2019高考物理一轮复习 课时作业三十六洛伦兹力及带电粒子在匀强磁场中的运动

2019高考物理一轮复习 课时作业三十六洛伦兹力及带电粒子在匀强磁场中的运动

课时作业(三十六)　洛伦兹力及带电粒子在匀强磁场中的运动 第1课时　磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力 班级：____________　　姓名：____________‎ ‎1.(多选)a、b两个电性不同但比荷相同的带电粒子，在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，a的半径大于b的半径，下面说法中正确的是(　　)‎ A．a、b的转向一定不同 B．a加速度一定大于b的加速度 C．a受到的洛仑兹力可能小于b受到的洛仑兹力 D．a的动能一定大于b的动能 ‎2．(16年四川高考)如图所示，正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场．一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域，当速度大小为vb时，从b点离开磁场，在磁场中运动的时间为tb，当速度大小为vc时，从c点离开磁场，在磁场中运动的时间为tc，不计粒子重力．则(　　)‎ 第2题图 A．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝2∶1‎ B．vb∶vc＝2∶1，tb∶tc＝1∶2‎ C．vb∶vc＝2∶1，tb∶tc＝2∶1‎ D．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝1∶2‎ ‎3．纸面内存在竖直向上的一根通电直导线，不计导线的粗细，一带正电的粒子在纸面内左侧高速垂直导线射去，且能越过导线，其运动轨迹可能是下图中的(　　)‎ A　　　　　B　　　　　C　　　　　　D ‎4．如图所示，ABC为与匀强磁场垂直的边长为a的等边三角形，磁场垂直纸面向外，比荷为的电子以速度v0从A点沿AB方向射入，欲使电子能经过BC边，则磁感应强度B的取值应为(　　)‎ 第4题图 A．B> B．B< C．B< D．B> ‎5．如图所示，在半径为R的圆形区域内充满磁感应强度为B的匀强磁场，MN是一竖直放置的感光板．从圆形磁场最高点P垂直磁场射入大量的带正电、电荷量为q、质量为m、速度为v的粒子，不考虑粒子间的相互作用力，关于这些粒子的运动，以下说法正确的是(　　)‎ 第5题图 A．只要对着圆心入射，出射后均可垂直打在MN上 B．对着圆心入射的粒子，其出射方向的反向延长线不一定过圆心 C．对着圆心入射的粒子，速度越大在磁场中通过的弧长越长，时间也越长 D．只要速度满足v＝，沿不同方向入射的粒子出射后均可垂直打在MN上 ‎6．(多选)如图所示，在纸面内的直角坐标系xOy的x坐标轴上方存在垂直纸面向里的匀强磁场，从O点将一负粒子沿与x坐标轴正向夹角θ 以某一速度射入磁场，粒子从x 坐标轴出磁场经历一定时间，产生一定位移．今改变上述初始条件中的一个，其他条件不变，当其出磁场时，下列说法正确的是(　　)‎ 第6题图 A．将原磁场方向改与原来相反，经历时间变长，位移大小不变 B．将原磁场磁感应强度变大，经历时间不变，位移大小变小 C．增大初速度大小，经历时间变长，位移大小变大 D．减小与x坐标轴正向夹角θ，经历时间变长，位移大小变小 ‎7．(多选)如图所示，一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入横截面为一正方形的匀强磁场区，在从ab边离开磁场的电子中，下列判断正确的是(　　)‎ 第7题图 A．从b点离开的电子速度最大 B．从b点离开的电子在磁场中运动时间最长 C．从b点离开的电子速度偏转角最大 D．在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹线一定重合 ‎8．如图所示，在以坐标原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直于xOy平面向里．一带正电的粒子(不计重力)从O点沿y轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经t0时间从P点射出．‎ ‎(1) 求电场强度的大小和方向；‎ ‎(2) 若仅撤去磁场，带电粒子仍从O点以相同的速度射入，经时间恰从半圆形区域的边界射出．求粒子运动加速度的大小；‎ ‎(3) 若仅撤去电场，带电粒子仍从O点射入，且速度为原来的4倍，求粒子在磁场中运动的时间．‎ 第8题图 ‎9．如图所示，在边长为l＝‎8 cm的正方形区域ABCD内存在垂直纸面向里的磁感应强度为2×10－4T的匀强磁场，M为AB边一点，且AM＝‎6 cm，自M点垂直磁场射入比荷q/m＝5×‎109C/kg带正电的粒子，‎ ‎(1)若垂直AB入射，恰从CD边中点射出，求粒子射入时的速度？‎ ‎(2)若自M点以相等速度v＝5×‎104 m/s向所有方向射入粒子，讨论粒子能从CD边穿过的范围．‎ 第9题图 第2课时　带电粒子在复合场中的运动(一)‎ 班级：____________　　姓名：____________1.如图所示，在竖直向下的匀强电场和水平磁场(垂直纸面，未画出)的复合场中，很多带电微粒在纸面内做逆时针匀速圆周运动，不计彼此间的相互作用，下列判断正确的是(　　)‎ 第1题图 A．磁场垂直纸面向里，周期不同 B．磁场垂直纸面向里，周期相同 C．磁场垂直纸面向外，周期相同 D磁场垂直纸面向外，周期不同 ‎2．如图所示，有一混合正离子束先后通过正交电场、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的(　　)‎ 第2题图 A．速度和比荷 B．质量和电荷 C．电荷和速度 D．比荷和质量 ‎3．(多选)如图所示，一带电粒子垂直射入一垂直纸面向里自左向右逐渐增强的磁场中，由于周围气体的阻尼作用，其运动径迹为一段圆弧线，则从图中可以判断(不计重力)(　　)‎ 第3题图 A．粒子从A点射入，速率逐渐减小 B．粒子从A点射入，速率逐渐增大 C．粒子带负电，从B点射入磁场 D．粒子带正电，从A点射入磁场 ‎4．带电粒子以初速度v0从a点进入匀强磁场，如图所示．运动中经过b点，Oa＝Ob，若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从a点进入电场，粒子仍能通过b点，那么电场强度E与磁感应强度B之比为(　　)‎ 第4题图 ‎ A．v0 B. C．2v0 D. ‎5．(多选)如图，在竖直面的直角坐标系xOy内有竖直向下匀强电场，x轴上方有垂直坐标面向里的匀强磁场，在O点向坐标面x轴上方以各种速度向各个方向发射微粒，都能在坐标面内做匀速圆周运动，从x轴正半轴P点观察返回的微粒，下列说法正确的是(　　)‎ 第5题图 A．所有微粒的周期相等 B．出来的微粒速度与x轴正向夹角越大，速度越大 C．垂直x轴出磁场的微粒速度最小 D．出来的微粒速度与x轴正向夹角越大，在复合场中运动时间越长 ‎6．(多选)如图所示，ab∥cd∥ef，ab到cd的距离等于cd到ef的距离，在ab到cd间存在垂直纸面向外的匀强磁场，在cd到ef间存在垂直纸面向里的匀强磁场，两磁场的磁感应强度相等．垂直ab以一定速度向磁场中发射带正电的粒子，从cd穿出时发生一定的侧向位移，经历一定的时间；今改变其中一个条件(粒子仍从ef边穿出)，下列说法正确的是 ‎(　　)‎ 第6题图 A．增大粒子射入的速度，侧向位移变大，经历时间变小 B．增大磁场磁感应强度，侧向位移变大，经历时间变长 C．增大磁场间距，侧向位移变大，经历时间变长 D．无论改变哪个条件，粒子一定垂直ef出磁场 ‎7.(多选)如图所示，在xOy坐标系中，以(r，0)为圆心、r为半径的圆形区域内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，在y>r的足够大的区域内，存在沿y轴负方向的匀强电场．在xOy平面内，从O点以相同速率、沿不同方向在第一象限发射质子，且质子在磁场中运动的半径也为r.不计质子所受重力及质子间的相互作用力．则质子(　　)‎ 第7题图 A．在电场中运动的路程均相等 B．最终离开磁场时的速度方向均沿x轴方向 C．在磁场中运动的总时间均相等 D．从进入磁场到最后离开磁场过程的总路程相等 ‎8．坐标原点O处有一放射源，它向xOy平面内的x轴下方各个方向发射速度大小都是v0的α粒子．α粒子的质量为m、电量为q；在0＜y＜d的区域内分布有指向y轴正方向的匀强电场，在y≥d的区域内分布有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝，ab为一块很大的平面感光板，在磁场内平行于x轴放置，如图所示．测得进入磁场的α粒子的速率均为2v0，观察发现此时恰好无粒子打到ab板上．(α粒子的重力忽略不计)‎ ‎(1)求电场强度的大小；‎ ‎(2)求感光板到x轴的距离；‎ ‎(3)磁感应强度为多大时所有粒子均能打到板上？并求出此时ab板上被α粒子打中的区域的长度．‎ 第8题图 ‎9．如图所示，在某空间实验室中，有两个靠在一起的等大的圆柱形区域，分别存在着等大反向的匀强磁场，磁感应强度B＝0.10T，磁场区域的半径r＝m，左侧区域圆心为O1，磁场方向垂直纸面向里，右侧区域圆心为O2，磁场方向垂直纸面向外，两区域切点为C.今有质量为m＝3.2×10－‎26 kg、带电荷量为q＝－1.6×10－‎19C的某种离子，从左侧区域边缘的A点以速度v＝‎106 m/s正对O1的方向垂直磁场射入，它将穿越C点后再从右侧区域穿出．求：‎ 第9题图 ‎(1) 该离子通过两磁场区域所用的时间；‎ ‎(2) 离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离为多大？(侧移距离指垂直初速度方向上移动的距离)‎ 第3课时　带电粒子在复合场中的运动(二)‎ 班级：____________　　姓名：____________1.(多选)如图所示，虚线下方存在垂直纸面向里的匀强磁场B和平行纸面且与竖直平面夹角45°的斜向下匀强电场E；有一质量为m电荷量为q的带负电小球在高为h处自由下落，当小球运动到复合场时刚好做直线运动，那么(　　)‎ 第1题图 A．电场方向一定斜向右下方 B．小球一定做匀速直线运动 C．磁感应强度B＝，E＝ D．若同时改变小球的比荷与初始下落的高度，小球仍能沿直线在磁场中运动 ‎2．(14年安徽高考)“人造小太阳”托卡马克装置使用强磁场约束高温等离子体，使其中的带电粒子被尽可能限制在装置内部，而不与装置器壁碰撞．已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，为约束更高温度的等离子体，则需要更强的磁场，以使带电粒子在磁场中的运动半径不变．由此可判断所需的磁感应强度B正比于(　　)‎ A.B．T C. D．T2‎ ‎3．如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′点(图中未标出)穿出．若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b(　　)‎ 第3题图 A．穿出位置一定在O′点下方 B．穿出位置一定在O′点上方 C．运动时，在电场中的电势能一定减小 D．在电场中运动时，动能一定减小 ‎4．如图所示，一个带负电的物体从绝缘粗糙斜面顶端滑到底端时的速度为v，若加上一个垂直纸面向外的磁场，则滑到底端时(　　)‎ 第4题图 A．v变大 B．v变小 C．v不变 D．不能确定v的变化 ‎5．(多选)如图所示，带正电绝缘小球恰能在一竖直圆形光滑轨道内表面做顺时针圆周运动；现加一垂直轨道平面水平向里的匀强磁场(图中未画出)，相比未加磁场，下列说法正确的是(　　)‎ 第5题图 A．小球将不能完成整圆周运动 B．小球仍以原速度通过轨道最高点 C．小球在最低点比原来对轨道压力小，小球在最高点比原来对轨道压力大 D．小球在最高点和最低点对轨道压力都比原来大 ‎6.(多选)如图所示，在竖直平面内有一固定的光滑绝缘椭圆大环，水平长轴AC ，竖直短轴DE，轻弹簧一端固定在大环的中心O，另一端连接一个可视为质点的小环，小环套在大环上，整个装置放在一水平向里的匀强磁场中；将小环从A点静止释放，已知小环在AD两点的形变量相等，下列说法正确的是(　　)‎ 第6题图 ‎ A．刚释放时小环的加速度为重力加速度g ‎ B．小环的质量越大，滑到D点时速度越大 ‎ C．小环的机械能先增大后减小 ‎ D．小环不能滑到C点 ‎7．如图所示，一带电塑料小球质量为m，用丝线悬挂于O点，并在竖直平面内摆动，最大摆角为60°，水平磁场垂直于小球摆动的平面．当小球自左方摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，则小球自右方最大摆角处摆到最低点时悬线上的张力为(　　)‎ 第7题图 A．0 B．2mg C．4mg D．6mg ‎8．如图，绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，到达C点时离开MN做曲线运动．A、C两点间距离为h，重力加速度为g.‎ 第8题图 ‎(1) 求小滑块运动到C点时的速度大小vc；‎ ‎(2) 求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf；‎ ‎(3) 若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的P点．已知小滑块在D点时的速度大小为vD，从D点运动到P点的时间为t，求小滑块运动到P点时速度的大小vP.‎ ‎9．如图所示，水平虚线上方有场强为E1的匀强电场，方向竖直向下，虚线下方有场强为E2的匀强电场，方向水平向左；在虚线上下方均有磁感应强度相同的匀强磁场，方向垂直纸面向里；ab是一长为L的绝缘细杆，竖直位于虚线上方，b段恰在虚线上，将一套在杆上的带电小环从a端由静止开始释放，小环先加速后匀速到达b端，环与杆之间的动摩擦因数μ＝0.3，小环重力不计，当环脱离杆后在虚线下方做匀速直线运动，求：‎ ‎(1)E1与E2的比值；‎ ‎(2)若撤去虚线下方的电场，小环进入虚线下方后的运动轨迹为半圆，圆半径为L/3，环从a到b的过程中克服摩擦力做功与电场力做功之比是多少？‎ 第9题图 第4课时　带电粒子在复合场中运动的应用 班级：____________　　姓名：____________1.如图所示为速度选择器示意图，已知其上极板电势高于下极板电势，磁场垂直纸面向里，下列说法正确的是(　　)‎ 第1题图 A．粒子一定要从左边射入 B．粒子一定要从右边射入 C．射入的方向与粒子的正负有关 D．选择的速度与粒子的比荷有关 ‎2．(多选)回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图所示．D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上．位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略)，它们在两盒之间被电场加速．当质子被加速到最大动能Ek后，再将它们引出．忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是(　　)‎ 第2题图 A．增大加速电压，质子出回旋加速器时动能增大 B．增大加速电压，质子在回旋加速器中运动时间减小 C．将加速电压的周期变为原来的，回旋加速器仍可正常工作 D．第n次加速前后质子的运动半径之比＝ ‎3．如图所示为显像管的原理示意图，当没有磁场时电子束将打在荧光屏正中的O点．安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转．设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，图中哪种变化的磁场能够使电子发生上述偏转(　　)‎ 第3题图 ‎　A　　　　　　B　　　　　C　　　　　　D ‎4．(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示．设D形盒半径为R.若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f.则下列说法正确的是(　　)‎ 第4题图 A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关 C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值 D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子 ‎5．(13年重庆高考)如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电量为q 的某种自由运动电荷．导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B.当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表面的低．由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为(　　)‎ 第5题图 A.，负 B.，正 C.，负 D.，正 ‎6.(多选)(16年徐州模拟)如图是等离子体发电机的示意图，原料在燃烧室中全部电离为电子与正离子，即高温等离子体，等离子体以速度v进入矩形发电通道，发电通道里有图示的匀强磁场，磁感应强度为B.等离子体进入发电通道后发生偏转，落到相距为d的两个金属极板上，在两极板间形成电势差，等离子体的电阻不可忽略．下列说法正确的是(　　)‎ 第6题图 ‎ A．上极板为发电机正极 ‎ B．外电路闭合时，电阻两端的电压为Bdv ‎ C．带电粒子克服电场力做功把其他形式的能转化为电能 ‎ D．外电路断开时，等离子受到的洛伦兹力与电场力平衡 ‎7．(多选)速度选择器可根据需要通过改变平行板电容器电量或电压，改变板的正对面积(两板为伸缩板)或平行板间距离等来改变电场，或改变磁场的磁感应强度来选择速度不同的粒子；某速度选择器原来选择某一速度的粒子，今欲使选择粒子速度变为原来2倍，改变其中两个条件，其他条件不变，下列方法可行的是(　　)‎ A．将两板所带电量加倍而板间距离变为原来 B．电量和磁感应强度都变为原来2倍 C．电压和磁感应强度都变为原来2倍 D．电压和板的正对面积都变为原来2倍 ‎8．如图所示的装置，左半部分为速度选择器，右半部分为匀强的偏转电场．一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E的偏转电场，最后打在照相底片D上．已知同位素离子的电荷量为q(q＞0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场，照相底片D与狭缝S1、S2的连线平行且距离为L，忽略重力的影响．‎ ‎(1) 求从狭缝S2射出的离子速度v0的大小；‎ ‎(2) 若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x，求出x与离子质量m之间的关系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)．‎ 第8题图 ‎9．(15年浙江高考)使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出，离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等．质量为m，速度为v的离子在回旋加速器内旋转，旋转轨道时半径为r的圆，圆心在O点，轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B.为引出离子束，使用磁屏蔽通道法设计引出器．引出器原理如图所示，一堆圆弧形金属板组成弧形引出通道，通道的圆心位于O′点(O′点图中未画出)．引出离子时，令引出通道内磁场的磁感应强度降低，从而使离子从P点进入通道，沿通道中心线从Q点射出．已知OQ长度为L，OQ与OP的夹角为θ.‎ 第9题图 ‎(1) 求离子的电荷量q并判断其正负；‎ ‎(2) 离子从P点进入，Q点射出，通道内匀强磁场的磁感应强度应降为B′，求B′；‎ ‎(3) 换用静电偏转法引出离子束，维持通道内的原有磁感应强度B不变，在内外金属板间加直流电压，两板间产生径向电场，忽略边缘效应．为使离子仍从P点进入，Q点射出，求通道内引出轨迹处电场强度E的方向和大小．‎