2019-2020學(xué)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)用課時(shí)作業(yè)（含解析）魯科版選修3-1

第3節(jié) 洛倫茲力的應(yīng)用一、選擇題1電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A速率越大，周期越大B速率越小，周期越大C速度方向與磁場(chǎng)方向平行D速度方向與磁場(chǎng)方向垂直解析：由粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式T可知周期的大小與速率無(wú)關(guān)，A、B錯(cuò)誤，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，速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，C錯(cuò)誤，D正確答案：D2如圖所示，ab是一彎管，其中心線是半徑為R的一段圓弧，將它置于給定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于圓弧所在平面，并且指向紙外有一束粒子對(duì)準(zhǔn)a端射入彎管，粒子有不同的質(zhì)量、不同的速度，但都是一價(jià)正離子，則()A只有速度v大小一定的粒子可以沿中心線通過(guò)彎管B只有質(zhì)量m大小一定的粒子可以沿中心線通過(guò)彎管C只有m、v的乘積大小一定的粒子可以沿中心線通過(guò)彎管D只有動(dòng)能Ek大小一定的粒子可以沿中心線通過(guò)彎管解析：粒子要通過(guò)彎管必須做圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑rR時(shí)，粒子能通過(guò)彎管，所以rRmv/qB，因?yàn)榱Ｗ拥膓、B都相同，所以只有當(dāng)mv一定時(shí)，粒子才能通過(guò)彎管答案：C3現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定質(zhì)子在入口處從靜止開(kāi)始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開(kāi)磁場(chǎng)若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開(kāi)始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開(kāi)磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為()A11B12C121 D144解析：設(shè)質(zhì)子和離子的質(zhì)量分別為m1和m2，原磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，改變后的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2.在加速電場(chǎng)中qUmv2，在磁場(chǎng)中qvBm，聯(lián)立兩式得m，故有144，選項(xiàng)D正確答案：D4有三束粒子，分別是質(zhì)子(H)、氚核(H)和粒子束，如果它們以相同的速度沿垂直于磁場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)方向垂直紙面向里)在下圖中，正確地表示出這三束粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡的是()解析：由粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑rmv/qB可知，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡應(yīng)該與粒子的比荷有關(guān)，即r1r2r3132，所以三種粒子的軌跡應(yīng)該是氫核半徑最小，氚核半徑最大，粒子束在中間，所以C選項(xiàng)正確答案：C5兩個(gè)電子以大小不同的初速度沿垂直磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)r1、r2為這兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)軌道半徑，T1、T2是它們的運(yùn)動(dòng)周期，則()Ar1r2，T1T2Br1r2，T1T2Cr1r2，T1T2 Dr1r2，T1T2解析：r，電子的m、q相同而B(niǎo)又相同，但v不同故r不同；由T知T1T2，D正確答案：D6如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示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(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1、A2.平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)下列表述不正確的是()A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(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小答案：D7把金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，磁場(chǎng)方向垂直于內(nèi)、外表面水平向外，金屬塊中有電流通過(guò)設(shè)金屬塊上、下兩表面的電勢(shì)分別是上、下，則()A上>下B上下C上<下D不能判斷哪一面電勢(shì)較高解析：本題考查金屬塊中電流的形成及上、下表面的電勢(shì)金屬塊中的電流是自由電子定向移動(dòng)形成的，電子受到洛倫茲力的作用而向下偏轉(zhuǎn)，在金屬塊的上、下表面分別積聚正、負(fù)電荷，故上板電勢(shì)高，A正確，B、C、D錯(cuò)答案：A8如圖甲所示是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩盒分別與高頻電源相連帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷中正確的是()A在Ekt圖象中應(yīng)有t4t3<t3t2<t2t1B加速電壓越大，粒子最后獲得的動(dòng)能就越大C粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動(dòng)能一定越大D要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加D形盒的面積解析：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的回旋周期與速度大小無(wú)關(guān)，因此在Ekt圖中應(yīng)有t4t3t3t2t2t1，A錯(cuò)誤；加速電壓越小，粒子加速次數(shù)就越多，由粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r可知Ek，即粒子獲得的最大動(dòng)能決定于D形盒的半徑，與加速電壓和加速次數(shù)無(wú)關(guān)，故D形盒的面積增加時(shí)半徑R增大，粒子的最大動(dòng)能增大，故B、C錯(cuò)誤，D正確答案：D二、非選擇題9如圖，從離子源產(chǎn)生的甲、乙兩種離子，由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動(dòng)，自M點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，磁場(chǎng)左邊界豎直已知甲種離子射入磁場(chǎng)的速度大小為v1，并在磁場(chǎng)邊界的N點(diǎn)射出；乙種離子在MN的中點(diǎn)射出；MN長(zhǎng)為l.不計(jì)重力影響和離子間的相互作用求：(1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大??；(2)甲、乙兩種離子的比荷之比解析：(1)設(shè)甲種離子所帶電荷量為q1、質(zhì)量為m1，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R1，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，由動(dòng)能定理有q1Um1v由洛倫茲力公式和牛頓第二定律有q1v1Bm1由幾何關(guān)系知2R1l由式得B(2)設(shè)乙種離子所帶電荷量為q2、質(zhì)量為m2，射入磁場(chǎng)的速度為v2，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R2.同理有q2Um2vq2v2Bm2由題給條件有2R2由式得，甲、乙兩種離子的比荷之比為14答案：(1)(2)1410一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q，不計(jì)重力的帶電粒子從x軸上的P(a，0)點(diǎn)以速度v，沿與x軸正方向成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并恰好垂直于y軸射出第一象限求：(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；(2)穿過(guò)第一象限的時(shí)間解析：(1)作出帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心和軌跡，由圖中幾何關(guān)系知：Rcos 30°a得：R由Bqvm得：B(2)運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t·.答案：(1)(2)- 6 -