高中物理人教版 (2019)選擇性必修第二冊(cè)3 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)作業(yè)ppt課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

第一章　3一、選擇題(本題共6小題，每題8分，共48分)1．有三束粒子，分別是質(zhì)子(p)、氚核(H)和α粒子(氦核)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)(方向垂直于紙面向里)，在下圖中，哪個(gè)圖能正確地表示出了這三束粒子的偏轉(zhuǎn)軌跡(　C　)解析：由Bqv＝m可知：R＝；半徑與比荷成反比；因三束離子中質(zhì)子的比荷最大，氚核的最小，故質(zhì)子的半徑最小，氚核的半徑最大，故C正確。2.如圖，MN為鋁質(zhì)薄平板，鋁板上方和下方分別有垂直于圖平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(未畫出)。一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點(diǎn)垂直于鋁板向上射出，從Q點(diǎn)穿越鋁板后到達(dá)PQ的中點(diǎn)O。已知粒子穿越鋁板時(shí)，其動(dòng)能損失一半，速度方向和電荷量不變，不計(jì)重力。鋁板上方和下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為(　D　)A．2 B．C．1 D．解析：由EK＝mv2可知當(dāng)動(dòng)能為原來(lái)的一半時(shí)，速度是原來(lái)的。由R＝將R1＝2R2代入可得B1B2＝，D正確。3. (2020·浙江寧波諾丁漢大學(xué)附中高二下學(xué)期期中)如圖所示，直線MN上方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電子1從磁場(chǎng)邊界上的a點(diǎn)垂直MN和磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)t1時(shí)間從b點(diǎn)離開磁場(chǎng)。之后電子2也由a點(diǎn)沿圖示方向以相同速率垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)t2時(shí)間從a、b連線的中點(diǎn)c離開磁場(chǎng)，則為(　D　)A．　　　 B．2　　　C．　　　 D．3解析：粒子在磁場(chǎng)中都做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)題意畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖所示：電子1垂直射進(jìn)磁場(chǎng)，從b點(diǎn)離開，則運(yùn)動(dòng)了半個(gè)圓周，ab即為直徑，c點(diǎn)為圓心，電子2以相同速率垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)t2時(shí)間從a、b連線的中點(diǎn)c離開磁場(chǎng)，根據(jù)半徑r＝可知，粒子1和2的半徑相等，根據(jù)幾何關(guān)系可知，△aOc為等邊三角形，則粒子2轉(zhuǎn)過的圓心角為60°，所以粒子1運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1＝＝，粒子2運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2＝＝，所以＝3，故選D。4.如圖所示，在屏MN的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。P為屏上的一小孔，PC與MN垂直。一束質(zhì)量為m、帶電量為－q的粒子(不計(jì)重力)，以相同的速率v，從P處沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)區(qū)域。粒子入射方向在與磁場(chǎng)B垂直的平面內(nèi)，且散開在與PC夾角為θ的范圍內(nèi)。則在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的長(zhǎng)度為(　D　)A．　　　　　　　　　 B．C． D．解析：如圖所示，能打到的范圍中最遠(yuǎn)點(diǎn)為2R處，其中R為軌跡半徑，R＝；最近點(diǎn)為2Rcos θ處，所以總長(zhǎng)度L＝2R－2Rcos θ＝。5．(多選)(2020·浙江省寧波市北侖區(qū)高二上學(xué)期期中)一個(gè)帶電粒子(重力不計(jì))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(　AD　)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)，D對(duì)。6．(多選)設(shè)空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，已知一粒子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下，從靜止開始自A點(diǎn)沿曲線ACB運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零，C點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，忽略重力，以下說法正確的是(　ABC　)A．粒子必帶正電荷B．A點(diǎn)和B點(diǎn)位于同一高度C．粒子在C點(diǎn)時(shí)速度最大D．粒子到達(dá)B點(diǎn)后，將沿原曲線返回A點(diǎn)解析：平行板間電場(chǎng)方向向下，粒子由A點(diǎn)靜止釋放后在電場(chǎng)力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，所以粒子必帶正電荷，A正確。因?yàn)槁鍌惼澚Σ蛔龉?，電?chǎng)力做功等于動(dòng)能的變化，而粒子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度為零，所以從A到B電場(chǎng)力所做正功與負(fù)功加起來(lái)為零，則B點(diǎn)與A點(diǎn)位于同一高度，B正確。因C點(diǎn)為軌道最低點(diǎn)，粒子從A運(yùn)動(dòng)到C電場(chǎng)力做功最多，C點(diǎn)具有的動(dòng)能最大，所以粒子在C點(diǎn)速度最大，C正確。如果右側(cè)仍有同樣的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的疊加區(qū)域，粒子將在B的右側(cè)重復(fù)前面的曲線運(yùn)動(dòng)，因此，粒子是不可能沿原曲線返回A點(diǎn)的。二、非選擇題7．(12分)如圖所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為電場(chǎng)和磁場(chǎng)的理想邊界，一束電子(電量為e，質(zhì)量為m，重力不計(jì))，由靜止?fàn)顟B(tài)從P點(diǎn)經(jīng)過Ⅰ、Ⅱ間的電場(chǎng)加速后垂直到達(dá)邊界Ⅱ的Q點(diǎn)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)邊界寬度為d，電子從磁場(chǎng)邊界Ⅲ穿出時(shí)的速度方向與電子原來(lái)的入射方向夾角為30°。求：(1)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；(2)若改變PQ間的電勢(shì)差，使電子剛好不能從邊界Ⅲ射出，則此時(shí)PQ間的電勢(shì)差U是多少？答案：(1)　(2)解析：(1)由evB＝m，T＝，得電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期T＝。電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t＝T＝T，得：t＝。(2)電子剛好不從邊界Ⅲ穿出時(shí)軌道與邊界相切，運(yùn)動(dòng)半徑為R＝d。由evB＝m得v＝，PQ間由動(dòng)能定理eU＝mv2得U＝。一、選擇題(本題共3小題，每題6分，共18分)1．如圖所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子以速度v從A點(diǎn)沿直徑AOB方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)過Δt時(shí)間從C點(diǎn)射出磁場(chǎng)，OC與OB成60°角。現(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)?/span>v，仍從A點(diǎn)沿原方向射入磁場(chǎng)，不計(jì)重力，則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間變?yōu)?　B　)A．Δt B．2ΔtC．Δt D．3Δt解析：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，據(jù)牛頓第二定律有qvB＝m，解得粒子第一次通過磁場(chǎng)區(qū)時(shí)的半徑為r＝，圓弧AC所對(duì)應(yīng)的圓心角∠AO′C＝60°，經(jīng)歷的時(shí)間為Δt＝T(T為粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期，大小為T＝，與粒子速度大小無(wú)關(guān))，當(dāng)粒子速度減小為v后，根據(jù)r＝知其在磁場(chǎng)中的軌道半徑變?yōu)?/span>r，粒子將從D點(diǎn)射出，根據(jù)圖中幾何關(guān)系得圓弧AD所對(duì)應(yīng)的圓心角∠AO″D＝120°，經(jīng)歷的時(shí)間為Δt′＝T＝2Δt。由此可知本題正確選項(xiàng)只有B。2．(多選)如圖所示，正方形容器處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一束電子從a孔垂直于磁場(chǎng)沿ab方向射入容器中，一部分從c孔射出，一部分從d孔射出，容器處于真空中，則下列結(jié)論中正確的是(　AB　)A．從兩孔射出的電子速率之比vcvd＝21B．從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比tctd＝12C．從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比acad＝1D．從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)的角速度之比為ωcωd＝21解析：因?yàn)?/span>r＝，從a孔射入，經(jīng)c，d兩孔射出的電子的軌道半徑分別為正方形邊長(zhǎng)和邊長(zhǎng)，所以＝＝，A正確；電子在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期T＝相同，有tc＝，td＝，所以＝，B正確；因?yàn)橄蛐募铀俣?/span>an＝，所以＝＝，C錯(cuò)誤；因?yàn)?/span>ω＝，所以ω相同，D錯(cuò)誤。3．(多選)(2020·安徽師大附中高二上學(xué)期期末)兩個(gè)電荷量分別為q和－q的帶電粒子分別以速度va和vb射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩粒子的入射方向與磁場(chǎng)邊界的夾角分別為30°和60°，磁場(chǎng)寬度為d，兩粒子同時(shí)由A點(diǎn)出發(fā)，同時(shí)到達(dá)B點(diǎn)，如圖所示，則(　AC　)A．a粒子帶負(fù)電，b粒子帶正電B．兩粒子的軌道半徑之比RaRb＝1C．兩粒子的質(zhì)量之比mamb＝12D．兩粒子的速度之比vavb＝12解析：根據(jù)左手定則可判定a帶負(fù)電，同理可知b帶正電，所以選項(xiàng)A正確；由圖可知，兩個(gè)粒子在磁場(chǎng)中的半徑之比為1，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角分別為120°、60°，故所用時(shí)間分別為Ta、Tb，根據(jù)T＝可知ma＝mb，所以可解得mamb＝12，故選項(xiàng)C正確；根據(jù)r＝可知，vavb＝rarb＝1，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。二、非選擇題4．(10分)(2021·山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三模擬)如圖，在直角三角形OPN區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外。一帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)電壓U加速后，沿平行于x軸的方向射入磁場(chǎng)；一段時(shí)間后，該粒子在OP邊上某點(diǎn)以垂直于x軸的方向射出。已知O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，N點(diǎn)在y軸上，OP與x軸的夾角為30°，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的入射點(diǎn)與離開磁場(chǎng)的出射點(diǎn)之間的距離為d，不計(jì)重力。求：(1)帶電粒子的比荷；(2)帶電粒子從射入磁場(chǎng)到運(yùn)動(dòng)至x軸的時(shí)間。答案：(1)　(2)解析：(1)設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，加速后的速度大小為v。由動(dòng)能定理有qU＝mv2 ①設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律有qvB＝m ②由幾何關(guān)系知d＝r ③聯(lián)立①②③式得＝ ④(2)由幾何關(guān)系知，帶電粒子射入磁場(chǎng)后運(yùn)動(dòng)到x軸所經(jīng)過的路程為s＝＋rtan 30° ⑤帶電粒子從射入磁場(chǎng)到運(yùn)動(dòng)至x軸的時(shí)間為t＝ ⑥聯(lián)立②④⑤⑥式得t＝。 ⑦5．(12分)如圖所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直xOy平面向里，電場(chǎng)線平行于y軸。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電荷的小球，從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出。經(jīng)x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)和磁場(chǎng)，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從x軸上的N點(diǎn)第一次離開電場(chǎng)和磁場(chǎng)，MN之間的距離為L，小球過M點(diǎn)時(shí)的速度方向與x軸正方向夾角為θ。不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g，求：(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向；(2)小球從A點(diǎn)拋出時(shí)初速度v0的大小；(3)A點(diǎn)到x軸的高度h。答案：(1)E＝，豎直向上　(2)　(3)解析：(1)小球在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所受電場(chǎng)力必須與重力平衡，有qE＝mg????????????? ????????????? ①E＝ ②重力的方向是豎直向下，電場(chǎng)力的方向則應(yīng)為豎直向上，由于小球帶正電，所以電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上。(2)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，O′為圓心，MN為弦長(zhǎng)，∠MO′P＝θ，如圖所示。設(shè)半徑為r，由幾何關(guān)系知＝sin θ ③小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，設(shè)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速率為v，有qvB＝????????????? ????????????? ④由速度的合成與分解知＝cos θ ⑤由③④⑤式得v0＝ ⑥(3)設(shè)小球到M點(diǎn)時(shí)的豎直分速度為vy，它與水平分速度的關(guān)系為vy＝v0tan θ⑦由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律v＝2gh ⑧由⑥⑦⑧式得h＝。

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