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)