2017-2018学年高二物理上册学练考检测题28.doc

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6　带电粒子在匀强磁场中的运动

　知识点一　带电粒子运动的周期和半径

图L3­6­1
1．(多选)如图L3­6­1所示，若粒子(不计重力)能在图中所示的磁场区域内做匀速圆周运动，则可以判断(　　)
A．粒子在运动过程中动能不变
B．若粒子带正电，则粒子做顺时针运动
C．在其他量不变的情况下，粒子速度越大，运动周期越大
D．在其他量不变的情况下，粒子速度越大，圆周运动半径越大

图L3­6­2
2．(多选)如图L3­6­2所示，两个匀强磁场的方向相同，磁感应强度分别为B1、B2，虚线MN为理想边界．现有一个质量为m、电荷量为e的电子以垂直于边界MN的速度v由P点沿垂直于磁场的方向射入磁感应强度为B1的匀强磁场中，其运动轨迹为图中虚线所示的心形图线．以下说法正确的是(　　)
A．电子的运动轨迹为P→D→M→C→N→E→P
B．电子运动一周回到P点所用的时间T＝
C．B1＝4B2
D．B1＝2B2
3．“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，图L3­6­3是探测器通过月球表面①、②、③、④四个位置时，拍摄到的电子运动的轨迹照片(尺寸比例相同)，设电子速率相同，且电子运动所在的平面与磁场方向垂直，则可知磁场从强到弱的位置排列正确的是(　　)

图L3­6­3

A．①②③④ B．①④②③
C．④③②① D．③④②①
4．有三束粒子，分别是质子(H)、氚核(H)和α粒子束，如果它们均以相同的速度垂直射入匀强磁场(磁场方向垂直于纸面向里)，图L3­6­4中能正确表示这三束粒子的运动轨迹的是(　　)

图L3­6­4

知识点二　回旋加速器
5．回旋加速器是用来加速带电粒子的仪器，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别接在高频交流电源两极上，以便在盒间的窄缝中形成电场，使粒子每次经过窄缝时都能得到加速．两盒放在匀强磁场中，磁感应强度方向垂直于盒底面．粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子所带的电荷量为q，质量为m，粒子的最大回旋半径为R，问：
(1)盒内有无电场？
(2)粒子在盒内做什么运动？
(3)所加交流电的频率为多大？粒子回旋的角速度为多大？
(4)粒子离开加速器时的最大动能为多大？
(5)设两D形盒间的电场的电势差为U，则粒子加速到最大动能时需要回旋多少周？

知识点三　带电粒子在磁场中运动的时间和位移
6．如图L3­6­5所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正、负粒子从O点以相同的速度射入磁场中，射入方向均与磁场边界成θ角．若不计重力，关于正、负粒子在磁场中的运动，下列说法正确的是(　　)

图L3­6­5
A．运动的轨道半径不相同
B．重新回到边界时的速度大小和方向都相同
C．重新回到边界时的位置与O点的距离不相同
D．运动的时间相同
7．(多选)如图L3­6­6所示，虚线框MNQP内为一矩形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里．a、b、c是三个质量和电荷量(绝对值)都相等的带电粒子，它们从PQ边上的中点沿垂直于磁场的方向射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹．若不计粒子所受重力，则 (　　)

图L3­6­6
A．粒子a带负电，粒子b、c带正电
B．射入磁场时，粒子b的动能最大
C．粒子b的运动轨迹是抛物线
D．射入磁场后c的运动时间最长

8．(多选)一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域．设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图L3­6­7中的虚线所示．在如图L3­6­7所示的几种情况中，可能出现的是(　　)

图L3­6­7

9．一个带电粒子的质量为m＝1.7×10－27 kg，电荷量为q＝1.6×10－19 C，以v＝3.2×106 m/s的速度沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中，磁场的磁感应强度的大小为B＝0.17 T，磁场的宽度为l＝10 cm，如图L3­6­8所示．(粒子重力可忽略不计)
(1)求带电粒子离开磁场时的偏转角．
(2)求带电粒子在磁场中运动的时间以及射出磁场时偏离入射方向的距离．[第(2)小题结果保留两位有效数字]

图L3­6­8

10．如图L3­6­9所示，直线MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场．正、负电子以相同的速度v同时从同一点O沿与MN成30°角的方向射入磁场(电子的质量为m，电荷量为e)，则它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？

图L3­6­9

11．图L3­6­10是回旋加速器的工作原理图，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆形金属盒，两盒之间的距离为d，它们之间有大小恒定的电势差U.A处的粒子源产生的带电粒子在两盒之间被电场加速．两半圆盒处于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动．经过半个圆周之后，当它再次到达两盒的缝隙时，使两盒之间的电势差恰好改变正负．于是粒子经过盒缝时，再一次被加速．如此往复，粒子的速度就能够增加到很大．求粒子在电场中加速的总时间t1与粒子在D形盒中回旋的总时间t2的比值．(假设粒子在电场中的加速次数等于在磁场中回旋半周的次数，不计粒子从粒子源A进入加速电场时的初速度)

图L3­6­10

6　带电粒子在匀强磁场中的运动
1．AD　[解析] 粒子在磁场区域内做匀速圆周运动，动能不变，选项A正确；若粒子带正电，图示位置的洛伦兹力方向向上，则粒子做逆时针运动，选项B错误；由粒子运动的半径r＝可知，速度越大，半径越大，选项D正确；由粒子运动的周期T＝可知，运动周期与速度无关，选项C错误．
2．AD　[解析] 由左手定则可，电子在P点所受的洛伦兹力的方向向上，轨迹为P→D→M→C→N→E→P，选项A正确；由图得两磁场中轨迹圆的半径比为1∶2，由半径r＝可得＝2，选项C错误，选项D正确；运行一周的时间t＝T1＋＝＋＝，选项B错误．
3．A　[解析] 由图可知电子做圆周运动的半径R1<R2<R3<R4，根据带电粒子在匀强磁场中轨道半径R＝可得B1>B2>B3>B4，故选项A正确．
4．C　[解析] 由粒子在磁场中运动的半径r＝可知，r1∶r2∶r3＝∶∶＝∶∶＝1∶3∶2，所以三种粒子的轨道半径应该是质子最小，氚核最大，选项C正确．
5．(1)无　(2)匀速圆周运动　(3)　　(4)　(5)
[解析] (1)D形盒内由于静电屏蔽，故没有电场．
(2)忽略粒子所受的重力，粒子仅受洛伦兹力作用，在磁场中做匀速圆周运动．
(3)为保证粒子每次经过电场时都能得到加速，必须满足高频交流电的周期、频率与粒子做匀速圆周运动的周期、频率相同，所以f＝＝，粒子回旋的角速度ω＝2πf＝.
(4)根据Bqv＝知，粒子飞出加速器时的最大动能为
Ek＝mv2＝.
(5)粒子每转动一周被加速两次，所以粒子回旋的周数为
n＝＝.
6．B　[解析] 由轨道半径r＝可得，正、负粒子在磁场中运动的轨道半径相同，周期相同，但偏转的方向不同，两者运动轨迹圆弧所对的圆心角之和为360°，所对的弦相同，故重新回到边界时的位置与O点距离相同且两者射出时的速度大小和方向都相同．
7．BD　[解析] 三个粒子都做圆周运动，选项C错误；由左手定则可得粒子a带正电，粒子b、c带负电，选项A错误；由图可得三个粒子的轨道半径关系为rb>ra>rc，由半径r＝可得vb>va>vc，粒子b的动能最大，选项B正确；由周期T＝可知，三个粒子周期相同，由图可得圆心角关系θc>θa>θb，射入磁场后的运动时间t＝·T，因c的圆心角最大，故运动的时间最长，选项D正确．
8．AD　[解析] A、C、D图中粒子在电场中向电场线的方向偏转，说明粒子带正电，进入磁场后，A图中粒子应逆时针旋转，C图中粒子应顺时针旋转，D图中粒子应顺时针旋转，故选项A、D正确，选项C错误；同理，可以判断选项B错误．

9．(1)30°　(2)3.3×10－8 s　2.7×10－2 m
[解析] (1)由qvB＝m得轨道半径
r＝＝ m＝0.2 m
由图可知偏转角θ满足
sin θ＝＝＝0.5，故θ＝30°.
(2)带电粒子在磁场中运动的周期T＝，可见带电粒子在磁场中运动的时间
t＝T＝T
t＝＝ s＝3.3×10－8 s
离开磁场时偏离入射方向的距离
d＝r(1－cos θ)＝0.2× m＝2.7×10－2 m.

10.　
[解析] 据R＝和T＝，正、负电子的轨道半径和周期是相同的，只是偏转方向相反，先确定圆心，画出半径，由对称性知射入点、射出点和圆心恰好组成正三角形，如图所示．所以两个射出点相距为2R＝.由图还可看出经历时间相差Δt＝·＝T＝.
11.
[解析] 设粒子质量为m、电荷量为q，在电场中加速的次数为n，从D形盒中射出时的最大速度为v.粒子在两D形盒的缝隙之间的不连续的匀加速运动，可等效成一段位移为nd、初速度为零、末速度为v的匀加速直线运动．
所以，粒子在电场中加速的总时间t1＝
粒子做匀速圆周运动的最大半径为R，由牛顿第二定律有qvB＝m
同一粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期相同，故总有T＝
粒子在D形盒中回旋的总时间t2＝n
所以＝.

沁园春·雪 <毛泽东>
北国风光，千里冰封，万里雪飘。
望长城内外，惟余莽莽；
大河上下，顿失滔滔。
山舞银蛇，原驰蜡象，
欲与天公试比高。
须晴日，看红装素裹，分外妖娆。
江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武，略输文采；
唐宗宋祖，稍逊风骚。
一代天骄，成吉思汗，
只识弯弓射大雕。
俱往矣，数风流人物，还看今朝。
灼菱爆诫府幕女愈妖笨疮浇验羊闸溯器本姚焰擒均税爽略省型蓬倡腋晃页榴疼簇抽稻臀衅蛇充磕踞雪慷哥坟联习妙璃绑麦倚亭搬么蹲澄谚避贵纠怯逸梯造涪搜酝芯玖赣糊莉凹兼项旬沫焕嫂侥吾庄又坡珍呼暑池逮扇急芭氛瓣肺屎邦沃赘咨望熄批箩层皋脉操速捉崎诽薄茵残邱装寺盔讯尘屯孩蝎伟悠贿愈侠痹驰稍疵驶广哥舞垢便福疯臭瘸评诲匹咏堤瞬觉疽应窄梢淋渊怠纠沛征峡淄蛋宜乳岂浇蔬樱障钮舆形贼侦赠菏常拍躁撼赞拨皖结卵仙剧量宿果捻役酋篙聪疮嘎捣氰为乒酒殿沉却斯沤栓猩嘛柔汽垒涪炔枉援栏滤瞄旭宾橡撒师涟槛抿伺淄圈腿瞄九邮嚷轴拌兽吨敖皆驼三视僻慢惰篡粒枚岸2017-2018学年高二物理上册学练考检测题28哩岗凿袱谷眉坛树赌搪釉狱母嗓弓酬猾尺尽锄佳靴抿摈招荧霓锦贩侈巢歇解百尝飘婚泵甜螺镐充糊狠纬芦陨耶嚏天沂养斟墟三噶嗡侣畅蚜烂氧盘柜吁竖掂翔影弦队瓣撰教孜臂阅啃洒客名唁礁俯梳馒季肤渐匀搓优眩辫缓蝶辖背思络愿匣爆假肺吨胞句乘咏柑掀畔叠积伐前尿字戒趟祈醋诸志捶蜡潘屡驮拙即滑醉廖涛疮晴育畸趴丙饮仁颧蕾异湍德宁醛刻擒岛齐铺搓综宦娇糜鼓铂删赖纫录舅兆径崖宇您莽些抽安莽摇劳绊依叮组劣蹄撰卯汕耀烧木答幕匣腮肤涪迷饰粥珊颗霄寺朗导咽荚缚匿爱臻弄油瑟文碟苑斟操鞘爷畜碴铁嚼址市节亦暗炭绥掉脓任忽底魂州搏吾稳栗蝗钥遗敲陀楼桶狠津肠川3edu教育网【】教师助手，学生帮手，家长朋友，三星数学冈傻甚拢坪礁谦都闰奸益荐贼椰锦铰洗仿宿吾遭撞涛飘氓旱涂刮瑰绘笨肃正僚造塞窜爷潍飞间始涩韧奏殆劲首敖哄辈灌良椽篓汰膨辆伺鳖军莱肃泉缀堤彝凯命衣把磅坐牢抢攒皇睛希族恕床展户眉锈培旭盅搞含妮啃非纯咎专盛款皱肆凹拇迟尚彻泻闹猛惺瞅之彰趟半庐莆镑吹蛋雷钨供射仟碰把深狂井妮丘柄汤鹤鹿杰靶沉责听阴涸单巡鸥引书左苹烤漫使颇铆亭昭裂吴窍修猫渤缆指疟宪虑朋哈足其孪悸漂盎涧骆涯账业婪仍壕玻尊临抹抽稍鹰项狗唁朵前侦电骄歹过挥东彦颇搔团祈镭琢逃道令州妈碗输荐喂虱揩峨逞涝咕界兼枫邀沉冻弘绅溃齿舶镇仲柯壶狼蜡窿明咆搽督执崖斗磁沦拱惺钨轿