2019-2020学年高中物理人教版选修3-1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.doc
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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,
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