2019-2020學(xué)年高中物理 第6章 磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用 專題專項(xiàng)訓(xùn)練(含解析)魯科版選修3-1



《2019-2020學(xué)年高中物理 第6章 磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用 專題專項(xiàng)訓(xùn)練(含解析)魯科版選修3-1》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第6章 磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用 專題專項(xiàng)訓(xùn)練(含解析)魯科版選修3-1(10頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、專題專項(xiàng) 一、選擇題 1.一個(gè)帶電粒子,沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng),粒子的一段徑跡如圖所示,徑跡上的每小段都可近似看成圓弧,由于帶電粒子使沿途空氣電離,粒子的能量逐漸減小(帶電荷量不變),從圖中的情況可以確定 ( ) A.粒子從a運(yùn)動(dòng)到b,帶正電 B.粒子從b運(yùn)動(dòng)到a,帶正電 C.粒子從a運(yùn)動(dòng)到b,帶負(fù)電 D.粒子從b運(yùn)動(dòng)到a,帶負(fù)電 解析:能量(mv2)減小,由r=知r減小,所以粒子從b到a,由左手定則知,粒子帶正電.B正確. 答案:B 2.一圓筒處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與筒的軸平行,筒的橫截面如圖所示.圖中直徑MN的兩端分別開有小孔,筒繞其中
2、心軸以角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).在該截面內(nèi),一帶電粒子從小孔M射入筒內(nèi),射入時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向與MN成30°角.當(dāng)筒轉(zhuǎn)過90°時(shí),該粒子恰好從小孔N飛出圓筒.不計(jì)重力.若粒子在筒內(nèi)未與筒壁發(fā)生碰撞,則帶電粒子的比荷為( ) A. B. C. D. 解析:定圓心、畫軌跡,由幾何關(guān)系可知,此段圓弧所對(duì)圓心角θ=30°,所需時(shí)間t=T=;由題意可知粒子由M飛至N′與圓筒旋轉(zhuǎn)90°所用時(shí)間相等,即t==,聯(lián)立以上兩式得=,A項(xiàng)正確. 答案:A 3.普通電視機(jī)的顯像管中,掃描顯像主要是利用磁場(chǎng)對(duì)高速電子束的偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的,其掃描原理如圖所示:在圓形區(qū)域內(nèi)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向垂直于
3、紙面,當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí),電子束將通過O點(diǎn)而打在屏幕的中心M點(diǎn),為了使屏幕上出現(xiàn)一條以M點(diǎn)為中點(diǎn)的亮線PQ,那么,偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律應(yīng)是下圖中的( )
答案:B
4.(多選)長(zhǎng)為l的水平極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,極板間距離也為l,極板不帶電,現(xiàn)有質(zhì)量為m,帶電荷量為q的正粒子(不計(jì)重力),從左邊極板間中點(diǎn)處垂直于磁感線以速度v水平射入磁場(chǎng),欲使粒子不打在極板上,可采用的辦法是( )
A.使粒子的速度v<
B.使粒子的速度v>
C.使粒子的速度v>
D.使粒子的速度 4、邊飛出或從右邊飛出,粒子從左邊飛出的臨界條件是r=,由幾何關(guān)系可得粒子從右邊飛出的臨界條件是r=l,再由半徑公式可得v<或v>.
答案:AB
5.如圖所示,在x>0、y>0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里,大小為B.現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子,由x軸上到原點(diǎn)的距離為x0的P點(diǎn),以平行于y軸的初速度射入此磁場(chǎng),在磁場(chǎng)作用下沿垂直于y軸的方向射出此磁場(chǎng),(不計(jì)重力的影響).由這些條件( )
A.不能確定粒子通過y軸時(shí)的位置
B.不能確定粒子速度的大小
C.不能確定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間
D.以上三個(gè)判斷都不對(duì)
解析:帶電粒子平行于y 5、軸射入及垂直于y軸射出磁場(chǎng),由此可確定此粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心為原點(diǎn)O,半徑為x0,則粒子通過y軸時(shí)的位置為(0,x0),故A錯(cuò);由R=可以求出粒子速度v,故B錯(cuò);粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間為,而T=,故C錯(cuò).
答案:D
6.如圖所示,一質(zhì)子(氫原子核)和一個(gè)α粒子(氦原子核)從a點(diǎn)同時(shí)以相同的動(dòng)能沿垂直于磁場(chǎng)邊界且垂直于磁場(chǎng)方向射入寬度為d的有界磁場(chǎng)中,并都能從磁場(chǎng)右邊界射出,則以下說法正確的是( )
A.質(zhì)子先射出磁場(chǎng)區(qū)域
B.α粒子先射出磁場(chǎng)區(qū)域
C.質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的路程長(zhǎng)
D.α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的路程長(zhǎng)
答案:A
7.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 6、場(chǎng)方向垂直紙面向里.P為屏上的一小孔.PC與MN垂直.一群質(zhì)量為m、帶電量為-q的粒子(不計(jì)重力),以相同的速度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
( )
A. B.
C. D.
解析:粒子沿PC方向射入,偏轉(zhuǎn)半個(gè)圓周打在PN上,長(zhǎng)度為l1=2R=,粒子沿與PC夾角為θ的方向射入,打在PN上的長(zhǎng)度為l2=.則在屏MN上被粒子打中區(qū)域的長(zhǎng)度為Δl=l1-l2=
答案:D
8.(多選)利用如圖所示裝置可以選擇一定速度范圍內(nèi)的帶電粒子.圖中板MN上方是磁感 7、應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),板上有兩條寬度分別為2d和d的縫,兩縫近端相距為L(zhǎng).一群質(zhì)量為m、電荷量為q,具有不同速度的粒子從寬度為2d的縫垂直于板MN進(jìn)入磁場(chǎng),對(duì)于能夠從寬度為d的縫射出的粒子,下列說法正確的是( )
A.粒子帶正電
B.射出粒子的最大速度為
C.保持d和L不變,增大B,射出粒子的最大速度與最小速度之差增大
D.保持d和B不變,增大L,射出粒子的最大速度與最小速度之差增大
解析:利用左手定則可判定只有負(fù)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)才向右偏,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤.利用qvB=知r=,能射出的粒子滿足≤r≤,因此對(duì)應(yīng)射出粒子的最大速度vmax==,選項(xiàng)B正確.vmin= 8、=,Δv=vmax-vmin=,由此式可判定選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
答案:BC
9.(選做題)如圖所示,一帶電粒子垂直射入一自左向右逐漸增強(qiáng)的磁場(chǎng)中,由于周圍氣體的阻尼作用,其運(yùn)動(dòng)軌跡仍為一段圓弧線,則從圖中可以判斷(不計(jì)重力)( )
A.粒子從A點(diǎn)射入,速率逐漸減小
B.粒子從A點(diǎn)射入,速率逐漸增大
C.粒子帶負(fù)電,從B點(diǎn)射入磁場(chǎng)
D.粒子帶正電,從B點(diǎn)射入磁場(chǎng)
解析:帶電粒子受阻尼作用,速率減小,而運(yùn)動(dòng)半徑未變,由r=知,在粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上B應(yīng)逐漸減小,則粒子應(yīng)從A點(diǎn)射入磁場(chǎng),故A對(duì),B錯(cuò).據(jù)左手定則及偏轉(zhuǎn)方向可以判斷粒子帶正電,C、D錯(cuò).
答案:A
二、非選擇題
1 9、0.電子質(zhì)量為m、電荷量為q,以速度v0與x軸成θ角射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,最后落在x軸上的P點(diǎn),如圖所示,求:
(1)的長(zhǎng)度;
(2)電子由O點(diǎn)射入到落在P點(diǎn)所需的時(shí)間t.
解析:(1)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,qv0B=,OP=2rsin θ=sin θ.
(2)t=T,T=,所以t=
答案:(1)sin θ (2)
11.扭擺器是同步輻射裝置中的插入件,能使粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生扭擺.其簡(jiǎn)化模型如圖:Ⅰ、Ⅱ兩處的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)邊界豎直,相距為L(zhǎng),磁場(chǎng)方向相反且垂直于紙面.一質(zhì)量為m、電荷量為-q、重力不計(jì)的粒子,從靠近平行板電容器MN板處由靜止釋放,極板間電壓為U,粒子經(jīng)電場(chǎng) 10、加速后平行于紙面射入Ⅰ區(qū),射入時(shí)速度與水平方向的夾角θ=30°.
(1)當(dāng)Ⅰ區(qū)寬度L1=L、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1=B0時(shí),粒子從Ⅰ區(qū)右邊界射出時(shí)速度與水平方向夾角也為30°,求B0及粒子在Ⅰ區(qū)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t.
(2)若Ⅱ區(qū)寬度L2=L1=L、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2=B1=B0,求粒子在Ⅰ區(qū)的最高點(diǎn)與Ⅱ區(qū)的最低點(diǎn)之間的高度差h.
(3)若L2=L1=L、B1=B0,為使粒子能返回Ⅰ區(qū),求B2應(yīng)滿足的條件.
解析:(1)如圖1所示,設(shè)粒子射入磁場(chǎng)Ⅰ區(qū)的速度為v,在磁場(chǎng)Ⅰ區(qū)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R1,由動(dòng)能定理和牛頓第二定律得
圖1
qU=mv2 ①
qvB1=m ②
由幾何知識(shí)得 11、
L=2R1sin θ ③
聯(lián)立①②③式,代入數(shù)據(jù)得
B0= ④
設(shè)粒子在磁場(chǎng)Ⅰ區(qū)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T,運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t
T= ⑤
t=T ⑥
聯(lián)立②④⑤⑥式,代入數(shù)據(jù)得
t=, ⑦
(2)設(shè)粒子在磁場(chǎng)Ⅱ區(qū)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R2,由牛頓第二定律得qvB2=m⑧
由幾何知識(shí)可得
h=(R1+R2)(1-cos θ)+Ltan θ ⑨
聯(lián)立②③⑧⑨式,代入數(shù)據(jù)得
h=(2-)L ⑩
(3)如圖2所示,為使粒子能再次回到Ⅰ區(qū),應(yīng)滿足
R2(1+sin θ) 12、B2≥ ) ?
答案:(1)B0= t=
(2)h=(2-)L (3)B2> (或B2≥ )
12.如圖,在y>0的區(qū)域存在方向沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小為E;在y<0的區(qū)域存在方向垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一個(gè)氕核H和一個(gè)氘核H先后從y軸上y=h點(diǎn)以相同的動(dòng)能射出,速度方向沿x軸正方向.已知H進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),速度方向與x軸正方向的夾角為60°,并從坐標(biāo)原點(diǎn)O處第一次射出磁場(chǎng).H的質(zhì)量為m,電荷量為q.不計(jì)重力.求:
(1)H第一次進(jìn)入磁場(chǎng)的位置到原點(diǎn)O的距離;
(2)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小;
(3)H第一次離開磁場(chǎng)的位置到原點(diǎn)O的距離.
解析:(1)H在電場(chǎng)中做 13、類平拋運(yùn)動(dòng),在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示.設(shè)H在電場(chǎng)中的加速度大小為a1,初速度大小為v1,它在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1,第一次進(jìn)入磁場(chǎng)的位置到原點(diǎn)O的距離為s1.由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有
s1=v1t1 ①
h=a1t ②
由題給條件,H進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的方向與x軸正方向夾角θ1=60°.H進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的y分量的大小為
a1t1=v1 tan θ1 ③
聯(lián)立以上各式得
s1=h ④
(2)H在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),由牛頓第二定律有
qE=ma1 ⑤
設(shè)H進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小為v1′,由速度合成法則有
v1′= ⑥
設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,H在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓軌道半徑為R 14、1,由洛倫茲力公式和牛頓第二定律有
qv1′B= ⑦
由幾何關(guān)系得
s1=2R1 sin θ1 ⑧
聯(lián)立以上各式得
B= ⑨
(3)設(shè)H在電場(chǎng)中沿x軸正方向射出的速度大小為v2,在電場(chǎng)中的加速度大小為a2,由題給條件得
(2m)v=mv ⑩
由牛頓第二定律有
qE=2ma2 ?
設(shè)H第一次射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v2′,速度的方向與x軸正方向夾角為θ2,入射點(diǎn)到原點(diǎn)的距離為s2,在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2.由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有
s2=v2t2 ?
h=a2t ?
v2′= ?
sin θ2= ?
聯(lián)立以上各式得
s2=s1,θ2=θ1,v2′=v1′ ?
設(shè)H在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R2,由⑦?式及粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式得
R2==R1 ?
所以出射點(diǎn)在原點(diǎn)左側(cè).設(shè)H進(jìn)入磁場(chǎng)的入射點(diǎn)到第一次離開磁場(chǎng)的出射點(diǎn)的距離為s2′,由幾何關(guān)系有
s2′=2R2 sin θ2 ?
聯(lián)立④⑧???式得,H第一次離開磁場(chǎng)時(shí)的位置到原點(diǎn)O的距離為
s2′-s2=(-1)h ?
答案:(1)h (2) (3)(-1)h
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