《高中物理人教版选修31同步作业与测评：3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 Word版含解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理人教版选修31同步作业与测评：3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 Word版含解析（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6节带电粒子在匀强磁场中的运动第1课时带电粒子在匀强磁场中的运动对应学生用书P731.洛伦兹力方向总是加速电压，离子源处在中心O附近，匀强磁场垂直于D形盒表面。粒子在两盒空间的匀强磁场中，做匀速圆周运动，在两盒间的空隙中，被电场加速。如果交变电场的周期与粒子在磁场中的运动周期相同，粒子在空隙中总被加速，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：加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究原子核的有力工具，而且在工、农、医药等行业得到广泛应用。对应学生用书P77考点一质谱仪1.(多选)如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进
2、入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小答案ABC解析因同位素原子的化学性质完全相同，所以无法用化学方法进行分析，质谱仪是分析同位素的重要工具，A正确；在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B正确；再由qEqvB有v，C正确；在匀强磁场B0中R，所
3、以，即R越小，荷质比越大，D错误。考点二回旋加速器2.(多选)用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可以采用下列哪几种方法()A将其磁感应强度增大为原来的2倍B将其磁感应强度增大为原来的4倍C将D形盒的半径增大为原来的2倍D将D形盒的半径增大为原来的4倍答案AC解析粒子在回旋加速器中旋转的最大半径等于D形盒的半径R，由R得粒子最大动能Ekmv2，欲使最大动能为原来的4倍，可将B或R增大为原来的2倍，A、C正确。对应学生用书P781.(多选)如图所示，一束正离子先后通过正交电场磁场区域和匀强磁场区域，如果这束正离子流在区域中不偏转，进入区域后偏转半径又相同，则说明这
4、些正离子具有相同的()A电荷 B质量 C速度 D比荷答案CD解析离子在区域内不偏转，则有qvB1qE，v，说明离子有相同速度，C正确；在区域内半径相同，由r知，离子有相同的比荷，D正确；至于离子的电荷与质量是否相等，由题意无法确定，A、B错误。2.(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两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，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，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子(电荷量为q，质量为m
5、，不计重力)射出时的动能，则下列方法中正确的是()A增大匀强电场间的加速电压B减小狭缝间的距离C增大磁场的磁感应强度D增大D形金属盒的半径答案CD解析粒子在电场中加速，在磁场中偏转，每次加速过后，粒子的偏转半径都会增大，所以D形盒的半径越大，粒子得到加速的次数越多，粒子从D形盒射出时的动能就越大，即粒子射出时最大速度有qvBm，v，动能Ekm2，要想增大带电粒子射出时的动能，可以增大磁场的磁感应强度，增大D形金属盒的半径，C、D正确。3(多选)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在磁场一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则同一带电粒子
6、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答案AC解析电场的作用是使粒子加速，磁场的作用是使粒子回旋，A正确，B错误；由qvBm，Ekmv2知粒子获得的动能Ek，在磁场一定的条件下，对同一粒子，回旋加速器的半径越大，粒子获得的动能越大，与交流电压无关，C正确，D错误。4医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间
7、会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为0.040 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/s，a正、b负C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正答案A解析血液中的离子在磁场的作用下会在a，b之间形成电势差，当电场给离子的力与洛伦兹力大小相等时达到稳定状态(与速度选择器原理相似)即qvBq，血流速度v1.3 m/s，又由左手定则可得a为正极，b为负极，
8、A正确。5(多选)目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的离子，而从整体上来说呈中性)沿图示方向喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压，以下说法正确的是()AB板带正电BA板带正电C其他条件不变，只增大射入速度，UBA增大D其他条件不变，只增大磁感应强度，UBA增大答案ACD解析根据左手定则，等离子体射入时，正离子向下板偏转，负离子向上板偏转，故B板带正电，A板带负电，A正确，B错误；随着正负离子的不断积聚，在AB板之间产生附加电场，当离子所受电场力等于洛伦兹力时达到平衡状
9、态，此时qqvB，解得：UBABdv，故其他条件不变，只增大射入速度或只增大磁感应强度，UBA都会变大，C、D正确。6.质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，匀强磁场与匀强电场正交，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：(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？答案(1) (2)B1d (3) 解析(1)在a中，e被加速电场U1加速，由动能定理有eU1m
10、v2得v 。(2)在b中，e受的电场力和洛伦兹力大小相等，即eevB1，代入v值得U2B1d 。(3)在c中，e受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，半径R，代入v值解得R 。跟踪训练带电粒子在磁场或复合场中的应用对应学生用书P791(多选)关于安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是()A洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力B安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力C安培力和洛伦兹力，二者是等价的D安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不做功答案BD解析安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用力，但二者不等价，安培力是洛伦兹力的宏观表现，它可以对通电导体做功，但洛伦兹力对运动电
11、荷不做功。2(多选)有一个带电荷量为q、重为G的小球，从两竖直的带电平行板上方h处自由落下，两极板间另有匀强磁场，磁感应强度为B，方向如图所示，则带电小球通过有电场和磁场的空间时，下列说法错误的是()A一定做曲线运动B不可能做曲线运动C有可能做匀加速运动D有可能做匀速直线运动答案BCD解析若小球进入磁场时电场力和洛伦兹力相等，因为小球还受重力作用，向下运动时速度会增加，小球所受的洛伦兹力增大，将不会再与小球所受的电场力平衡，故不可能做匀加速直线运动，也不可能做匀速直线运动，若小球进入磁场时电场力和洛伦兹力不等，则合力方向与速度方向不在同一条直线上，小球做曲线运动。综上所述，小球一定做曲线运动，
12、A正确，B、C、D错误。3如图所示，在MN、PQ间同时存在匀强磁场和匀强电场，方向垂直纸面水平向外，电场在图中没有标出。一带电小球从a点射入场区，并在竖直面内沿直线运动至b点，则小球()A一定带正电B受到的电场力的方向一定水平向右C从a到b过程，克服电场力做功D从a到b过程中可能做匀加速运动答案C解析因重力的方向已确定，而电场方向不确定，根据磁场方向，若带正电，则根据左手定则可知洛伦兹力的方向，如图1所示，电场力、重力及洛伦兹力可以平衡。若带负电，同理，如图2所示，三者仍能处于平衡，A、B错误；从图中可知，电场力总是做负功，C正确；根据题意可知，小球做直线运动，由于洛伦兹力与速度的关系，可确定
13、一定做匀速直线运动，D错误。4(多选)利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MN上方是磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端相距为L。一群质量为m、电荷量为q、具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场，对于能够从宽度为d的缝射出的粒子，下列说法正确的是()A粒子带正电B射出粒子的最大速度为C保持d和L不变，增大B，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D保持d和B不变，增大L，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大答案BC解析由左手定则可判断粒子带负电，A错误；由题意知：粒子的最大半径rmax，粒子的最小半径rmi
14、n，根据r，可得vmax，vmin，则vmaxvmin，B、C正确，D错误。5某粒子分析器的简化结构如图。一束带电粒子(不计重力和粒子间的相互影响)从A孔以特定的角度和初速度v0射入平行板电极P和Q之间的真空区域。经偏转后打在Q极板上如图所示的位置。在其他条件不变的情况下要使该粒子束能从Q极板上B孔射出，下列操作中可能实现的是()A先断开开关S，再适当上移P极板B先断开开关S，再适当左移P极板C保持开关S闭合，适当上移P极板D保持开关S闭合，适当左移P极板答案C解析设带电粒子水平方向上的位移为L，则Lv0cost，断开开关S，平板未接入电路，平板带电量不变，由U，C与E得E，适当上移P极板，E不变，t不变，L不变，A错误；断开开关S，平板未接入电路，E，适当左移P极板，S减小，E增大，t减小，L减小，B错误；保持开关S闭合，平板接入电路，U不变，E，适当上移P极板，d增大，E减小，t增大，L增大，C正确；保持开关S闭合，平板接入电路，E，适当左移P极板，E不变，t不变，L不变，D错误。6.一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连。下列说法正确的是()A质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大B质子被加速后的最大速度随加速电压
