《2017_2018学年高中物理第3章磁场第5节洛伦兹力的应用练习教科版选修》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017_2018学年高中物理第3章磁场第5节洛伦兹力的应用练习教科版选修（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第 5 5 节节 洛伦兹力的应用洛伦兹力的应用1.粒子进入磁场后做匀速圆周运动，射出磁场时速度仍为 v0，如图 1 所示，粒子射出磁场时的速度方向与射入磁场时相比偏转了 角，由几何关系知：tan_ 2 _.利用磁场控制粒子的运动方向时磁场只改变粒子的运动_， 不改变粒子的速度_图 1 2质谱仪的原理和应用 (1)原理图：如图 2 所示图 2(2)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：_ mv21 2 (3)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：_mv2 r (4)由两式可以求出粒子的_、_、_等，其中由 r可知电荷量相同时，半径将随_变化1 B2
2、mU q (5)质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析_ 3回旋加速器的原理及应用2(1)构造图：如图 3 所示 回旋加速器的核心部件是两个_图 3 (2)原理 回旋加速器有两个铜质的 D 形盒 D1、D2，其间留有一_，加以_电压， 离子源处在中心 O 附近，匀强磁场_D 形盒表面 粒子在两盒空间的匀强磁场中，做_，在两盒间的空隙中，被 _加速如果交变电场的周期与粒子_相同，粒子在空隙 中总被_，半径 r 逐渐增大，达到预定速率后，用静电偏转极将高能粒子引出 D 形盒用于科学研究 (3)用途 加速器是使_获得高能量的装置，是科学家探究_的有力工具，而 且在工、农、医药等行业得到广泛应用【
3、概念规律练】 知识点一 利用磁场控制带电粒子的运动 1长直螺线管中通有电流，沿螺线管中心轴线射入一电子，若螺线管中电流增大，方 向不变，电子在螺旋管中心轴线上运动情况是( ) A做匀速直线运动 B做变加速直线运动 C做变减速直线运动 D做间距变大的螺旋运动 2.如图 4 所示，ab 是一弯管，其中心线是半径为 R 的一段圆弧，将它置于一给定的匀 强磁场中，磁场方向垂直于圆弧所在平面，并且指向纸外有一束粒子对准 a 端射入弯管， 粒子有不同的质量、不同的速度，但都是一价正离子( )图 4 A只有速度 v 大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 B只有质量 m 大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 C只
4、有 m、v 的乘积大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 D只有动能 Ek大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 知识点二 洛伦兹力与其他性质力的结合 3.如图 5 所示，空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场的方向竖直向下，磁 场方向垂直纸面向里，一带电油滴 P 恰好处于静止状态，则下列说法正确的是( )图 5 A若撤去磁场，P 可能做匀加速直线运动 B若撤去电场，P 一定做匀加速直线运动 C若给 P 一初速度，P 可能做匀速直线运动3D若给 P 一初速度，P 一定做曲线运动 4如图 6 所示，用丝线吊一个质量为 m 的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中，空气阻力 不计，当小球分别从 A 点和 B
5、点向最低点 O 运动且两次经过 O 点时( )图 6 A小球的动能相同 B丝线所受的拉力相同 C小球所受的洛伦兹力相同 D小球的向心加速度相同 知识点三 质谱仪 5.质谱仪原理如图 7 所示，a 为粒子加速器，电压为 U1；b 为速度选择器，磁场与电 场正交，磁感应强度为 B1，板间距离为 d；c 为偏转分离器，磁感应强度为 B2.今有一质量 为 m、电荷量为 e 的正粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进 入分离器后做匀速圆周运动求：图 7 (1)粒子的速度 v 为多少？ (2)速度选择器的电压 U2为多少？ (3)粒子在 B2磁场中做匀速圆周运动的半径 R 为多大？知
6、识点四 回旋加速器 6在回旋加速器中( ) A电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B电场和磁场同时用来加速带电粒子 C在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大 D同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无 关 7有一回旋加速器，它的高频电源的频率为 1.2107 Hz，D 形盒的半径为 0.532 m，求加速氘核时所需的磁感应强度为多大？氘核所能达到的最大动能为多少？(氘核的质 量为 3.31027 kg，氘核的电荷量为 1.61019C)4【方法技巧练】 一、速度选择器问题的分析方法 8在两平行金属板间，有如图 8 所示的互相
7、正交的匀强电场和匀强磁场 粒子以 速度 v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向从左向右射入时，恰好能沿直线匀速通 过供下列各小题选择的答案有：图 8 A不偏转 B向上偏转 C向下偏转 D向纸内或纸外偏转 (1)若质子以速度 v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向从左向右射入时，质 子将_ (2)若电子以速度 v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向从左向右射入时，电 子将_ (3)若质子以大于 v0的速度，沿垂直于匀强电场和匀强磁场的方向从两板正中央射入， 质子将_ 9.一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图 9 所示的匀强磁场和匀强电场区域时，恰能 沿直线运动，则欲使电荷向下偏转时应
8、采用的办法是( )图 9 A增大电荷质量 B增大电荷电荷量 C减小入射速度 D增大磁感应强度1如图 10 所示，一水平导线通以电流 I，导线下方有一电子，初速度方向与导线平 行，关于电子的运动情况，下述说法中正确的是( )图 10 A沿路径 a 运动，其轨道半径越来越大 B沿路径 a 运动，其轨道半径越来越小 C沿路径 b 运动，其轨道半径越来越小 D沿路径 b 运动，其轨道半径越来越大 2.如图 11 所示，一圆形区域内存在匀强磁场，AC 为直径，O 为圆心，一带电粒子从 A 沿 AO 方向垂直射入磁场，初速度为 v1，从 D 点射出磁场时的速率为 v2，则下列说法中正 确的是(粒子重力不计
9、)( )5图 11 Av2v1，v2的方向的反向延长线必过圆心 Bv2v1，v2的方向的反向延长线必过圆心 Cv2v1，v2的方向的反向延长线可能不过圆心 Dv2v1，v2的方向的反向延长线可能不过圆心 3.如图 12 所示，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴 a、b、c 带有等量同种电荷，其中 a 静止，b 向右做匀速运动，c 向左做匀速运动，比较它 们的重力 Ga、Gb、Gc间的关系，正确的是( )图 12 AGa最大 BGb最大 CGc最大 DGb最小 4.如图 13 所示，一个带正电荷的小球沿光滑水平绝缘的桌面向右运动，飞离桌子边缘 A，最后落到地板上设有磁场
10、时飞行时间为 t1，水平射程为 x1，着地速度大小为 v1；若 撤去磁场而其余条件不变时，小球飞行的时间为 t2，水平射程为 x2，着地速度大小为 v2. 则( )图 13 Ax1x2 Bt1t2 Cv1v2Dv1v2 5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极相连接的两 个 D 形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，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面的匀强磁场中，如图 14 所示，要增大带电粒子射出 时的动能，下列说法中正确的是( )图 14 A增大匀强电场间的加速电压 B增大磁场的磁感应强度 C减小狭缝间的距离 D增大 D 形
11、金属盒的半径 6如图 15 所示，两个平行金属板 M、N 间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区，电场 方向由 M 板指向 N 板，磁场方向垂直纸面向里，OO为到两极板距离相等的平行两板的直 线一质量为 m，带电荷量为q 的带电粒子，以速度 v0从 O 点射入，沿 OO方向匀速通 过场区，不计带电粒子的重力，则以下说法正确的是( )图 156A带电荷量为q 的粒子以 v0从 O 点沿 OO方向射入仍能匀速通过场区 B带电荷量为 2q 的粒子以 v0从 O 点沿 OO射入仍能匀速通过场区 C保持电场强度和磁感应强度大小不变，方向均与原来相反，粒子以 v0从 O 点沿 OO射入，则粒子仍能匀速通过场区
12、 D粒子仍以速度 v0从右侧的 O点沿 OO方向射入，粒子仍能匀速通过场区 7.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图 16 所 示，离子源 S 产生一个质量为 m，电荷量为 q 的正离子，离子产生出来时的速度很小，可 以看作是静止的，离子产生出来后经过电压 U 加速，进入磁感应强度为 B 的匀强磁场，沿 着半圆运动而达到记录它的照相底片 P 上，测得它在 P 上的位置到入口处 S1的距离为 x， 则下列说法正确的是( )图 16 A若某离子经上述装置后，测得它在 P 上的位置到入口处 S1的距离大于 x，则说明离 子的质量一定变大 B若某离子经上述装置后，测得它
13、在 P 上的位置到入口处 S1的距离大于 x，则说明加 速电压 U 一定变大 C若某离子经上述装置后，测得它在 P 上的位置到入口处 S1的距离大于 x，则说明磁 感应强度 B 一定变大 D若某离子经上述装置后，测得它在 P 上的位置到入口处 S1的距离大于 x，则说明离 子所带电荷量 q 可能变小 题 号1234567 答 案 8.回旋加速器 D 形盒中央为质子流，D 形盒的交流电压为 U，静止质子经电场加速后， 进入 D 形盒，其最大轨道半径为 R，磁场的磁感应强度为 B，质子质量为 m.求： (1)质子最初进入 D 形盒的动能多大； (2)质子经回旋加速器最后得到的动能多大； (3)交流
14、电源的频率是多少9.一个质量 m0.1 g 的小滑块，带有 q5104C 的电荷量，放置在倾角 30 的光滑斜面上(绝缘)，斜面固定且置于 B0.5 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里， 如图 17 所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离 开斜面(g 取 10 m/s2)求：图 17 (1)小滑块带何种电荷？ (2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？ (3)该斜面长度至少多长？7第第 5 5 节节洛伦兹力的应用洛伦兹力的应用 答案答案 课前预习练1. 方向 大小r RqBr mv0 2(2)qU (3)qvB (4)质量 荷质比 半径 质量 (5)同位素 3
15、(1)D 形盒 (2)空隙 加速 垂直于 匀速圆周运动 电场 在磁场中的运动周期 加速 (3)带电粒子 原子核 课堂探究练 1A 2C 因为粒子能通过弯管要有一定的半径，其半径rR.所以rR，由q和B相同，则只有当mv一定时，粒子才能通过弯管mv qB 3C 若撤去磁场，油滴在重力和电场力作用下仍处于平衡状态，故 A 错；若撤去电 场，P在重力作用下竖直向下加速，同时P又受到洛伦兹力作用，而洛伦兹力垂直速度方 向，故P做曲线运动，B 错；若所给初速度方向与磁场方向平行，油滴只受重力和电场力 作用处于平衡状态，做匀速直线运动，否则做曲线运动，故 C 对，D 错 4AD 带电小球受到洛伦兹力和绳的拉力与速度方向时刻垂直，对小球不做功只改 变速度方向，不改变速度大小，只有重力做功，故两次经过O点时速度大小不变，动能相 同，A 正确；小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时速度方向相反，由 左手定则可知两次过O点洛伦兹力方向相反，绳的拉力大
