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2019-2020年高考物理 3-6帶電粒子在勻強磁場中的運動同步檢測 新人教版選修3-1
1.如圖所示,帶負(fù)電的粒子以速度v從粒子源P處射出,若圖中勻強磁場范圍足夠大(方向垂直紙面),則帶電粒子的可能軌跡是( )
A.a(chǎn) B.b
C.c D.d
答案:BD
解析:出射方向必與運動軌跡相切.
2.右圖是科學(xué)史上一張著名的實驗照片,顯示一個帶電粒子在云室中穿過某種金屬板運動的徑跡.云室放置在勻強磁場中,磁場方向垂直照片向里.云室中橫放的金屬板對粒子的運動起阻礙作用.分析此徑跡可知粒子( )
A.帶正電,由下往上運動
B.帶正電,由上往下運動
C.帶負(fù)電,由上往下運動
D.帶負(fù)電,由下往上運動
答案:A
解析:從照片上看,徑跡的軌道半徑是不同的,下部半徑大,上部半徑小,根據(jù)半徑公式R=可知,下部速度大,上部速度小,這一定是粒子從下到上穿越了金屬板而損失了動能,再根據(jù)左手定則,可知粒子帶正電,因此,正確的選項是A.
3.(xx新泰高二檢測)一個帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向向右射入勻強電場區(qū)域,穿出電場后接著又進入勻強磁場區(qū)域.設(shè)電場和磁場區(qū)域有明確的分界線,且分界線與電場強度方向平行,如圖中的虛線所示.在圖所示的幾種情況中,可能出現(xiàn)的是( )
答案:AD
解析:A、C選項中粒子在電場中向下偏轉(zhuǎn),所以粒子帶正電,再進入磁場后,A圖中粒子應(yīng)逆時針轉(zhuǎn),正確.C圖中粒子應(yīng)順時針轉(zhuǎn),錯誤.同理可以判斷B錯,D對.
4.一重力不計的帶電粒子以初速度v0(v0<)先后穿過寬度相同且緊鄰在一起的有明顯邊界的勻強電場E和勻強磁場B,如圖甲所示.電場和磁場對粒子總共做功W1,若把電場和磁場正交疊加,如圖乙所示,粒子仍以v0的初速度穿過疊加場區(qū),電場和磁場對粒子總共做功W2,比較W1、W2的大小( )
A.一定是W1=W2
B.一定是W1>W2
C.一定是W1
W2,也可能是W10),速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強大小為E0的勻強電場和磁感應(yīng)強度大小為B0的勻強磁場,照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L,忽略重力的影響.
(1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大?。?
(2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為x,求出x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式(用E0、B0、E、q、m、L表示).
答案:(1) (2)x=
解析:(1)能從速度選擇器射出的離子滿足qE0=qv0B0 ①
∴v0= ②
(2)離子進入勻強偏轉(zhuǎn)電場E后做類平拋運動,
則x=v0t ③
L=at2 ④
由牛頓第二定律得qE=ma ⑤
由②③④⑤解得x=
能力提升
1.(xx臨朐一中質(zhì)檢)如圖所示,在x軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,一個不計重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點O處以速度v進入磁場,粒子進入磁場時的速度方向垂直于磁場且與x軸正方向成120角,若粒子穿過y軸正半軸后在磁場中到x軸的最大距離為a,則該粒子的比荷和所帶電荷的正負(fù)是( )
A.,正電荷 B.,正電荷
C.,負(fù)電荷 D.,負(fù)電荷
答案:C
解析:
粒子穿過y軸正半軸,由左手定則可判斷粒子帶負(fù)電,粒子在磁場中運動軌跡如圖所示,由圖中幾何關(guān)系可得:
r+rsin30=a,解得r=a
由r=得:=.
2.(xx重慶)如下圖所示,矩形MNPQ區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面的勻強磁場,有5個帶電粒子從圖中箭頭所示位置垂直于磁場邊界進入磁場,在紙面內(nèi)做勻速圓周運動,運動軌跡為相應(yīng)的圓?。@些粒子的質(zhì)量、電荷量以及速度大小如下表所示.
粒子編號
質(zhì)量
電荷量(q>0)
速度大小
1
m
2q
v
2
2m
2q
2v
3
3m
-3q
3v
4
2m
2q
3v
5
2m
-q
v
由以上信息可知,從圖中a、b、c處進入的粒子對應(yīng)表中的編號分別為( )
A.3、5、4 B.4、2、5
C.5、3、2 D.2、4、5
答案:D
解析:根據(jù)左手定則可知a、b帶同種電荷,c所帶電荷與a、b電性相反,粒子運動的軌道半徑r=∝,而由題圖可知,半徑最大的粒子有兩個,b是其中之一,a和c兩粒子的半徑相等,其大小處于中間值,因此分析表中數(shù)據(jù)并結(jié)合粒子電性的限制可知,半徑最大的粒子的編號為3和4,半徑最小的粒子的編號為1,半徑處于中間的粒子的編號為2和5.又據(jù)題圖可知有3種粒子的電性相同(包括a、b),另兩種粒子的電性也相同(包括c),但與前3種的電性相反,綜合以上情況可知,只有選項D正確.
3.一同學(xué)家中電視機畫面的幅度偏小,維修店的技術(shù)人員檢查后認(rèn)為是顯像管或偏轉(zhuǎn)線圈出了故障(顯像管及偏轉(zhuǎn)線圈L如下圖所示).那么引起故障的原因可能是( )
A.電子槍發(fā)射能力減弱,電子數(shù)減小
B.加速電場的電壓過高,電子速率偏大
C.偏轉(zhuǎn)線圈匝間短路,線圈匝數(shù)減少
D.偏轉(zhuǎn)線圈的電流過小,偏轉(zhuǎn)磁場減弱
答案:BCD
解析:畫面變小,是由于電子束的偏轉(zhuǎn)角減小,即偏轉(zhuǎn)軌道半徑增大所致,根據(jù)軌道半徑公式r=,加速電壓增大,將引起v增大,而偏轉(zhuǎn)線圈匝數(shù)減少或電流減小,都會引起B(yǎng)減小,并最終導(dǎo)致r增大,偏轉(zhuǎn)角減小.
4.(xx佛山高二檢測)如圖所示,設(shè)空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場,已知一粒子在重力、電場力和洛倫茲力作用下,從靜止開始自A點沿曲線ACB運動,到達B點時速度為零,C點是運動的最低點,以下說法正確的是( )
A.這粒子必帶正電荷
B.A點和B點在同一高度
C.粒子在C點時速度最大
D.粒子到達B點后,將沿曲線返回A點
答案:ABC
解析:根據(jù)粒子彎曲方向,可知受洛倫茲力方向必沿彎曲方向,判斷出粒子必帶正電.而粒子在A、B兩點時速度都為零,在運動過程中洛倫茲力不做功,這樣重力功和電場力功應(yīng)均為零.即A、B點在同一高度;粒子到達最低點C點,電場力功和重力功最大,速度達到最大,而粒子到B點后將沿同樣路徑向右偏轉(zhuǎn).
5.(xx臨沂模擬)如圖所示,一根水平光滑的絕緣直槽軌連接一個豎直放置的半徑為R=0.50m的絕緣光滑槽軌,槽軌處在垂直紙面向外的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度B=0.50T.有一個質(zhì)量m=0.10g,帶電量為q=+1.610-3C的小球在水平軌道上向右運動.若小球恰好能通過最高點,則下列說法正確的是( )
A.小球在最高點所受的合力為零
B.小球到達最高點時的機械能與小球在水平軌道上的機械能相等
C.如果設(shè)小球到達最高點的線速度是v,則小球在最高點時式子mg+qvB=m成立
D.如果重力加速度取10m/s2,則小球的初速度v0=4.6m/s
答案:ABD
解析:帶電粒子在最高點除受到重力外,還受到豎直向上的洛倫茲力作用,屬于“輕桿—小球”模型,最高點的臨界條件是速度為0,小球在最高點所受的合力為零,A對,小球運動中洛倫茲力以及軌道的彈力不做功,只有重力做功,機械能守恒,B對,如果設(shè)小球到達最高點的線速度是v,則小球在最高點時式子mg-qvB=m成立,C錯,根據(jù)機械能守恒可以計算出小球的初速度v0=4.6m/s,D對.
6.(xx湖南省三校高二期末聯(lián)考)一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子以速度v0從O點沿y軸正方向射入磁感應(yīng)強度為B的有界勻強磁場區(qū)域,磁場方向垂直于紙面.粒子飛出磁場區(qū)域后,再運動一段時間從b處穿過x軸,速度方向與x軸正方向夾角為30,如圖所示.不計粒子重力,求:
(1)粒子在磁場中做圓周運動的半徑;
(2)b點到O點的距離;
(3)粒子從O點到b點的時間.
答案:(1) (2) (3)(+)
解析:(1)洛倫茲力提供向心力, qv0B=m,得R=.
(2)設(shè)圓周運動的圓心為a,則
ab==2R,
Ob=R+ab=.
(3)圓周運動的周期T=,
在磁場中運動的時間t1=T=.
離開磁場后運動的距離
s=Rtan60=,
運動的時間t2==.
由O點到b點的總時間
t=t1+t2=(+).
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