鲁科版高中物理选择性必修第二册课后习题 第1章 安培力与洛伦兹力 习题课 带电粒子在有界磁场中的运动 (2).docVIP

鲁科版高中物理选择性必修第二册课后习题 第1章 安培力与洛伦兹力 习题课 带电粒子在有界磁场中的运动 (2).doc

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习题课:带电粒子在有界磁场中的运动

必备知识基础练

1.半径为r的圆形空间内,存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子(不计重力)从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中,并从B点射出。∠AOB=120°,如图所示,则该带电粒子在磁场中运动的时间为(D)

A.2πr3v0 B.23

解析从AB所对圆心角θ=60°,知t=16T=πm3qB。但题中已知条件不够,没有此选项,另想办法找规律表示t。匀速圆周运动t=ABv0,从题图分析有R=3r,则AB=R·θ=3r×

2.如图所示,圆心角为90°的扇形区域MON内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,P点为半径OM的中点。现有比荷相等的两个带电粒子a、b,以不同的速度大小先后从P点沿ON方向射入磁场,粒子a从M点射出,粒子b从N点射出,不计粒子重力及粒子间相互作用。下列说法正确的是(B)

A.粒子a带正电,粒子b带负电

B.粒子a、b的加速度大小之比为1∶5

C.粒子a、b的角速度之比为1∶5

D.粒子a在磁场中运动时间较短

解析由题设条件画出带电粒子a、b在扇形磁场中做匀速圆周运动的轨迹如图所示,

由左手定则可知a粒子带负电,b粒子带正电,选项A错误;

若磁场区域扇形半径为R,由几何关系可知ra=R4,rb2=R2+rb-R22,解得r

又qvB=ma,得a=qvBm,则a

ωa

带电粒子在磁场中运动的周期T=2πrv=2πmqB,显然只与粒子比荷和磁感应强度有关,所以ta=12

3.(多选)长为l的水平极板间,有垂直纸面向里的匀强磁场,如图所示,磁感应强度为B,板间距离为l,极板不带电,现有质量为m、电荷量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是(AB)

A.使粒子的速度vBql

B.使粒子的速度v5Bql

C.使粒子的速度vBql

D.使粒子的速度Bql4mv

解析如图所示,由题意知,若带正电的粒子从极板左边射出磁场,其在磁场中做圆周运动的半径Rl4,

粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即qvB=mv

可得粒子做圆周运动的半径r=mv

粒子不从左边射出,则mv

即vBql

带正电的粒子从极板右边射出磁场,如图所示,此时粒子的最大半径为R,由上图可知R2=l2+R

可得粒子做圆周运动的最大半径R=5l

又因为粒子做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,粒子不从右边射出,则mv

即v5Bql4m,故欲使粒子打在极板上,粒子的速度必须满足vBql4m

故A、B正确,C、D错误。

4.(多选)如图所示,在x0,y0的空间有恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里,大小为B,现有四个质量及电荷量均相同的带电粒子,由x轴上的P点以不同的初速度平行于y轴射入此磁场,运动轨迹如图所示,不计重力的影响,则(AD)

A.初速度最大的粒子是沿①射出的粒子

B.初速度最大的粒子是沿②射出的粒子

C.在磁场中运动时间最长的是沿③射出的粒子

D.在磁场中运动时间最长的是沿④射出的粒子

解析显然图中四条圆弧中①对应的半径最大,由半径公式r=mvBq可知,质量和电荷量相同的带电粒子在同一个磁场中做匀速圆周运动的速度越大,半径越大,A对,B错;根据周期公式T=2πmqB知,当圆弧对应的圆心角为θ时,带电粒子在磁场中运动的时间为t=θmqB,圆心角越大,则带电粒子在磁场中运动时间越长,圆心均在x轴上,由题图可知④

5.(多选)如图所示,在一矩形区域内,不加磁场时,不计重力的带电粒子以某一初速度垂直左边界射入,穿过此区域的时间为t。若加上磁感应强度为B、水平向外的匀强磁场,带电粒子仍以原来的初速度入射,粒子飞出时偏离原方向60°,利用以上数据可求出下列物理量中的(ABD)

A.带电粒子的比荷

B.带电粒子在磁场中运动的周期

C.带电粒子的初速度

D.带电粒子在磁场中运动所对应的圆心角

解析由带电粒子在磁场中运动的偏向角,可知带电粒子运动轨迹所对的圆心角为60°,因此由几何关系得l=Rsin60°,又由Bqv0=mv02R得R=mv0qB,故l=mv0qB

6.如图所示为一圆形区域的匀强磁场,在O点处有一放射源,沿半径方向射出速率为v的不同带电粒子,其中带电粒子1从A点飞出磁场,带电粒子2从B点飞出磁场,不考虑带电粒子的重力。则(A)

A.带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷的比值为3∶1

B.带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷的比值为3∶1

C.带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比值为2∶1

D.带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比值为1∶2

解析根据题图中几何关系,tan60°=Rr1,tan30°=Rr2,带电粒子在匀强磁场中运动

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