎn)(圖中沒有畫出)垂直于y軸飛離磁場(chǎng)不計(jì)重力影響求:(1)A點(diǎn)的橫坐標(biāo);(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向;(3)質(zhì)點(diǎn)從A到N的時(shí)間解析:質(zhì)點(diǎn)在第二象限的電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),穿過y軸進(jìn)入第一象限做勻速直線運(yùn)動(dòng)交x軸于M點(diǎn),從M點(diǎn)進(jìn)入第四象限后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌跡如圖所示,O為圓心(1)由幾何關(guān)系可知,質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),速度偏角為,設(shè)質(zhì)點(diǎn)出電場(chǎng)時(shí)的速度為v,豎直方向分速度為vy.豎直方向分速度:vyv0tan 加速度:a又:vyat1質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間:t1水平位移:xv0t1故A點(diǎn)的橫坐標(biāo)為.(2)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入第四象限后,在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),軌跡如圖所示,圓心為O.根據(jù)左手定則判斷知,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶镉蓭缀侮P(guān)系可知,軌跡半徑r質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的速度:v洛倫茲力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律有:qvBm解得磁感應(yīng)強(qiáng)度:B.(3)質(zhì)點(diǎn)在第一象限內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t2質(zhì)點(diǎn)在第四象限做圓周運(yùn)動(dòng),由幾何關(guān)系可知圓心角為運(yùn)動(dòng)時(shí)間t3T已知質(zhì)點(diǎn)在第二象限內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1從A到N的總時(shí)間為tt1t2t3.答案:(1)(2)垂直紙面向里(3)- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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