高考物理一輪復(fù)習(xí)第9章磁場課時(shí)作業(yè)31 (含解析)-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

課時(shí)作業(yè)31　帶電粒子在組合場中的運(yùn)動時(shí)間：45分鐘1．如圖所示，a、b是兩個勻強(qiáng)磁場邊界上的兩點(diǎn)，左邊勻強(qiáng)磁場的磁感線垂直紙面向里，右邊勻強(qiáng)磁場的磁感線垂直紙面向外，兩邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等．電荷量為2e的帶正電的質(zhì)點(diǎn)M以某一速度從a點(diǎn)垂直磁場邊界向左射出，與靜止在b點(diǎn)的電荷量為e的帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)N相撞，并粘合在一起，不計(jì)質(zhì)點(diǎn)M和質(zhì)點(diǎn)N的重力，則它們在磁場中的運(yùn)動軌跡是(　D　)解析：正離子以某一速度擊中并吸收靜止的電子后，速度保持不變，電荷量變?yōu)椋?/span>e，由左手定則可判斷出正離子過b點(diǎn)時(shí)所受洛倫茲力向下；由r＝可得，電荷量減半，則半徑增大到原來的2倍，故磁場中的運(yùn)動軌跡為D，故D正確．2．用回旋加速器分別加速某元素的一價(jià)正離子和二價(jià)正離子，各離子開始釋放的位置均在A點(diǎn)，加速電壓相同，則關(guān)于一價(jià)正離子和二價(jià)正離子的加速，下列說法不正確的是(　C　)A．獲得的最大速度之比為12B．獲得的最大動能之比為14C．加速需要的交變電壓的頻率之比為21D．經(jīng)加速電場加速的次數(shù)之比為12解析：某元素的一價(jià)正離子和二價(jià)正離子的電荷量之比為12，質(zhì)量相等，由Ek＝mv2＝m2＝，可知獲得的最大動能之比為14，速度之比為12，A、B正確，不符合題意；加速電壓的周期等于粒子在磁場中運(yùn)動的周期，即T＝，可見交變電壓的周期之比為21，頻率之比為12，C錯誤，符合題意；經(jīng)加速電場加速由動能定理有nqU＝，n＝，因此加速的次數(shù)之比為12，D正確，不符合題意．3．如圖所示左側(cè)為豎直放置的兩平行板M、N，右側(cè)為垂直紙面向里的左、右邊界分別為1、2的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.平行板M的中心處有一電子放射源S，能源源不斷地發(fā)射一系列初速度可視為零的電子，經(jīng)加速電壓U0加速后，電子沿水平方向從N板的小孔向右進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，經(jīng)一段時(shí)間電子到達(dá)磁場右邊界的P點(diǎn)．如果磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)?/span>2B，欲使電子仍沿原來的軌跡到達(dá)P點(diǎn)，應(yīng)將加速電壓調(diào)節(jié)為U，則(　A　)A．U＝4U0 B．U＝2U0C．U＝U0 D．U＝U0解析：要使電子在磁場中仍打在P點(diǎn)，則可知電子的運(yùn)動半徑不變，則由Bev＝m可知R＝，磁感應(yīng)強(qiáng)度B加倍，而電子的軌道半徑R不變，則速度一定也加倍．對電子的加速過程有eU＝mv2，解得v＝，故要使速度加倍，加速電壓應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?/span>4倍，A正確．4．質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對氫元素進(jìn)行測量．讓氫元素三種同位素的離子流從容器A下方的小孔S無初速度飄入電勢差為U的加速電場．加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中．氫的三種同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”．則下列判斷正確的是(　A　)A．進(jìn)入磁場時(shí)速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚B．進(jìn)入磁場時(shí)動能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C．在磁場中運(yùn)動時(shí)間由大到小排列的順序是氕、氘、氚D．a、b、c三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氕、氘、氚解析：離子通過加速電場的過程，有qU＝mv2，因?yàn)殡㈦?、氚三種離子的電量相同、質(zhì)量依次增大，故進(jìn)入磁場時(shí)動能相同，速度依次減小，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯誤；由T＝可知，氕、氘、氚三種離子在磁場中運(yùn)動的周期依次增大，又三種離子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間均為半個周期，故在磁場中運(yùn)動時(shí)間由大到小排列依次為氚、氘、氕，C項(xiàng)錯誤；由qvB＝m及qU＝mv2，可得R＝，故氕、氘、氚三種離子在磁場中的軌道半徑依次增大，所以a、b、c三條“質(zhì)譜線”依次對應(yīng)氚、氘、氕，D項(xiàng)錯誤．5．平面直角坐標(biāo)系xOy中，第二象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小為E，第三、四象限存在垂直坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖所示．一質(zhì)量為m，電荷量為q的正粒子從坐標(biāo)為(－L，L)的P點(diǎn)沿y軸負(fù)向進(jìn)入電場，初速度大小為v0＝，粒子第二次到達(dá)x軸的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)．不計(jì)粒子的重力，求：(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)若粒子由P點(diǎn)沿x軸正向入射，初速度仍為v0＝，求粒子第二次到達(dá)x軸時(shí)與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離．解析：(1)由動能定理EqL＝mv2－mv粒子進(jìn)入磁場時(shí)速度大小為v＝在磁場中L＝2R　qvB＝m可得B＝4(2)假設(shè)粒子由y軸離開電場L＝v0ty＝at2Eq＝ma可得y1＝<L，假設(shè)成立vy＝at速度偏轉(zhuǎn)角tanθ＝＝第一次到達(dá)x軸的坐標(biāo)x1＝＝L在磁場中R′＝x＝2R′sinθ＝sinθ＝＝L粒子第二次到達(dá)x軸的位置與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離x＝x1＋x2＝L(或1.85L)答案：(1)4　(2)L6．如圖所示，兩條豎直長虛線所夾的區(qū)域被線段MN分為上、下兩部分，上部分的電場方向豎直向上，下部分的電場方向豎直向下，兩電場均為勻強(qiáng)電場且電場強(qiáng)度大小相同．擋板PQ垂直MN放置，擋板的中點(diǎn)置于N點(diǎn)．在擋板的右側(cè)區(qū)域存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場．在左側(cè)虛線上緊靠M的上方取點(diǎn)A，一比荷＝5×105 C/kg的帶正電粒子，從A點(diǎn)以v0＝2×103 m/s的速度沿平行MN方向射入電場，該粒子恰好從P點(diǎn)離開電場，經(jīng)過磁場的作用后恰好從Q點(diǎn)回到電場．已知MN、PQ的長度均為L＝0.5 m，不考慮重力對帶電粒子的影響，不考慮相對論效應(yīng)．(1)求電場強(qiáng)度E的大小；(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?/span>(3)在左側(cè)虛線上M點(diǎn)的下方取一點(diǎn)C，且CM＝0.5 m，帶負(fù)電的粒子從C點(diǎn)沿平行MN方向射入電場，該帶負(fù)電粒子與上述帶正電粒子除電性相反外其他都相同．若兩帶電粒子經(jīng)過磁場后同時(shí)分別運(yùn)動到Q點(diǎn)和P點(diǎn)，求兩帶電粒子在A、C兩點(diǎn)射入電場的時(shí)間差．解析：(1)帶正電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，有L＝v0t＝·t2　解得：E＝16 N/C.(2)設(shè)帶正電的粒子從P點(diǎn)射出電場時(shí)與虛線的夾角為θ，有tanθ＝　可得θ＝45°粒子射入磁場時(shí)的速度大小v＝v0粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，有qvB＝m由幾何關(guān)系有r＝L解得：B＝1.6×10－2 T.(3)兩帶電粒子在電場中都做類平拋運(yùn)動，運(yùn)動時(shí)間相同．兩帶電粒子在磁場中都做勻速圓周運(yùn)動，帶正電粒子轉(zhuǎn)過的圓心角為，帶負(fù)電粒子轉(zhuǎn)過的圓心角為.兩帶電粒子在A、C兩點(diǎn)進(jìn)入電場的時(shí)間差就是兩粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間差．若帶電粒子能在勻強(qiáng)磁場中做完整的圓周運(yùn)動，則其運(yùn)動一周的時(shí)間T＝＝帶正電粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)間t1＝T＝5.9×10－4 s帶負(fù)電粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)間t2＝T＝2.0×10－4 s兩帶電粒子在A、C兩點(diǎn)射入電場的時(shí)間差Δt＝t1－t2＝3.9×10－4 s.答案：(1)16 N/C　(2)1.6×10－2 T　(3)3.9×10－4 s7．(2018·天津卷)如圖所示，在水平線ab的下方有一勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為E，方向豎直向下，ab的上方存在勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里．磁場中有一內(nèi)、外半徑分別為R、R的半圓環(huán)形區(qū)域，外圓與ab的交點(diǎn)分別為M、N.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子在電場中P點(diǎn)靜止釋放，由M進(jìn)入磁場，從N射出．不計(jì)粒子重力．(1)求粒子從P到M所用的時(shí)間t；(2)若粒子從與P同一水平線上的Q點(diǎn)水平射出，同樣能由M進(jìn)入磁場，從N射出．粒子從M到N的過程中，始終在環(huán)形區(qū)域中運(yùn)動，且所用的時(shí)間最少，求粒子在Q時(shí)速度v0的大?。?/span>解析：(1)設(shè)粒子在磁場中運(yùn)動的速度大小為v，所受洛倫茲力提供向心力，有qvB＝m①設(shè)粒子在電場中運(yùn)動所受電場力為F，有F＝qE②設(shè)粒子在電場中運(yùn)動的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律有F＝ma③粒子在電場中做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，有v＝at④聯(lián)立①②③④式得t＝⑤(2)粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后做勻速圓周運(yùn)動，其周期與速度、半徑無關(guān)，運(yùn)動時(shí)間只由粒子所通過的圓弧所對的圓心角的大小決定．故當(dāng)軌跡與內(nèi)圓相切時(shí)，所用的時(shí)間最短．設(shè)粒子在磁場中的軌跡半徑為r′，由幾何關(guān)系可得(r′－R)2＋(R)2＝r′2⑥設(shè)粒子進(jìn)入磁場時(shí)速度方向與ab的夾角為θ，即圓弧所對圓心角的一半，由幾何關(guān)系知tanθ＝⑦粒子從Q點(diǎn)射出后在電場中做類平拋運(yùn)動，在電場方向上的分運(yùn)動和從P點(diǎn)釋放后的運(yùn)動情況相同，所以粒子進(jìn)入磁場時(shí)沿豎直方向的速度同樣為v.在垂直于電場方向上的分速度始終等于v0，由運(yùn)動的合成和分解可得tanθ＝⑧聯(lián)立①⑥⑦⑧式得v0＝⑨答案：(1)　(2)

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