《2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 5 洛倫茲力的應(yīng)用學(xué)案 教科版選修3-1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 5 洛倫茲力的應(yīng)用學(xué)案 教科版選修3-1（18頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、5.洛倫茲力的應(yīng)用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，理解應(yīng)用磁場(chǎng)可以控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)(重點(diǎn)、難點(diǎn))2知道質(zhì)譜儀的構(gòu)造，會(huì)應(yīng)用帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律分析相關(guān)問題(難點(diǎn))3知道回旋加速器的構(gòu)造和加速原理，理解粒子的回旋周期與加速電場(chǎng)的變化周期相同(重點(diǎn))利 用 磁 場(chǎng) 控 制 帶 電 粒 子 運(yùn) 動(dòng)如圖351所示為一具有圓形邊界、半徑為r的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，一個(gè)初速度大小為v0的帶電粒子(m，q)沿該磁場(chǎng)的直徑方向從P點(diǎn)射入，在洛倫茲力作用下從Q點(diǎn)離開磁場(chǎng)圖351規(guī)律：(1)帶電粒子沿半徑射入圓形區(qū)域的磁場(chǎng)，該粒子離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向反向延長(zhǎng)
2、線必過圓心(2)tan ，對(duì)一定的帶電粒子(m、q一定)可以調(diào)節(jié)B和v0的大小來控制粒子的偏轉(zhuǎn)角.(3)利用磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大小1運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后(無其他場(chǎng))，可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不可能做類平拋運(yùn)動(dòng)()2利用磁場(chǎng)控制帶電粒子，既能改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向，又能改變粒子的動(dòng)能()3運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后(無其他場(chǎng))，可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，不可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)()電視機(jī)顯像管是怎樣控制電子掃描運(yùn)動(dòng)的？【提示】利用磁場(chǎng)使電子偏轉(zhuǎn)來控制電子的掃描運(yùn)動(dòng)如圖352所示，電視機(jī)的顯像管是應(yīng)用電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的原理制成的圖352探討1：帶電粒子在什么情況下在磁場(chǎng)中做勻速
3、圓周運(yùn)動(dòng)？【提示】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中只受洛倫茲力(或其他力的合力恰好為零)，速度的方向垂直于磁場(chǎng)時(shí)，所做的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)探討2：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期會(huì)隨粒子運(yùn)動(dòng)速率的增大而變小嗎？會(huì)隨圓周半徑的增大而增大嗎？【提示】不會(huì)，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期與速率和運(yùn)動(dòng)半徑無關(guān)因?yàn)閹щ娏Ｗ拥乃俾试龃髸r(shí)半徑也增大，周長(zhǎng)也增長(zhǎng)1帶電粒子在直線邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)圖353(1)粒子進(jìn)出磁場(chǎng)有對(duì)稱性(2)入射方向與邊界垂直：軌跡的圓心一定在該邊界上(3)入射方向與邊界不垂直：軌跡的圓心在與入射方向垂直的直線上(該直線過入射點(diǎn))2帶電粒子在平行直線邊界磁場(chǎng)中的臨界問題圖354
4、(1)存在臨界條件：粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡與邊界相切時(shí)，剛好不穿出磁場(chǎng)(2)有時(shí)出現(xiàn)多解3帶電粒子在圓形邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)圖355(1)從半徑方向進(jìn)入磁場(chǎng)，必沿半徑方向射出磁場(chǎng)(2)注意磁場(chǎng)的圓心和軌跡圓心的區(qū)別顯像管原理的示意圖如圖356所示，當(dāng)沒有磁場(chǎng)時(shí)，電子束將打在熒光屏正中的O點(diǎn)，安裝在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)設(shè)垂直紙面向里的磁場(chǎng)方向?yàn)檎较?，若使電子打在熒光屏上的位置由a點(diǎn)逐漸移動(dòng)到b點(diǎn)，下列變化的磁場(chǎng)能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是()圖356【解析】電子偏轉(zhuǎn)到a點(diǎn)時(shí)，根據(jù)左手定則可知，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，對(duì)應(yīng)的Bt圖的圖線應(yīng)在t軸下方；電子偏轉(zhuǎn)到b點(diǎn)時(shí)，根據(jù)左手定則可
5、知，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，對(duì)應(yīng)的Bt圖的圖線應(yīng)在t軸上方，A正確【答案】A空間有一圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，該區(qū)域的橫截面的半徑為R，磁場(chǎng)方向垂直于橫截面一質(zhì)量為m、電荷量為q(q0)的粒子以速率v0沿橫截面的某直徑射入磁場(chǎng)，離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向偏離入射方向60.不計(jì)重力，該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()A.B.C.D.【解析】帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，利用幾何關(guān)系和洛倫茲力公式即可求解如圖所示，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，即qv0Bm，據(jù)幾何關(guān)系得，粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑rRtan 60R，解得B，選項(xiàng)A正確【答案】A如圖357所示是電視機(jī)顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖電流方向如圖
6、所示，試判斷正對(duì)讀者而來的電子束將向哪邊偏轉(zhuǎn)()圖357A向上B向下 C向左D向右【解析】由安培定則判斷可知，O點(diǎn)磁場(chǎng)方向向下，再根據(jù)左手定則判斷可知，電子在該處受到向左的洛倫茲力，偏轉(zhuǎn)方向向左，選項(xiàng)C正確【答案】C質(zhì) 譜 儀質(zhì)譜儀(1)作用常用來測(cè)定帶電粒子的比荷(也叫荷質(zhì)比)和分析同位素等(2)原理圖及特點(diǎn)如圖358所示，S1與S2之間為加速電場(chǎng)；S2與S3之間的裝置叫速度選擇器，它要求E與B1垂直且E方向向右時(shí)，B1垂直紙面向外(若E反向，B1也必須反向)；S3下方為偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圖358(3)工作原理加速帶電粒子進(jìn)入加速電場(chǎng)后被加速，由動(dòng)能定理有qUmv2.速度選擇通過調(diào)節(jié)E和B1的大小，使
7、速度v的粒子進(jìn)入B2區(qū)偏轉(zhuǎn)R.1帶電粒子的質(zhì)量與電荷量之比叫做比荷()2利用質(zhì)譜儀可以檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)或核物質(zhì)中的同位素和不同成分()什么樣的粒子打在質(zhì)譜儀顯示屏上的位置會(huì)不同？位置的分布有什么規(guī)律？【提示】速度相同，比荷不同的粒子打在質(zhì)譜儀顯示屏上的位置不同根據(jù)qvB，r.可見粒子比荷越大，偏轉(zhuǎn)半徑越小探討1：質(zhì)譜儀為什么能將不同種類的帶電粒子分辨出來？【提示】將質(zhì)量不同，電荷不同的帶電粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)各粒子由于軌道半徑不同而分離，其軌道半徑r.探討2：帶電粒子在質(zhì)譜儀中的運(yùn)動(dòng)可分為幾個(gè)階段？遵循什么運(yùn)動(dòng)規(guī)律？【提示】帶電粒子的運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)階段：第一階段在加速電場(chǎng)中加速，遵循動(dòng)能定理
8、第二階段在速度選擇器中通過，遵循勻速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律第三階段在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，遵循勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律1帶電粒子在質(zhì)譜儀中的運(yùn)動(dòng)如圖359，可分為三個(gè)階段：先加速，再通過速度選擇器，最后在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)圖3592加速：帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速，獲得動(dòng)能mv2qU，故v .3速度選擇器：電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)qEqvB，故v.4偏轉(zhuǎn)：帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其軌道半徑r ，可得粒子質(zhì)量m.不同質(zhì)量的粒子其半徑不同，即磁場(chǎng)可以將同電量而不同質(zhì)量的同位素分開質(zhì)譜儀原理如圖3510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
9、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)入分離器后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)求：圖3510(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圓周運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)半徑R，代入v值解得R .【答案】(1) (2)B1d (3) 質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖3511
10、所示，離子源S產(chǎn)生的各種不同的正離子束(速度可看為零)，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，下列判斷不正確的是()圖3511A若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越大B若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越小C只要x相同，則離子質(zhì)量與電量的比值一定相同D只要x相同，則離子的比荷一定相同【解析】由動(dòng)能定理qUmv2.離子進(jìn)入磁場(chǎng)后將在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，有：x2r，故x，分析四個(gè)選項(xiàng)知，A、C、D正確，B錯(cuò)誤【答案】B質(zhì)譜儀問題的分析技巧(1)分清粒子運(yùn)動(dòng)過程的三個(gè)階段(2)在加速階段應(yīng)用動(dòng)能定理(3)
11、在速度選擇器中應(yīng)用平衡條件(4)在偏轉(zhuǎn)階段應(yīng)用洛倫茲力提供向心力的規(guī)律回 旋 加 速 器回旋加速器1構(gòu)造圖及特點(diǎn)(如圖3512所示)回旋加速器的核心部件是兩個(gè)D形盒，它們之間接交流電源，整個(gè)裝置處在與D形盒底面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中圖35122工作原理(1)加速條件交流電的周期必須跟帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，即T.(2)加速特點(diǎn)粒子每經(jīng)過一次加速，其軌道半徑就大一些(如圖3513所示)，但由T知，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期不變圖35131隨著粒子的加速，動(dòng)能增大，半徑和周期也隨之增大()2回旋加速器中起加速作用的是電場(chǎng)，所以加速電壓越大，帶電粒子獲得的最大動(dòng)能越大()回旋加速器兩個(gè)正對(duì)的D形盒間所加的
12、電壓的周期與帶電粒子在磁場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期是什么關(guān)系？由什么因素決定？【提示】為了保證每次經(jīng)過D形盒間電場(chǎng)帶電粒子均被加速，使之能量不斷提高，所加交流電的周期必須等于帶電粒子在回旋加速器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期即T.因此由帶電粒子的質(zhì)量m，帶電荷量q和加速器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B共同決定回旋加速器所用交變電壓的周期由什么決定？【提示】為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時(shí)均被加速，使之能量不斷提高，交流電壓的周期必須等于帶電粒子在回旋加速器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期即T.因此，交變電壓的周期由帶電粒子的質(zhì)量m、帶電量q和加速器中的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B共同決定1速度和周期的特點(diǎn)：在回旋加速器中粒子的速度逐漸增
13、大，但粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T始終不變2最大半徑及最大速度：粒子的最大半徑等于D形盒的半徑R，所以最大速度vm.3最大動(dòng)能及決定因素：最大動(dòng)能Ekmmv，即粒子所能達(dá)到的最大動(dòng)能由磁場(chǎng)B、D形盒的半徑R、粒子的質(zhì)量m及帶電量q共同決定，與加速電場(chǎng)的電壓無關(guān)4粒子被加速次數(shù)的計(jì)算：粒子在回旋加速器盒中被加速的次數(shù)n(U是加速電壓大小)，一個(gè)周期加速兩次設(shè)在電場(chǎng)中加速的時(shí)間為t1，縫的寬度為d，則ndt1，t1.5粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2T，總時(shí)間為tt1t2，因?yàn)閠1t2，一般認(rèn)為在盒內(nèi)的時(shí)間近似等于t2.回旋加速器是用于加速帶電粒子流，使之獲得很大動(dòng)能的儀
14、器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間狹縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每穿過狹縫都得到加速；兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出粒子電量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3514所示，問： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96322069】圖3514(1)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(2)粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交變電壓頻率為多大？粒子運(yùn)動(dòng)角速度多大？(4)粒子離開加速器時(shí)速度多大？【解析】(1)D形盒由金屬導(dǎo)體制成，可屏蔽外電場(chǎng)，因而盒內(nèi)無電場(chǎng)，盒內(nèi)存在垂直盒面的磁場(chǎng)，故粒子在盒內(nèi)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(2)兩盒
15、間狹縫內(nèi)存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，且粒子速度方向與電場(chǎng)方向在同條直線上，故粒子作勻加速直線運(yùn)動(dòng)(3)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間極短，高頻交變電壓頻率要符合粒子回旋頻率f.角速度2f.(4)粒子最大回旋半徑為Rm，Rm，vm.【答案】(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)(2)勻加速直線運(yùn)動(dòng)(3)f(4)(多選)美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明的回旋加速器，利用帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng)過電場(chǎng)的多次加速獲得較大的能量如圖3515所示為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小恒定，且被限制在A、C板間，帶電粒子從P0處由靜止釋放，并沿電場(chǎng)線方向射入加速電場(chǎng)，經(jīng)加速后再進(jìn)入D形
16、盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)于這種改進(jìn)后的回旋加速器，下列說法正確的是()圖3515A帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次BP1P2P2P3C粒子能獲得的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)DA、C板間的加速電場(chǎng)的方向需要做周期性的變化【解析】根據(jù)題意，由于加速電場(chǎng)只在實(shí)線部分有，則帶電粒子運(yùn)動(dòng)一周，經(jīng)過加速電場(chǎng)一次，故應(yīng)該被加速一次，選項(xiàng)A正確而選項(xiàng)D錯(cuò)誤；由r，P1P22(r2r1)v，因?yàn)檗D(zhuǎn)一圈加速一次，又vv2ad；故每轉(zhuǎn)一圈，v不等，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；據(jù)v可知，帶電粒子的最大速度由D形盒半徑?jīng)Q定，故C選項(xiàng)正確【答案】AC解決帶電粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)電場(chǎng)加速，磁場(chǎng)回旋.(2)始終
17、加速的條件：T電T磁.(3)最大動(dòng)能：Ekm，由磁感應(yīng)強(qiáng)度B，盒半徑R和粒子的比荷f(q,m)共同決定.學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(十九) (建議用時(shí)：45分鐘) 1(多選)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果粒子又垂直進(jìn)入另一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來2倍的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則()A粒子的速率加倍，周期減半B粒子的速率不變，軌道半徑減半C粒子的速率減半，軌道半徑為原來的四分之一D粒子的速率不變，周期減半【解析】由于洛倫茲力不做功，故粒子速率不變，再由r和T，可知r減半，T減半【答案】BD2如圖3516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(qiáng)磁場(chǎng)范圍足夠大(方向垂直紙面向里)，則帶電粒子的可能軌跡
18、是()圖3516AaBbCcDd【解析】粒子帶負(fù)電、磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，根據(jù)左手定則，粒子應(yīng)沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故D正確【答案】D3如圖3517所示，一電子束垂直于電場(chǎng)線與磁感線方向入射后偏向A極板，為了使電子束沿射入方向做直線運(yùn)動(dòng)，可采用的方法是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96322172】圖3517A將變阻器滑動(dòng)頭P向右滑動(dòng)B將變阻器滑動(dòng)頭P向左滑動(dòng)C將極板間距離適當(dāng)減小D將極板間距離適當(dāng)增大【解析】電子入射極板后，偏向A板，說明EqBvq，由E可知，減小場(chǎng)強(qiáng)E的方法有增大板間距離，和減小板間電壓，故C錯(cuò)誤，D正確；而移動(dòng)滑動(dòng)頭P并不能改變板間電壓，故A、B均錯(cuò)誤【答案】D4(多選)1930年勞倫斯制成了
19、世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖3518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()圖3518A離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C離子從磁場(chǎng)中獲得能量D離子從電場(chǎng)中獲得能量【解析】回旋加速器對(duì)離子加速時(shí)，離子是由加速器的中心附近進(jìn)入加速器的，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力不做功，所以離子的能量不變，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D形盒D1、D2之間存在交變電場(chǎng)，當(dāng)離子通過交變電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)離子做正功，離子的能量增加，所以離子的能量是從電場(chǎng)中獲得的，故選項(xiàng)D正確【答案】AD5(多選)如圖3519所示是質(zhì)譜儀的工作原理示
20、意圖帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器，速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)則下列表述正確的是()圖3519A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小【解析】本題考查速度選擇器及質(zhì)譜儀的有關(guān)知識(shí)由加速電場(chǎng)可知粒子所受電場(chǎng)力向下，即粒子帶正電，在速度選擇器中，電場(chǎng)水平向右，洛倫茲力水平向左，因此速度選擇器中磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，B正確；粒子經(jīng)過速度選擇器時(shí)滿足qE
21、qvB，可知能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于，帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)有R，可見當(dāng)v相同時(shí)，R，所以可以用來區(qū)分同位素，且R越大，比荷就越小，D錯(cuò)誤【答案】ABC6如圖3520所示，在邊長(zhǎng)為2a的正三角形區(qū)域內(nèi)存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(重力不計(jì))從AB邊的中點(diǎn)O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AB邊的夾角為60，若要使粒子能從AC邊穿出磁場(chǎng)，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的大小B需滿足()圖3520ABBBCBDB【解析】粒子剛好達(dá)到C點(diǎn)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡與AC相切，則粒子運(yùn)動(dòng)的半徑為r0.由r得，粒子要能從AC邊射出，粒子運(yùn)動(dòng)的半徑rr0，
22、解得B，選項(xiàng)B正確【答案】B7(多選)一個(gè)帶電粒子以初速度v0垂直于電場(chǎng)方向向右射入勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，穿出電場(chǎng)后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域設(shè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場(chǎng)強(qiáng)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()【解析】A、C選項(xiàng)中粒子在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶正電，再進(jìn)入磁場(chǎng)后，A圖中粒子應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，正確；C圖中粒子應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)，錯(cuò)誤同理可以判斷B錯(cuò)誤，D正確【答案】AD8如圖3521所示，質(zhì)量為m、電荷量為e的電子，由a點(diǎn)以速率v豎直向上射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)過一段時(shí)間后由b點(diǎn)以不變的速率v反方向飛出，已知ab長(zhǎng)為L(zhǎng).試求：圖3521(1)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中飛行時(shí)的
23、加速度，并說明電子在磁場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)；(2)求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向【解析】(1)電子的加速度大小a，方向不斷變化，電子從ab做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(2)evBm，解得B，由左手定則知B的方向垂直紙面向里【答案】(1)，勻速圓周運(yùn)動(dòng)(2)，垂直紙面向里9MN板兩側(cè)都是磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向如圖3522所示，帶電粒子從a位置以垂直磁場(chǎng)方向的速度開始運(yùn)動(dòng)，依次通過小孔b、c、d，已知abbccd，粒子從a運(yùn)動(dòng)到d的時(shí)間為t，則粒子的比荷為()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96322173】圖3522A.B.C.D.【解析】粒子從a運(yùn)動(dòng)到d依次經(jīng)過小孔b、c、d，經(jīng)歷的時(shí)間t為3個(gè)，由t3和T可得：，故A正確
24、【答案】A10(多選)環(huán)形對(duì)撞機(jī)是研究高能離子的重要裝置，如圖3523所示正、負(fù)離子由靜止經(jīng)過電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對(duì)撞機(jī)的真空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.(兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi)，沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而在碰撞區(qū)迎面相撞)為維持帶電粒子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法正確是()圖3523A對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大B對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小C對(duì)于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期越小D對(duì)于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，
25、粒子運(yùn)動(dòng)的周期都不變【解析】在加速器中qUmv2，在環(huán)狀空腔內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r，即r，所以在半徑不變的條件下越大，B越小，選項(xiàng)B正確；粒子在空腔內(nèi)的周期T，故加速電壓越大，粒子的速率v越大，其周期越小，選項(xiàng)C正確【答案】BC11質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子自靜止開始釋放，經(jīng)M、N板間的電場(chǎng)加速后，從A點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，該粒子離開磁場(chǎng)時(shí)的位置P偏離入射方向的距離為L(zhǎng)，如圖3524所示已知M、N兩板間的電壓為U，粒子的重力不計(jì)求：勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96322174】圖3524【解析】作粒子經(jīng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的軌跡圖，如圖所示設(shè)粒子在M、N兩板間經(jīng)電場(chǎng)
26、加速后獲得的速度為v，由動(dòng)能定理得：qUmv2粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)其半徑為r，則：qvBm由幾何關(guān)系得：r2(rL)2d2聯(lián)立求解 式得：磁感應(yīng)強(qiáng)度B .【答案】 12如圖3525，半徑為R的圓是一圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的橫截面(紙面)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外一電荷量為q(q0)、質(zhì)量為m的粒子沿平行于直徑ab的方向射入磁場(chǎng)區(qū)域，射入點(diǎn)與ab的距離為.已知粒子射出磁場(chǎng)與射入磁場(chǎng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向間的夾角為60，則粒子的速率為多大？(不計(jì)粒子的重力)圖3525【解析】帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，由題意進(jìn)出磁場(chǎng)速度的偏向角為60，帶電粒子運(yùn)動(dòng)圓弧所對(duì)圓心角60，由題意cosOCD，OCD60，又OCDCOO1，故COO130，所以粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑rR，由qvB得v，粒子速率為.【答案】18
2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 5 洛倫茲力的應(yīng)用學(xué)案 教科版選修3-1
