高二物理试卷第3章第6节带电粒子在匀强磁场中的运动练习题及答案解析

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高二物理带电粒子在磁场中的运动练习题答案

【解答】①带电粒子在电场中被加速
进入磁场后作匀速圆周运动：
②运动经历的时间
【例题七】设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，已知一离子在电场力和洛伦兹力作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零。C点是运动的最低点，不计重力，以下说法中正确的是： A.这离子必带正电荷； B.A点和B点位于同一高度； C.粒子在C点时速度最大； D.粒子到达B点后，将沿原曲线返回A点。
因此，小球能够连续在斜面上运动的过程就是小球从静止开始运动到支持力变为零的过程。在这个过程中，小球在垂直于斜面方向所受合力为零，而在沿斜面方向的合外力为 F1=2mgsinθ,是恒力。所以，小球是沿斜面作匀加速运动。
在这段过程中,小球滑行的路程是
【例题十】套在很长的绝缘杆上的小球，质量为m、带电量是＋q，小球可在杆上滑动，将此杆竖直放在互相垂直且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度为E，磁感应强度为B，小球与杆的动摩擦因数为μ，求小球下落的最大加速度和最大速度。（设小球带电量不变）。
【解答】在加速电场中在匀强磁场中,如果离子从M点射出
如果离子从N点射出 ,同理
因此,要使粒子能达到极板MN必
【例题五】一电子从M孔水平射入垂直纸面的匀强磁场区域经P孔进入水平匀强电场，最后到达N孔，已知OM＝ON＝OP＝R，电子电量为e、质量为m，入射速度为v.①求电场强度的大小；②粗略画出电子运动轨迹，说明他们是什么图线； ③确定电子到达N孔时的速度。
【解答】带电粒子运动轨迹如下图；在电场E中
在磁场中
【例题三】右图是磁流体发电机的原理图，两金属板互相平行相距为 d，板间有磁感应强度为B的匀强磁场，速度为v的正负离子流沿两板的中心线射入；求该装置所能产生的电动势。

人教版高二物理选修3-1第三章 3.6带电粒子在匀强磁场中的运动课时训练(含答案)

人教版物理选修3-1 3.6带电粒子在匀强磁场中的运动课时训练一、单项选择题（下列选项中只有一个选项满足题意）1．一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入匀强磁场中，由于使沿途空气电离而使粒子的动能逐渐减小，轨迹如图所示。

下列有关粒子的运动方向和所带电性的判断正确的是（）A．粒子由a向b运动，带正电B．粒子由a向b运动，带负电C．粒子由b向a运动，带正电D．粒子由b向a运动，带负电2．在如图所示的匀强电场或匀强磁场B区域中，带电粒子（不计重力）做直线运动的是（）A．B．C．D．3．如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环口径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，若运动过程中小球的带电荷量不变，那么（）A．磁场力对小球一直做正功B．小球受到的磁场力不断增大C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D．小球仍做匀速圆周运动4．一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的匀强磁场，分离为1、2、3三束，则下列说法正确的是（）A．1带正电B．2带正电C．2带负电D．3带正电5．中核集团核工业西南物理研究院预计2019年建成我国新托卡马克装置——中国环流期二号M装置，托卡马克装置意在通过可控热核聚变方式，给人类带来几乎无限的清洁能源，俗称“人造太阳”．要实现可控热核聚变，装置中必须有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是通过磁约束，使之长时间束缚在某个有限空间内．如图所示，环状磁场的内半径为R1，外半径为R2，磁感应强度大小为B，中空区域内带电粒子的质量为m，电荷量为q，具有各个方向的速度．欲保证带电粒子都不会穿出磁场的外边缘而被约束在半径为R2的区域内，则带电粒子的最大速度为A ．212qB R R m +（） B ．21-2qB R R m（） C ．22211-2qB R R mR （） D ．22212-2qB R R mR （） 6．如图所示，若速度为02v 、电荷量为q 的正离子恰能沿直线飞出离子速度选择器，选择器中磁感应强度为B ，电场强度为E ，则在其它条件不变的情况下（）A ．若改为电荷量-q 的离子，将往上偏B ．若速度变为0v 将往上偏C ．若改为电荷量+2q 的离子，将往下偏D ．若速度变为03v 将往上偏 7．如图所示，abcd 为边长为L 的正方形，在四分之一圆abd 区域内有垂直正方形平面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B ．一个质量为m 、电荷量为q 的带电粒子从b 点沿ba 方向射入磁场，结果粒子恰好能通过c 点，不计粒子的重力，则粒子的速度大小为A ．qBL m B．m C．1)qBL m D．1)qBL m8．如图所示，两平行板间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，两板间距离为L 。

高二物理电荷在匀强磁场中运动试题答案及解析

高二物理电荷在匀强磁场中运动试题答案及解析1. 如图所示，一束电子以不同速率沿图示水平方向飞入横截面是一正方形的匀强磁场，只考虑洛仑兹力作用，下列说法正确的是A ．电子在磁场中运动时间越长，其轨迹线所对应的圆心角越大B ．电子的速率不同，它们在磁场中运动时间一定不相同C ．电子在磁场中运动时间越长，其轨迹线越长D ．在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹线一定重合【答案】A【解析】电子在磁场中的运动时间为,可见运动时间与圆心角成正比，A 正确；对3、4、5三条轨迹，运动时间都为半个周期，时间相同，但粒子速度是不同的，半径不同，BCD 错误. 【考点】带电粒子在磁场中的运动2. 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】不同速度的粒子从宽度为2d 的缝垂直于板MN 进入磁场向右偏，所以根据左手定则可判断粒子带负电，故A 错误；当粒子从2d 的缝的最左端进入，从宽为d 的缝的最右端射出时，粒子的最大半径，为、，从2d 缝的最右端进，而从d 缝的最左端出时，粒子的最小半径，为，根据，可得、，则，与L 大小无关，故可知BC 正确。

【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动。

3. 电量相同质量不同的同位素离子以相同的速率从a 孔射入正方形空腔中，空腔内匀强磁场的磁感应强度方向如图所示．如果从b 、c 射出的离子质量分别为m 1、m 2，运动时间分别为t 1、t 2，打到d 点的离子质量为m 3，运动时间为t 3.则下列判断正确的是（）A．m1＞m2＞m3B．t3＞t2＞t1C．m1：m2＝1：2D．m2：m3＝2：1【答案】C【解析】同位素离子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其半径R＝，m1的半径为m2的一半，故m2=2m1，m1：m2＝1：2，而m3的半径更大，故m3最大，选项C正确A、D错误。

高中物理带电粒子在磁场中的运动练习题及答案及解析

高中物理带电粒子在磁场中的运动练习题及答案及解析一、带电粒子在磁场中的运动专项训练1．如图所示，一质量为m 、电荷量为+q 的粒子从竖直虚线上的P 点以初速度v 0水平向左射出，在下列不同情形下，粒子经过一段时间后均恰好经过虚线右侧的A 点．巳知P 、A 两点连线长度为l ，连线与虚线的夹角为α=37°，不计粒子的重力，(sin 37°=0.6，cos 37°=0.8).(1)若在虚线左侧存在垂直纸面向外的匀强磁场，求磁感应强度的大小B 1；(2)若在虚线上某点固定一个负点电荷，粒子恰能绕该负点电荷做圆周运动，求该负点电荷的电荷量Q (已知静电力常量为是）；(3)若虚线的左侧空间存在垂直纸面向外的匀强磁场，右侧空间存在竖直向上的匀强电场，粒子从P 点到A 点的过程中在磁场、电场中的运动时间恰好相等，求磁场的磁感应强度的大小B 2和匀强电场的电场强度大小E .【答案】（1）0152mv B ql = （2）2058mv l Q kq = （3）0253mv B ql π= 220(23)9mv E qlππ-=【解析】【分析】【详解】（1)粒子从P 到A 的轨迹如图所示：粒子在磁场中做匀速圆周运动，设半径为r 1 由几何关系得112cos 25r l l α== 由洛伦兹力提供向心力可得2011v qv B m r =解得:0 152mv Bql=(2)粒子从P到A的轨迹如图所示：粒子绕负点电荷Q做匀速圆周运动，设半径为r2由几何关系得252cos8lr lα==由库仑力提供向心力得2222vQqk mr r=解得:258mv lQkq=(3)粒子从P到A的轨迹如图所示：粒子在磁场中做匀速圆周运动，在电场中做类平抛运动粒子在电场中的运动时间00sin35l ltv vα==根据题意得，粒子在磁场中运动时间也为t，则2Tt=又22mTqBπ=解得0253mvBqlπ=设粒子在磁场中做圆周运动的半径为r，则0v t rπ=解得:35l rπ=粒子在电场中沿虚线方向做匀变速直线运动，21cos22qEl r tmα-=⋅解得:220(23)9mvEqlππ-=2．如图甲所示，在直角坐标系中的0≤x≤L区域内有沿y轴正方向的匀强电场，右侧有以点（2L，0）为圆心、半径为L的圆形区域，与x轴的交点分别为M、N，在xOy平面内，从电离室产生的质量为m、带电荷量为e的电子以几乎为零的初速度从P点飘入电势差为U 的加速电场中，加速后经过右侧极板上的小孔Q点沿x轴正方向进入匀强电场，已知O、Q两点之间的距离为2L，飞出电场后从M点进入圆形区域，不考虑电子所受的重力。

高考物理带电粒子在磁场中的运动专题训练答案及解析

高考物理带电粒子在磁场中的运动专题训练答案及解析一、带电粒子在磁场中的运动专项训练1．如图纸面内的矩形 ABCD 区域存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，对边 AB ∥CD 、AD ∥BC ，电场方向平行纸面，磁场方向垂直纸面，磁感应强度大小为 B .一带电粒子从AB 上的 P 点平行于纸面射入该区域，入射方向与 AB 的夹角为 θ（θ<90°），粒子恰好做匀速直线运动并从 CD 射出．若撤去电场，粒子以同样的速度从P 点射入该区域，恰垂直 CD 射出.已知边长 AD=BC=d ，带电粒子的质量为 m ，带电量为 q ，不计粒子的重力.求：(1)带电粒子入射速度的大小；(2)带电粒子在矩形区域内作直线运动的时间； (3)匀强电场的电场强度大小．【答案】（1）cos qBd m θ（2）cos sin m qB θθ （3）2cos qB dm θ【解析】【分析】画出粒子的轨迹图，由几何关系求解运动的半径，根据牛顿第二定律列方程求解带电粒子入射速度的大小；带电粒子在矩形区域内作直线运动的位移可求解时间；根据电场力与洛伦兹力平衡求解场强. 【详解】（1）设撤去电场时，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R ，画出运动轨迹如图所示，轨迹圆心为O ．由几何关系可知：cos d Rθ=洛伦兹力做向心力：200v qv B m R= 解得0cos qBdv m θ=（2）设带电粒子在矩形区域内作直线运动的位移为x ，有sin d xθ= 粒子作匀速运动：x=v 0t 联立解得cos sin m t qB θθ=（3）带电粒子在矩形区域内作直线运动时，电场力与洛伦兹力平衡：Eq=qv 0B解得2qB dE mcos θ=【点睛】此题关键是能根据粒子的运动情况画出粒子运动的轨迹图，结合几何关系求解半径等物理量；知道粒子作直线运动的条件是洛伦兹力等于电场力.2．如图所示，在竖直面内半径为R 的圆形区域内存在垂直于面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为B ，在圆形磁场区域内水平直径上有一点P ，P 到圆心O 的距离为2R，在P 点处有一个发射正离子的装置，能连续不断地向竖直平面内的各方向均匀地发射出速率不同的正离子. 已知离子的质量均为m ，电荷量均为q ，不计离子重力及离子间相互作用力，求：（1）若所有离子均不能射出圆形磁场区域，求离子的速率取值范围；（2）若离子速率大小02BqRv m=，则离子可以经过的磁场的区域的最高点与最低点的高度差是多少。

高中物理带电粒子在磁场中的运动试题(有答案和解析)及解析

AB、A′B′间电压均为 U0，且满足 eU0= 3 mv02。两磁场磁感应强度相同，半径均为 R，圆心 2
O、O′在质子束的入射方向上，其连线与质子入射方向垂直且距离为 H= 7 R；整个装置处 2
于真空中，忽略粒子间的相互作用及相对论效应。
(1)试求质子束经过加速电场加速后(未进入磁场)的速度 ν 和磁场磁感应强度 B；
圆半径方向射出磁场；从
x
轴射出点的横坐标： xC
xA
R tan 53
xC 0.1425m .
由几何关系，过 A 点的粒子经 x 轴后进入磁场由 B 点沿 x 轴正向运动.
综上所述，粒子经过磁场后第二次打在 x 轴上的范围为： x 0.1425m
5．如图，平面直角坐标系中，在，y＞0 及 y＜- 3 L 区域存在场强大小相同，方向相反均平 2
(1)求第 I 象限内磁场的磁感应强度 B1;
(2)计算说明速率为 5v、9v 的粒子能否到达接收器;
(3)若在第Ⅱ象限内加上垂直于坐标平面的匀强磁场，使所有粒子均到达接收器，求所加磁
场的磁感应强度 B2 的大小和方向．
【答案】(1)
B1
mv qL
(2)故速率为 v
的粒子被吸收，速率为 9v
的粒子不能被吸收
速度偏转角的正切值均为： tan vy 37 v0
cos 37 v0 v
v 1106 m/s
即：所有的粒子射出极板时速度的大小和方向均相同.
qvB m v2 R
R r 0.03m
由分析得，如图所示，所有粒子在磁场中运动后发生磁聚焦由磁场中的一点 B 离开磁场.
由几何关系，恰好经 N 板右边缘的粒子经 x 轴后沿磁场圆半径方向射入磁场，一定沿磁场

2021高二物理寒假作业同步练习题带电粒子在匀强磁场中的运动含解析.doc

带电粒子在匀强磁场中的运动1.(多选)一个带电粒子以某一初速度射入匀强磁场中，不考虑其他力的作用，粒子在磁场中不可能做( )A. 匀速直线运动B. 匀变速直线运动C. 匀变速曲线运动D. 匀速圆周运动【答案】：BC【解析】：粒子进入磁场，若受F 洛，则一定是变加速运动，B 、C 不可能，D 可能。

或者v 与B 平行不受力，A 可能。

2、现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。

质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。

若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。

此离子和质子的质量比约为( )A ．11B ．12C ．121D ．144【答案】：D【解析】：带电粒子在加速电场中运动时，有qU ＝12mv 2，在磁场中偏转时，其半径r ＝mv qB ，由以上两式整理得：r ＝1B 2mUq。

由于质子与一价正离子的电荷量相同，B 1∶B 2＝1∶12，当半径相等时，解得：m 2m 1＝144，选项D 正确。

3、如图所示，在第一象限内有垂直纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子分别以不同速率沿着与x 轴成30°角从原点射入磁场，它们的轨道半径之比为1∶3，则正、负电子在磁场中运动时间之比为( )A. 1∶2B. 2∶1C. 1∶3D. 3∶1【答案】：B【解析】：首先要画出粒子的运动轨迹，它们的圆心均在垂直于速度方向的虚线上，如图所示。

由几何知识可求出正电子在磁场中转动的圆心角为120°，负电子在磁场中转动的圆心角为60°，据t ＝θ360°T 可知，正、负电子在磁场中运动的时间之比为2∶1，正、负电子在磁场中运动的时间与粒子的运动半径无关。

故B 正确。

4、如图所示，矩形虚线框MNPQ 内有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。

高中物理带电粒子在磁场中的运动练习题及答案及解析

高中物理带电粒子在磁场中的运动练习题及答案及解析一、带电粒子在磁场中的运动专项训练1．如图所示，MN为绝缘板，CD为板上两个小孔，AO为CD的中垂线，在MN的下方有匀强磁场，方向垂直纸面向外(图中未画出)，质量为m电荷量为q的粒子(不计重力)以某一速度从A点平行于MN的方向进入静电分析器，静电分析器内有均匀辐向分布的电场(电场方向指向O点)，已知图中虚线圆弧的半径为R，其所在处场强大小为E，若离子恰好沿图中虚线做圆周运动后从小孔C垂直于MN进入下方磁场．()1求粒子运动的速度大小；()2粒子在磁场中运动，与MN板碰撞，碰后以原速率反弹，且碰撞时无电荷的转移，之后恰好从小孔D进入MN上方的一个三角形匀强磁场，从A点射出磁场，则三角形磁场区域最小面积为多少？MN上下两区域磁场的磁感应强度大小之比为多少？()3粒子从A点出发后，第一次回到A点所经过的总时间为多少？【答案】（1EqRm（2）212R；11n+；（3）2πmREq【解析】【分析】【详解】（1）由题可知，粒子进入静电分析器做圆周运动，则有：2mvEqR=解得：EqR vm =（2）粒子从D到A匀速圆周运动，轨迹如图所示：由图示三角形区域面积最小值为：22R S= 在磁场中洛伦兹力提供向心力，则有：2mv Bqv R= 得：mv R Bq=设MN 下方的磁感应强度为B 1，上方的磁感应强度为B 2，如图所示：若只碰撞一次，则有：112R mv R B q== 22mvR R B q==故2112B B = 若碰撞n 次，则有：111R mv R n B q==+ 22mvR R B q==故2111B B n =+ （3）粒子在电场中运动时间：1242R mRt v Eqππ== 在MN 下方的磁场中运动时间：211122n m mRt R R v EqR Eqπππ+=⨯⨯== 在MN 上方的磁场中运动时间：232142R mRt v Eq ππ=⨯=总时间：1232mRt t t t Eqπ=++=2．某控制带电粒子运动的仪器原理如图所示，区域PP′M′M 内有竖直向下的匀强电场，电场场强E ＝1.0×103V/m ，宽度d ＝0.05m ，长度L ＝0.40m ；区域MM′N′N 内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B ＝2.5×10－2T ，宽度D ＝0.05m ，比荷qm＝1.0×108C/kg 的带正电的粒子以水平初速度v 0从P 点射入电场．边界MM′不影响粒子的运动，不计粒子重力．(1) 若v 0＝8.0×105m/s ，求粒子从区域PP′N′N 射出的位置；(2) 若粒子第一次进入磁场后就从M′N′间垂直边界射出，求v 0的大小； (3) 若粒子从M′点射出，求v 0满足的条件．【答案】(1)0.0125m (2) 3.6×105m/s. (3) 第一种情况：v 0＝54.00.8()10/21nm s n -⨯+ (其中n ＝0、1、2、3、4)第二种情况：v 0＝53.20.8()10/21nm s n -⨯+ (其中n ＝0、1、2、3)．【解析】【详解】(1) 粒子以水平初速度从P 点射入电场后，在电场中做类平抛运动，假设粒子能够进入磁场，则竖直方向21··2Eq dt m＝得2mdt qE=代入数据解得t ＝1.0×10－6s水平位移x ＝v 0t 代入数据解得x ＝0.80m因为x 大于L ，所以粒子不能进入磁场，而是从P′M′间射出，则运动时间t 0＝Lv ＝0.5×10－6s ，竖直位移201··2Eq y t m＝＝0.0125m 所以粒子从P′点下方0.0125m 处射出．(2) 由第一问可以求得粒子在电场中做类平抛运动的水平位移x ＝v 0 2mdqE粒子进入磁场时，垂直边界的速度 v 1＝qE m ·t ＝2qEd m设粒子与磁场边界之间的夹角为α，则粒子进入磁场时的速度为v ＝1v sin α在磁场中由qvB ＝m 2v R得R ＝mv qB 粒子第一次进入磁场后，垂直边界M′N′射出磁场，必须满足x ＋Rsinα＝L 把x ＝v 2md qE R ＝mv qB 、v ＝1v sin α、12qEdv m ＝代入解得 v 0＝L·2EqmdE B v 0＝3.6×105m/s.(3) 由第二问解答的图可知粒子离MM′的最远距离Δy ＝R －Rcosα＝R(1－cosα) 把R ＝mv qB 、v ＝1v sin α、12qEd v m＝12(1cos )12tan sin 2mEd mEd y B q B q ααα-∆==可以看出当α＝90°时，Δy 有最大值，(α＝90°即粒子从P 点射入电场的速度为零，直接在电场中加速后以v 1的速度垂直MM′进入磁场运动半个圆周回到电场)1max 212mv m qEd mEdy qB qB m B q∆===Δy max ＝0.04m ，Δy max 小于磁场宽度D ，所以不管粒子的水平射入速度是多少，粒子都不会从边界NN′射出磁场．若粒子速度较小，周期性运动的轨迹如下图所示：粒子要从M′点射出边界有两种情况，第一种情况： L ＝n(2v 0t ＋2Rsinα)＋v 0t 把2md t qE =R ＝mv qB 、v 1＝vsinα、12qEdv m＝代入解得 0221221L qE n E v n md n B=⋅++v 0＝ 4.00.821n n -⎛⎫⎪+⎝⎭×105m/s(其中n ＝0、1、2、3、4)第二种情况：L ＝n(2v 0t ＋2Rsinα)＋v 0t ＋2Rsinα把2md t qE =、R ＝mv qB 、v 1＝vsinα、12qEd v m＝02(1)21221L qE n E v n md n B+=⋅++v 0＝ 3.20.821n n -⎛⎫⎪+⎝⎭×105m/s(其中n ＝0、1、2、3)．3．在平面直角坐标系x0y 中，第I 象限内存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场，在A (L ，0)点有一粒子源，沿y 轴正向发射出速率分别为υ、5υ、9υ的同种带电粒子，粒子质量为m ，电荷量为q ．在B (0，L )、C (0，3L )、D (0，5L )放一个粒子接收器，B 点的接收器只能吸收来自y 轴右侧到达该点的粒子，C 、D 两点的接收器可以吸收沿任意方向到达该点的粒子．已知速率为υ的粒子恰好到达B 点并被吸收，不计粒子重力．(1)求第I 象限内磁场的磁感应强度B 1;(2)计算说明速率为5v 、9v 的粒子能否到达接收器;(3)若在第Ⅱ象限内加上垂直于坐标平面的匀强磁场，使所有粒子均到达接收器，求所加磁场的磁感应强度B 2的大小和方向．【答案】(1)1mvB qL=(2)故速率为v 5的粒子被吸收，速率为9v 的粒子不能被吸收(3)2217'(173)m B qL=-（或2(17317)'mvB +=），垂直坐标平面向外【解析】【详解】（1）由几何关系知，速率为v 的粒子在第Ⅰ象限内运动的半径为R L =①由牛顿运动定律得21v qvB m R=②得1mv B qL=③ （2）由（1）中关系式可得速率为v 5、9v 的粒子在磁场中的半径分别为5L 、9L . 设粒子与y 轴的交点到O 的距离为y ，将5R L =和9R L =分别代入下式222()R L y R -+=④得这两种粒子在y 轴上的交点到O 的距离分别为3L 、17L ⑤ 故速率为v 5的粒子被吸收，速率为9v 的粒子不能被吸收．⑥（3）若速度为9v 的粒子能到达D 点的接收器，则所加磁场应垂直坐标平面向外⑦ 设离子在所加磁场中的运动半径为1R ，由几何关系有15172917L L R L L-= 又221(9)9v q vB m R ⋅=⑨解得2217(517)mv B qL=-（或2(51717)mvB +=）⑩若粒子到达C 点的接收器，所加磁场应垂直于坐标平面向里同理：21732917L LR L L-=222(9)9'v q vB m R ⋅=解得2217'(173)m B qL=-（或2(17317)'mvB +=）4．如图所示，在第一象限内存在匀强电场，电场方向与x 轴成45°角斜向左下，在第四象限内有一匀强磁场区域，该区域是由一个半径为R 的半圆和一个长为2R 、宽为2R的矩形组成，磁场的方向垂直纸面向里．一质量为m 、电荷量为+q 的粒子(重力忽略不计)以速度v 从Q(0，3R)点垂直电场方向射入电场，恰在P(R ，0)点进入磁场区域．(1)求电场强度大小及粒子经过P 点时的速度大小和方向； (2)为使粒子从AC 边界射出磁场，磁感应强度应满足什么条件；(3)为使粒子射出磁场区域后不会进入电场区域，磁场的磁感应强度应不大于多少?【答案】(1) 22mv E =2v ，速度方向沿y 轴负方向(2)82225mv mv B qR qR ≤≤(3))2713mv qR【解析】【分析】【详解】（1）在电场中，粒子沿初速度方向做匀速运动132cos4522cos45RL R R=-︒=︒1L vt=沿电场力方向做匀加速运动，加速度为a22sin452L R R=︒=2212L at=qEam=设粒子出电场时沿初速度和沿电场力方向分运动的速度大小分别为1v、2v，合速度v' 1v v=、2v at=，2tanvvθ=联立可得224mvEqR=进入磁场的速度22122v v v v=+='45θ=︒，速度方向沿y轴负方向（2）由左手定则判定，粒子向右偏转，当粒子从A点射出时，运动半径12Rr=由211mvqv Br=''得122mvB=当粒子从C点射出时，由勾股定理得()222222RR r r⎛⎫-+=⎪⎝⎭解得258r R=由2 22mvqv Br=''得2825mvBqR=根据粒子在磁场中运动半径随磁场减弱而增大，可以判断，当82225mv mvBqR qR≤≤时，粒子从AC边界射出（3）为使粒子不再回到电场区域，需粒子在CD区域穿出磁场，设出磁场时速度方向平行于x轴，其半径为3r，由几何关系得222332Rr r R⎛⎫+-=⎪⎝⎭解得()3714Rr+=由233mvqv Br=''得()322713mvBqR-=磁感应强度小于3B，运转半径更大，出磁场时速度方向偏向x轴下方，便不会回到电场中5．如图所示，空间存在方向垂直于xOy平面向里的匀强磁场，在0<y<d的区域Ⅰ内的磁感应强度大小为B，在y>d的区域Ⅱ内的磁感应强度大小为2B.一个质量为m、电荷量为-q的粒子以速度qBdm从O点沿y轴正方向射入区域Ⅰ.不计粒子重力．(1) 求粒子在区域Ⅰ中运动的轨道半径：(2) 若粒子射入区域Ⅰ时的速度为2qBd vm =，求粒子打在x轴上的位置坐标，并求出此过程中带电粒子运动的时间；(3) 若此粒子射入区域Ⅰ的速度qBdvm>，求该粒子打在x轴上位置坐标的最小值．【答案】（1）R d=（2）()43OP d=-23mtqBπ=（3）min3x d=【解析】【分析】【详解】（1）带电粒子在磁场中运动，洛仑磁力提供向心力：21vqv B mr=把qBdvm=，代入上式，解得：R d=(2) 当粒子射入区域Ⅰ时的速度为02v v=时，如图所示在OA段圆周运动的圆心在O1，半径为12R d=在AB段圆周运动的圆心在O2，半径为R d=在BP段圆周运动的圆心在O3，半径为12R d=可以证明ABPO3为矩形，则图中30θ=o,由几何知识可得：132cos303OO d d==o所以：323OO d d=所以粒子打在x轴上的位置坐标(133243OP O O OO d=+=粒子在OA段运动的时间为：13023606m mtqB qBππ==oog粒子在AB 段运动的时间为2120236023m mt q B qB ππ==o og g 粒子在BP 段运动的时间为313023606m mt t qB qBππ===o o g 在此过程中粒子的运动时间：12223mt t t qBπ=+=(3)设粒子在区域Ⅰ中轨道半径为R ，轨迹由图可得粒子打在x 轴上位置坐标：()22222x R R d R d =--+-化简得：222340R Rx x d -++=把上式配方：222213033R x x d ⎛⎫--+= ⎪⎝⎭ 化简为：222213033R x x d ⎛⎫-=-≥ ⎪⎝⎭ 则当23R x =时，位置坐标x 取最小值：min 3x d =6．如图所示，在不考虑万有引力的空间里，有两条相互垂直的分界线MN 、PQ ，其交点为O ．MN 一侧有电场强度为E 的匀强电场（垂直于MN ），另一侧有匀强磁场（垂直纸面向里）．宇航员（视为质点）固定在PQ 线上距O 点为h 的A 点处，身边有多个质量均为m 、电量不等的带负电小球．他先后以相同速度v0、沿平行于MN 方向抛出各小球．其中第1个小球恰能通过MN 上的C 点第一次进入磁场，通过O 点第一次离开磁场，OC=2h ．求：（1）第1个小球的带电量大小；（2）磁场的磁感强度的大小B ；（3）磁场的磁感强度是否有某值，使后面抛出的每个小球从不同位置进入磁场后都能回到宇航员的手中？如有，则磁感强度应调为多大．【答案】(1)20 12mvqEh=；(2)2EBv=；(3)存在，EBv'=【解析】【详解】（1）设第1球的电量为1q，研究A到C的运动：2112q Eh tm=2h v t=解得：212mvqEh=；（2）研究第1球从A到C的运动：12yq Ev hm=解得：0yv v=tan1yvvθ==，45oθ=，2v v=；研究第1球从C作圆周运动到达O的运动，设磁感应强度为B 由21vq vB mR=得1mvRq B=由几何关系得：22sinR hθ=解得：2EBv=；（3）后面抛出的小球电量为q ，磁感应强度B '①小球作平抛运动过程002hmxv t v qE== 2y qE v h m= ②小球穿过磁场一次能够自行回到A ，满足要求：sin R x θ=，变形得：sin mvx qB θ'= 解得：0E B v '=．7．如图，PQ 分界线的右侧空间有一垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场。

高中物理第三章磁场第6节带电粒子在匀磁场中的运动练习高二物理试题

点囤市安抚阳光实验学校第6节带电粒子在匀强磁场中的运动「基础达标练」1．(多选)关于带电粒子在磁场中的运动，下列说法正确的是( )A．带电粒子飞入匀强磁场后，一做匀速圆周运动B．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，速度一不变C．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，洛伦兹力的方向总和运动方向垂直D．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，动能一保持不变解析：选CD 带电粒子飞入匀强磁场的速度方向不同，将做不同种类的运动．速度方向与磁场方向平行做匀速直线运动，速度方向与磁场方向垂直进入做匀速圆周运动．做匀速圆周运动时，速度的大小不变，但方向时刻在变化，所以只有C、D正确．2．质量和电荷量都相的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示．下列表述正确的是( ) A．M带负电，N带正电B．M的速率小于N的速率C．洛伦兹力对M、N做正功D．M的运行时间大于N的运行时间解析：选A 由左手则判断得M带负电、N带正电，选项A正确；由题图可知M、N半径关系为r M>r N，由r＝mvqB知，v M>v N，选项B错误；因洛伦兹力与速度方向时刻垂直，故不做功，选项C错误；由周期公式T＝2πmqB及t＝T2可知t M＝t N，选项D错误．3.(多选)如图所示，有一混合正离子束先后通过正交的匀强电场、匀强磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径r相同，则它们一具有相同的( ) A．速度B．质量C．电荷量 D．比荷解析：选AD 离子束在区域Ⅰ中不偏转，一是qE＝qvB1，v＝EB1，选项A 正确；进入区域Ⅱ后，做匀速圆周运动的半径相同，由r＝mvqB2知，因v、B2相同，只能是比荷相同，选项D正确，选项B、C错误．4．图甲是洛伦兹力演示仪．图乙是演示仪结构图，玻璃泡内充有稀薄的气体，由电子枪发射电子束，在电子束通过时能够显示电子的径迹．图丙是励磁线圈的原理图，两线圈之间产生近似匀强磁场，线圈中电流越大磁场越强，磁场的方向与两个线圈中心的连线平行．电子速度的大小和磁感强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节．若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形．关于电子束的轨道半径，下列说法正确的是( )A ．只增大电子枪的加速电压，轨道半径不变B ．只增大电子枪的加速电压，轨道半径变小C ．只增大励磁线圈中的电流，轨道半径不变D ．只增大励磁线圈中的电流，轨道半径变小解析：选D 电子被加速电场加速，由动能理得eU ＝12mv 20，电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，由牛顿第二律得eBv 0＝m v20r，解得r ＝1B2mUe ；只增大电子枪的加速电压U ，由r ＝1B2mUe可知，轨道半径变大，故A 、B 错误；只增大励磁线圈中的电流，磁感强度B 增大，由r ＝1B2mUe可知，轨道半径r 变小，故C 错误，D 正确．5．如图所示，在第一象限内有垂直纸面向里的匀强磁场(磁场足够大)，一对正、负电子(质量、电量相，但电性相反)分别以相同速度沿与x 轴成30°角的方向从原点垂直磁场射入，则负电子与正电子在磁场中运动时间之比为(不计正、负电子间的相互作用力)( )A ．1∶ 3B ．2∶1 C.3∶1D ．1∶2解析：选D 由T ＝2πmqB，知两个电子的周期相．正电子从y 轴上射出磁场时，根据几何知识得知，速度与y 轴的夹角为60°，则正电子速度的偏向角为θ1＝120°，其轨迹对的圆心角也为120°，则正电子在磁场中运动的时间为t 1＝θ1360°T ＝120°360°T ＝13T ；同理，知负电子以30°入射，从x 轴离开磁场时，速度方向与x 轴的夹角为30°，则轨迹对的圆心角为60°，负电子在磁场中运动的时间为t 2＝θ2360°T ＝60°360°T ＝16T .所以负电子与正电子在磁场中运动的时间之比为t 2∶t 1＝1∶2，D 正确．6．由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由飞机携带升空，安装在阿尔法空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．所谓的反物质即质量与正粒子相，带电量与正粒子相但电性相反，例如反质子即为 1－1H ，假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，以相同的速度通过OO ′进入匀强磁场B 2而形成4条径迹，则( )A ．1、3是反粒子径迹B ．2、4为反粒子径迹C ．1、2为反粒子径迹D ．4为反a 粒子径迹解析：选C 两种反粒子都带负电，根据左手则可判带电粒子在磁场中的偏转方向，从而确1、2为反粒子径迹．故C 正确．7．质子和α粒子由静止出发经过同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的各物理量间的关系正确的是( )A ．速度之比为2∶1B ．周期之比为1∶2C ．半径之比为1∶2D ．角速度之比为1∶1解析：选B 由qU ＝12mv 2，qvB ＝m v2r得v ＝2qUm.r ＝1B2mUq，而m α＝4m H ，q α＝2q H ，故r H ∶r α＝1∶2，v H ＝v α＝2∶1.又T ＝2πm qB，故T H ∶T α＝1∶2，ωH ∶ωα＝2∶1.故B 项正确．8.一磁场宽度为L ，磁感强度为B ，如图，一电荷质量为m 、带电荷量为－q ，不计重力，以一速度(方向如图)射入磁场．若不使其从右边界飞出，则电荷的最大速度为多大？解析：若要使粒子不从右边界飞出，当达到最大速度时运动轨迹如图，由几何知识可求得半径r ，即r ＋r cos θ＝Lr ＝L1＋cos θ又Bqv ＝mv 2r，所以v ＝Bqr m ＝BqLm 1＋cos θ.答案：BqL m 1＋cos θ「能力提升练」1.(多选)两个质量相同、所带电荷量相的带电粒子a 、b 以不同的速率对准圆心O 沿着AO 方向射入圆形匀强磁场区域，其运动轨迹如图所示，若不计粒子的重力，则下列说法正确的是( )A ．a 粒子带负电，b 粒子带正电B ．a 粒子在磁场中所受洛伦兹力较大C ．b 粒子动能较大D ．b 粒子在磁场中运动时间较长解析：选AC 粒子向右运动，根据左手则，b 向上偏转，当带正电，a 向下偏转，当带负电，故A 正确；洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝m v 2r ，得r ＝mvqB，故半径较大的b 粒子速度大，动能也大，所受洛伦兹力也较大，故C 正确，B 错误；由题意可知，带电粒子a 、b 在磁场中运动的周期均为T ＝2πmqB，故在磁场中偏转角大的粒子运动的时间较长，α粒子的偏转角大，因此运动的时间就长，故D 错误．2.(多选)如图，两个初速度大小相同的同种离子a 和b ，从O 点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，最后打到屏P 上，不计重力，下列说法正确的有( )A ．a 、b 均带正电B ．a 在磁场中飞行的时间比b 的短C ．a 在磁场中飞行的路程比b 的短D ．a 在P 上的落点与O 点的距离比b 的近解析：选AD 要使离子打在屏上，由左手则，可判断出a 、b 均带正电，A 正确；由牛顿第二律qvB ＝m v 2r ，得r ＝mvqB，离子运动轨迹如图所示，又T ＝2πr v ，t ＝α2πT ，α为轨迹所对圆心角，知a 比b 飞行时间长，a 比b 飞行路程长，B 、C 错误；又a 、b 在P 上落点距O 点的距离分别为2r cos θ、2r ，故D 正确．3．(多选)电磁流量计是根据法拉第电磁感律制造的用来测量管内导电介质体积流量的感式仪表．如图所示为电磁流量计的示意图，匀强磁场方向垂直于纸面向里，磁感强度大小为B ；当管中的导电液体流过时，测得管壁上a 、b 两点间的电压为U ，单位时间(1 s)内流过管道横截面的液体体积为流量(m 3)，已知管道直径为D ，则 ( )A ．管中的导电液体流速为UBDB ．管中的导电液体流速为BDUC ．管中的导电液体流量为BD UD ．管中的导电液体流量为πDU4B解析：选AD 最终正负电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有qvB＝q U D ，则v ＝U BD ，故A 正确，B 错误；流量为Q ＝vS ＝UBD ·π⎝ ⎛⎭⎪⎫D 22＝πDU 4B ，故D正确，C 错误．4．(多选)磁流体发电机又叫离子体发电机，如图所示，燃烧室在3 000 K的高温下将气体电离为电子和正离子，即高温离子体．高温离子体经喷管提速后以1 000 m/s 进入矩形发电通道．发电通道有垂直于喷射速度方向的匀强磁场，磁感强度为6 T ．离子体发生偏转，在两极间形成电势差．已知发电通道长a ＝50 cm ，宽b ＝20 cm ，高d ＝20 cm ，离子体的电阻率ρ＝2 Ω·m.则以下判断中正确的是( )A ．发电机的电动势为1 200 VB ．开关断开时，高温离子体可以匀速通过发点通道C ．当外接电阻为8 Ω时，电流表示数为150 AD ．当外接电阻为4 Ω时，发电机输出功率最大解析：选ABD 由q Ud＝qvB ，得U ＝Bdv ＝6×0.2×1 000 V＝ 1 200 V ，故A 正确；开关断开时，高温离子体，在磁场力作用下发生偏转，导致极板间存在电压，当电场力与磁场力平衡时，则带电粒子可以匀速通过发点通道，故B 正确；由电阻律R ＝ρdab，得发电机内阻为4 Ω，由欧姆律，得电流为100 A ，故C 错误；当外电路总电阻R ＝r 时，有最大输出功率，故D 正确．5.如图所示，半径为 r 的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，一个质量为 m ，电量为 q 的带电粒子从圆形边界沿半径方向以速度 v 0 进入磁场，粒子射出磁场时的偏向角为 90 度，不计粒子的重力．求：(1)判断粒子的带电性质； (2)匀强磁场的磁感强度； (3)粒子在磁场中运动的时间．解析：(1)由左手则可知，粒子带正电．(2)由几何关系可知，粒子在磁场中运动的轨道半径为R ＝r .洛伦兹力于向心力，qv 0B ＝m v 20R .解得B ＝mv 0qr.(3)粒子在磁场中运动的时间t ＝14T ＝14×2πr v 0＝πr2v 0.答案：(1)正电 (2)mv 0qr (3)πr2v 06.电子自静止开始经M 、N 板间(两板间的电压为U )的电场加速后从A 点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置P 偏离入射方向的距离为L ，如图所示．求匀强磁场的磁感强度．(已知电子的质量为m ，电量为e )解析：电子在M 、N 间加速后获得的速度为v ，由动能理得eU ＝12mv 2－0，电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其在磁场中运动的半径为r ，根据牛顿第二律evB ＝m v 2r电子在磁场中的轨迹如图，由几何关系得：(r－L)2＋d2＝r2由以上三式得B＝2LL2＋d22mU e.答案：2LL2＋d22mUe。

3.6带电粒子在匀强磁场中的运动(答案含解析)—人教版高中物理选修3-1 同步训练

D．图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝 S3 说明粒子的比荷越小
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9．(本题 3 分)质谱仪是分离和检测同位素的仪器，其示意图如图所示。一质量为 m、带电量为 q 的粒子从粒子源 S 射出时速度很小（可视为零），该粒子经电压为 U 的加速电场加速后，以速度 v 垂直进入磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，在磁场中做圆周运动的直径为 D。若该粒子的重力不计，下列说法正确的是（）
A．小球在水平方向的运动一定是匀速直线运动
B．小球可能带正电，也可能带负电
C．若小球从 B 点由静止滑下，进入场区后也可以做匀速运动
D．若小球从 B 点由静止滑下，进入场区后将立即向下偏
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12．(本题 4 分)如图所示，一个带电粒子从 y 轴上的 a 点沿 xOy 平面且与 y 轴成 45 角的方向进入 xOy 平面内，粒子经过垂直于 xOy 平面的圆形匀强磁场区域后从 x 轴上的 b 点射出，射出方向与 x 轴成 75
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则该有界磁场区域的宽度 d = Um
qB2
三、解答题(共 54 分) 15．(本题 9 分)如图所示，荷质比 q = 0.125C / kg 的带负电粒子自静止开始释放，经 M、N 板间的电
m
场加速后，从 A 点垂直于磁场边界射入宽度为 d = 15m 的匀强磁场中，该粒子离开磁场时的位置 P
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内，且散开在与 PC 夹角为 θ 的范围内。则在屏 MN 上被粒子打中的区域的长度为（）
2mv(1− cos )
2mv cos
A．
B．
qB
qB
2mv
2mv(1− sin )
C．
D．

带电粒子在匀强磁场中的运动练习题及答案解析修订稿

带电粒子在匀强磁场中的运动练习题及答案解析集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]1．电子在匀强磁场中做匀速圆周运动．下列说法正确的是( ) A ．速率越大，周期越大 B ．速率越小，周期越大 C ．速度方向与磁场方向平行 D ．速度方向与磁场方向垂直解析：选D.由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式T ＝2πmqB可知T 与v 无关，故A 、B 均错；当v 与B 平行时，粒子不受洛伦兹力作用，故粒子不可能做圆周运动，只有v ⊥B 时，粒子才受到与v 和B 都垂直的洛伦兹力，故C 错、D 对．2．(2011年厦门高二检测)1998年发射的“月球勘探者号”空间探测器，运用最新科技手段对月球进行近距离勘探，在研究月球磁场分布方面取得了新的成果．月球上的磁场极其微弱，探测器通过测量电子在月球磁场中的轨迹来推算磁场强弱的分布，图3－6－19中是探测器通过月球A 、B 、C 、D 四个位置时，电子运动的轨迹照片．设电子速率相同，且与磁场方向垂直，其中磁场最强的位置是( )图3－6－19解析：选A.由粒子轨道半径公式r ＝mv qB可知，磁场越强的地方，电子运动的轨道半径越小． 3.图3－6－20如图3－6－20所示，a 和b 带电荷量相同，以相同动能从A 点射入磁场，在匀强磁场中做圆周运动的半径r a ＝2r b ，则可知(重力不计)( ) A ．两粒子都带正电，质量比m a /m b ＝4 B ．两粒子都带负电，质量比m a /m b ＝4 C ．两粒子都带正电，质量比m a /m b ＝1/4 D ．两粒子都带负电，质量比m a /m b ＝1/4解析：选 B.由于q a ＝q b 、E k a ＝E k b ，动能E k ＝12mv 2和粒子旋转半径r ＝mvqB，可得m ＝r 2q 2B 22E k，可见m 与半径r 的平方成正比，故m a ∶m b ＝4∶1，再根据左手定则判知粒子应带负电，故B 正确．4．(2009年高考广东单科卷)图3－6－21是质谱议的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．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A 1A 2.平板S 下方有强度为B 0的匀强磁场．下列表述正确的是( )图3－6－21A ．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E /BD ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的荷质比越小解析：选ABC.因同位素原子的化学性质完全相同，无法用化学方法进行分析，故质谱仪就成为同位素分析的重要工具，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qE ＝qvB 有v ＝E /B ，C 正确．在匀强磁场B 0中R ＝mv qB ，所以q m ＝vBR，D 错误． 5.图3－6－22如图3－6－22所示，在x 轴上方有匀强电场，场强为E ，在x 轴下方有匀强磁场，磁感应强度为B ，方向如图所示．在x 轴上有一点M ，离O 点距离为L ，现有一带电荷量为＋q 、质量为m 的粒子，从静止开始释放后能经过M 点，如果此粒子放在y 轴上，其坐标应满足什么关系(重力不计) 解析：由于此粒子从静止开始释放，又不计重力，要能经过M 点，其起始位置只能在匀强电场区域，其具体过程如下：先在电场中由y 轴向下做加速运动，进入匀强磁场中运动半个圆周再进入电场做减速运动，速度为零后又回头进入磁场，其轨迹如图所示(没有画出电场和磁场方向)，故有： L ＝2nR (n ＝1,2,3，…)①又因在电场中，粒子进入磁场时的速度为v ，则有：qE ·y ＝12mv 2②在磁场中，又有：Bqv ＝mv 2R③由①②③得y ＝B 2qL28n 2mE(n ＝1,2,3……)．答案：见解析一、选择题1．(2011年杭州十四中高二检测)一个带电粒子以初速度v 0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域．设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图3－6－23中的虚线所示．在下图所示的几种情况中，可能出现的是( )图3－6－23解析：选、C 选项中粒子在电场中向下偏转，所以粒子带正电，再进入磁场后，A 图中粒子应逆时针转，正确；C 图中粒子应顺时针转，错误．同理可以判断B 错、D 对． 2．如图3－6－24所示，一电子以与磁场方向垂图3－6－24直的速度v 从P 处沿PQ 方向进入长为d 、宽为h 的匀强磁场区域，从N 处离开磁场，若电子质量为m ，带电荷量为e ，磁感应强度为B ，则( ) A ．电子在磁场中运动的时间t ＝d /v B ．电子在磁场中运动的时间t ＝h /v C ．洛伦兹力对电子做的功为Bevh D ．电子在N 处的速度大小也是v解析：选D.洛伦兹力不做功，所以电子在N 处速度大小也为v ，D 正确、C 错，电子在磁场中的运动时间t ＝弧长v ≠d v ≠hv，A 、B 均错．3.图3－6－25在图3－6－25中，水平导线中有电流I 通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I 的方向相同，则电子将( ) A ．沿路径a 运动，轨迹是圆B ．沿路径a 运动，轨迹半径越来越大C ．沿路径a 运动，轨迹半径越来越小D ．沿路径b 运动，轨迹半径越来越小解析：选B.电流下方的磁场方向垂直纸面向外，且越向下B 越小，由左手定则知电子沿a 路径运动，由r ＝mvqB知，轨迹半径越来越大．4.图3－6－26一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如图3－6－26所示．径迹上的每一小段都可近似看成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)．从图中情况可以确定( )A．粒子从a到b，带正电B．粒子从a到b，带负电C．粒子从b到a，带正电D．粒子从b到a，带负电解析：选C.垂直于磁场方向射入匀强磁场的带电粒子受洛伦兹力作用，使粒子做匀速圆周运动，半径R＝mv/qB.由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量减小，磁感应强度B、带电荷量不变．又据E k＝12mv2知，v在减小，故R减小，可判定粒子从b向a运动；另据左手定则，可判定粒子带正电，C选项正确．5．如图3－6－27是图3－6－27某离子速度选择器的原理示意图，在一半径R＝10 cm的圆柱形筒内有B＝1×10－4 T的匀强磁场，方向平行于轴线．在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔a、b分别作为入射孔和出射孔．现有一束比荷为qm＝2×1011 C/kg的正离子，以不同角度α入射，最后有不同速度的离子束射出．其中入射角α＝30°，且不经碰撞而直接从出射孔射出的离子的速度v大小是( )A．4×105 m/s B．2×105 m/sC．4×106 m/s D．2×106 m/s答案：C6.图3－6－28如图3－6－28所示，有界匀强磁场边界线SP∥MN，速率不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场．其中穿过a点的粒子速度v1与MN垂直；穿过b点的粒子速度v2与MN成60°角，设二粒子从S到a、b所需时间分别为t1和t2，则t1∶t2为(重力不计)( )A．1∶3 B．4∶3C．1∶1 D．3∶2解析：选D.如图所示，可求出从a点射出的粒子对应的圆心角为90°.从b点射出的粒子对应的圆心角为60°.由t＝α2πT，可得：t1∶t2＝90°∶60°＝3∶2，故D正确．7.图3－6－29目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图3－6－29表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)沿图所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A 、B ，这时金属板上就聚集了电荷．在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是( ) A ．A 板带正电B ．有电流从b 经用电器流向aC ．金属板A 、B 间的电场方向向下D ．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受静电力解析：选BD.等离子体射入磁场后，由左手定则知正离子受到向下的洛伦兹力向B 板偏转，故B 板带正电，B 板电势高，电流方向从b 流向a ，电场的方向由B 板指向A 板，A 、C 错误，B 正确；当Bvq ＞Eq 时离子发生偏转，故D 正确．8．带正电粒子(不计重力)以水平向右的初速度v 0，先通过匀强电场E ，后通过匀强磁场B ，如图3－6－30甲所示，电场和磁场对该粒子做功为W 1.若把该电场和磁场正交叠加，如图乙所示，再让该带电粒子仍以水平向右的初速度v 0(v 0＜E B)穿过叠加场区，在这个过程中电场和磁场对粒子做功为W 2，则( )图3－6－30A ．W 1＜W 2B ．W 1＝W 2C ．W 1＞W 2D ．无法判断解析：选C.电场力做的功W ＝Eqy ，其中y 为粒子沿电场方向偏转的位移，因图乙中洛伦兹力方向向上，故图乙中粒子向下偏转的位移y 较小，W 1＞W 2，故C 正确．9．(2011年洛阳高二检测)MN 板两侧都是磁感强度为B 的匀强磁场，方向如图3－6－31所示，带电粒子从a 位置以垂直磁场方向的速度开始运动，依次通过小孔b 、c 、d ，已知ab ＝bc ＝cd ，粒子从a 运动到d 的时间为t ，则粒子的比荷为( )图3－6－31解析：选A.粒子从a 运动到d 依次经过小孔b 、c 、d ，经历的时间t 为3个T2，由t ＝3×T 2和T ＝2πm Bq .可得：q m ＝3πtB ，故A 正确．二、计算题10．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)交流电源的频率是什么解析：(1)粒子在电场中加速，由动能定理得： eU ＝E k －0，解得E k ＝eU .(2)粒子在回旋加速器的磁场中绕行的最大半径为R ，由牛顿第二定律得：evB ＝m v 2R①质子的最大动能：E km ＝12mv 2②解①②式得：E km ＝e 2B 2R 22m.(3)f ＝1T ＝eB 2πm.答案：(1)eU (2)e 2B 2R 22m (3)eB2πm11．(2011年长春市高二检测)质量为m 、电荷量为q 的带负电粒子自静止开始释放，经M 、N 板间的电场加速后，从A 点垂直于磁场边界射入宽度为d 的匀强磁场中，该粒子离开磁场时的位置P 偏离入射方向的距离为L ，如图3－6－32所示．已知M 、N 两板间的电压为U ，粒子的重力不计．求：匀强磁场的磁感应强度B .图3－6－32解析：作粒子经电场和磁场中的轨迹图，如图所示．设粒子在M 、N 两板间经电场加速后获得的速度为v ，由动能定理得：qU ＝12mv 2① 粒子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r ，则：qvB ＝m v 2r②由几何关系得：r 2＝(r －L )2＋d 2③ 联立求解①②③式得：磁感应强度B ＝2L L 2＋d 2 2mU q . 答案：2LL 2＋d 22mUq12.图3－6－33如图3－6－33所示，有界匀强磁场的磁感应强度B ＝2×10－3T ；磁场右边是宽度L ＝m 、场强E ＝40 V/m 、方向向左的匀强电场．一带电粒子电荷量q ＝－×10－19C ，质量m ＝×10－27 kg ，以v ＝4×104m/s 的速度沿OO ′垂直射入磁场，在磁场中偏转后进入右侧的电场，最后从电场右边界射出．(不计重力)求： (1)大致画出带电粒子的运动轨迹；(2)带电粒子在磁场中运动的轨道半径； (3)带电粒子飞出电场时的动能E k . 解析：(1)轨迹如图(2)带电粒子在磁场中运动时，由牛顿运动定律，有qvB ＝m v 2RR ＝mv qB＝错误! m ＝ m(3)E k ＝EqL ＋12mv 2＝40××10－19× J＋12××10－27×(4×104)2 J ＝×10－18J.答案：(1)轨迹见解析图 (2) m(3)×10－18J。

高二物理上册《带电粒子在匀强电场中的运动》练习题(及答案)

高二物理上册《带电粒子在匀强电场中的运动》练习题（及答案）一．课堂计算题例1.如图所示，有一质量为m，电荷量为e的正粒子。

该电荷从A点以v0的速度沿垂直电场线方向射入匀强电场，由B点飞出。

飞出电场时B点的速度方向与水平方向成45°，已知AO的水平距离为d。

（不计重力）求：（1）从A点到B点用的时间；（2）匀强电场的电场强度大小；（3）AB两点间电势差。

例2.如图所示，有一正粒子，质量为m，电荷量为q。

由静止开始经电势差为U1的电场加速后，进入两块板间距离为d，板间电势差为U2的平行金属板间。

若粒子从两板正中间垂直电场方向射入偏转电场，并且恰能从下板右边缘穿出电场。

(不计重力)求：（1）粒子刚进入偏转电场时的速度v0；（2）粒子在偏转电场中运动的时间和金属板的长度；（3）粒子穿出偏转电场时的动能。

例3.如图所示为一真空示波管，电子从灯丝发出(初速度为零)，经灯丝与A板间的加速电压加速后，从A板中心孔沿中心线射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中（偏转电场可视为匀强电场），电子刚进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过偏转电场后打在荧光屏上的P 点．已知加速电压为U1，M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，电子的质量为m，电荷量为e。

不计重力,求：（1）电子穿过A板时的速度大小；（2）电子在偏转场运动的时间t；（3）P点到O点的距离。

课后练习一、选择题1.如图所示是一个说明示波管工作的原理图，电子经加速电场（加速电压为U1）加速后垂直进入偏转电场，离开偏转电场时的偏转量是h，两平行板间距为d，电压为U2，板长为L，为了增加偏转量h，可采取下列哪种方法（）多选A．增加U2B．增加U1C．增加dD．增加L第1页2.如图所示是水平旋转的平行板电容器，上板带负电，下板带正电，带电小球以速度v0水平射入电场，且沿下板边缘飞出。

若下板不动，将上板上移一小段距离，小球仍以相同的速度v0从原处飞入，则带电小球（）A．将打在下板中央B．仍沿原轨迹由下板边缘飞出C．不发生偏转，沿直线运动D．若上板不动，将下板上移一段距离，小球一定打不到下板的中央3.如图所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的速率，下列解释正确的是( )A．两板间距越大，加速的时间就越长，则获得的速率越大B．两板间距越小，加速的时间就越长，则获得的速率不变C．两板间距越大，加速的时间就越长，则获得的速率不变D．两板间距越小，加速的时间越短，则获得的速率越小4.如图所示，在一场强大小为E、方向竖直向下的匀强电场中，有一质量为m、带电量为+q小球，以速率为v0水平抛出。

人教版高二物理选修3-1 第3章《磁场》3.6带电粒子在匀强磁场中的运动同步测试(含答案)

带电粒子在磁场中运动1．如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、电量为q的质子，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出．（忽略质子在电场中运动的时间，其最大速度远小于光速）求：（1）加速器中匀强磁场B的方向和大小；（2）设两D形盒间距离为d，其间电压为U，电场视为匀强电场，质子每次经电场加速后能量增量，加速到上述能量所需回旋周数是多少；（3）加速到上述能量所需时间为多少．2.如图所示，一束电子（电量为e）以速度v垂直射入磁感强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是，穿透磁场的时间是。

3. 如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。

正、负电子同时从同一点O以与MN成30°角的同样速度v 射入磁场（电子质量为m，电荷为e），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？4. 一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。

求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。

5.如图所示，在POQ区域内分布有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，有一束负离子流沿纸面垂直于磁场边界OQ方向从A点射入磁场，已知OA＝s，∠POQ=450，负离子的质量为m，带电荷量的绝对值为q，要使负离子不从OP边射出，负离子进入磁场时的速度最大不能超过。

6．如图所示，在y＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸里，磁感应强度为B.一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ.求：（1）该粒子射出磁场的位置；（2）该粒子在磁场中运动的时间.（粒子所受重力不计）7．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垂直于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( )A.2πr3v0B.23πr3v0C.πr3v0D.3πr3v08.在如图所示的平面直角坐标系xoy中，有一个圆形区域的匀强磁场（图中未画出），磁场方向垂直于xoy平面，O点为该圆形区域边界上的一点。

高二物理带电粒子在匀强磁场中的运动检测卷(含答案)

第6节带电粒子在匀强磁场中的运动同步试题1、关于带电粒子在磁场中的运动，下列说法正确的是（）A、带电粒子飞入匀强磁场后，一定做匀速圆周运动B、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，速度一定不变C、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，洛仑兹力的方向总和运动方向垂直D、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，动能一定保持不变2、质子和α粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动，由此可知，质子的动能E1和α粒子的动能E2之比E1：E2等于（）A、4：1B、1：1C、1：2 D2：13．在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又垂直进入另一个磁感应强度是原来的磁感应强度2倍的匀强磁场，则()A．粒子的速率加倍，周期减半B．粒子的速率不变，轨迹半径减半C．粒子的速率减半，轨迹半径为原来的四分之一D．粒子的速率不变，周期减半4.如右上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下方有磁感应强度为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E/BD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小5．一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如右图所示，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的增大而增大C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D．不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子6．一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场。

粒子的一段径迹如上图所示。

径迹上的每一小段都可近似看成圆弧。

由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)。

带电粒子在匀强磁场中的运动练习题及答案解析

带电粒子在匀强磁场中的运动练习题及答案解析集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]1．电子在匀强磁场中做匀速圆周运动．下列说法正确的是( ) A ．速率越大，周期越大 B ．速率越小，周期越大 C ．速度方向与磁场方向平行 D ．速度方向与磁场方向垂直解析：选D.由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式T ＝2πmqB可知T 与v 无关，故A 、B 均错；当v 与B 平行时，粒子不受洛伦兹力作用，故粒子不可能做圆周运动，只有v ⊥B 时，粒子才受到与v 和B 都垂直的洛伦兹力，故C 错、D 对．2．(2011年厦门高二检测)1998年发射的“月球勘探者号”空间探测器，运用最新科技手段对月球进行近距离勘探，在研究月球磁场分布方面取得了新的成果．月球上的磁场极其微弱，探测器通过测量电子在月球磁场中的轨迹来推算磁场强弱的分布，图3－6－19中是探测器通过月球A 、B 、C 、D 四个位置时，电子运动的轨迹照片．设电子速率相同，且与磁场方向垂直，其中磁场最强的位置是( )图3－6－19解析：选A.由粒子轨道半径公式r ＝mv qB可知，磁场越强的地方，电子运动的轨道半径越小． 3.图3－6－20如图3－6－20所示，a 和b 带电荷量相同，以相同动能从A 点射入磁场，在匀强磁场中做圆周运动的半径r a ＝2r b ，则可知(重力不计)( ) A ．两粒子都带正电，质量比m a /m b ＝4 B ．两粒子都带负电，质量比m a /m b ＝4 C ．两粒子都带正电，质量比m a /m b ＝1/4 D ．两粒子都带负电，质量比m a /m b ＝1/4解析：选 B.由于q a ＝q b 、E k a ＝E k b ，动能E k ＝12mv 2和粒子旋转半径r ＝mvqB，可得m ＝r 2q 2B 22E k，可见m 与半径r 的平方成正比，故m a ∶m b ＝4∶1，再根据左手定则判知粒子应带负电，故B 正确．4．(2009年高考广东单科卷)图3－6－21是质谱议的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．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A 1A 2.平板S 下方有强度为B 0的匀强磁场．下列表述正确的是( )图3－6－21A ．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E /BD ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的荷质比越小解析：选ABC.因同位素原子的化学性质完全相同，无法用化学方法进行分析，故质谱仪就成为同位素分析的重要工具，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qE ＝qvB 有v ＝E /B ，C 正确．在匀强磁场B 0中R ＝mv qB ，所以q m ＝vBR，D 错误． 5.图3－6－22如图3－6－22所示，在x 轴上方有匀强电场，场强为E ，在x 轴下方有匀强磁场，磁感应强度为B ，方向如图所示．在x 轴上有一点M ，离O 点距离为L ，现有一带电荷量为＋q 、质量为m 的粒子，从静止开始释放后能经过M 点，如果此粒子放在y 轴上，其坐标应满足什么关系(重力不计) 解析：由于此粒子从静止开始释放，又不计重力，要能经过M 点，其起始位置只能在匀强电场区域，其具体过程如下：先在电场中由y 轴向下做加速运动，进入匀强磁场中运动半个圆周再进入电场做减速运动，速度为零后又回头进入磁场，其轨迹如图所示(没有画出电场和磁场方向)，故有： L ＝2nR (n ＝1,2,3，…)①又因在电场中，粒子进入磁场时的速度为v ，则有：qE ·y ＝12mv 2②在磁场中，又有：Bqv ＝mv 2R③由①②③得y ＝B 2qL28n 2mE(n ＝1,2,3……)．答案：见解析一、选择题1．(2011年杭州十四中高二检测)一个带电粒子以初速度v 0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域．设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图3－6－23中的虚线所示．在下图所示的几种情况中，可能出现的是( )图3－6－23解析：选、C 选项中粒子在电场中向下偏转，所以粒子带正电，再进入磁场后，A 图中粒子应逆时针转，正确；C 图中粒子应顺时针转，错误．同理可以判断B 错、D 对． 2．如图3－6－24所示，一电子以与磁场方向垂图3－6－24直的速度v 从P 处沿PQ 方向进入长为d 、宽为h 的匀强磁场区域，从N 处离开磁场，若电子质量为m ，带电荷量为e ，磁感应强度为B ，则( ) A ．电子在磁场中运动的时间t ＝d /v B ．电子在磁场中运动的时间t ＝h /v C ．洛伦兹力对电子做的功为Bevh D ．电子在N 处的速度大小也是v解析：选D.洛伦兹力不做功，所以电子在N 处速度大小也为v ，D 正确、C 错，电子在磁场中的运动时间t ＝弧长v ≠d v ≠hv，A 、B 均错．3.图3－6－25在图3－6－25中，水平导线中有电流I 通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I 的方向相同，则电子将( ) A ．沿路径a 运动，轨迹是圆B ．沿路径a 运动，轨迹半径越来越大C ．沿路径a 运动，轨迹半径越来越小D ．沿路径b 运动，轨迹半径越来越小解析：选B.电流下方的磁场方向垂直纸面向外，且越向下B 越小，由左手定则知电子沿a 路径运动，由r ＝mvqB知，轨迹半径越来越大．4.图3－6－26一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如图3－6－26所示．径迹上的每一小段都可近似看成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)．从图中情况可以确定( )A．粒子从a到b，带正电B．粒子从a到b，带负电C．粒子从b到a，带正电D．粒子从b到a，带负电解析：选C.垂直于磁场方向射入匀强磁场的带电粒子受洛伦兹力作用，使粒子做匀速圆周运动，半径R＝mv/qB.由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量减小，磁感应强度B、带电荷量不变．又据E k＝12mv2知，v在减小，故R减小，可判定粒子从b向a运动；另据左手定则，可判定粒子带正电，C选项正确．5．如图3－6－27是图3－6－27某离子速度选择器的原理示意图，在一半径R＝10 cm的圆柱形筒内有B＝1×10－4 T的匀强磁场，方向平行于轴线．在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔a、b分别作为入射孔和出射孔．现有一束比荷为qm＝2×1011 C/kg的正离子，以不同角度α入射，最后有不同速度的离子束射出．其中入射角α＝30°，且不经碰撞而直接从出射孔射出的离子的速度v大小是( )A．4×105 m/s B．2×105 m/sC．4×106 m/s D．2×106 m/s答案：C6.图3－6－28如图3－6－28所示，有界匀强磁场边界线SP∥MN，速率不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场．其中穿过a点的粒子速度v1与MN垂直；穿过b点的粒子速度v2与MN成60°角，设二粒子从S到a、b所需时间分别为t1和t2，则t1∶t2为(重力不计)( )A．1∶3 B．4∶3C．1∶1 D．3∶2解析：选D.如图所示，可求出从a点射出的粒子对应的圆心角为90°.从b点射出的粒子对应的圆心角为60°.由t＝α2πT，可得：t1∶t2＝90°∶60°＝3∶2，故D正确．7.图3－6－29目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图3－6－29表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)沿图所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A 、B ，这时金属板上就聚集了电荷．在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是( ) A ．A 板带正电B ．有电流从b 经用电器流向aC ．金属板A 、B 间的电场方向向下D ．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受静电力解析：选BD.等离子体射入磁场后，由左手定则知正离子受到向下的洛伦兹力向B 板偏转，故B 板带正电，B 板电势高，电流方向从b 流向a ，电场的方向由B 板指向A 板，A 、C 错误，B 正确；当Bvq ＞Eq 时离子发生偏转，故D 正确．8．带正电粒子(不计重力)以水平向右的初速度v 0，先通过匀强电场E ，后通过匀强磁场B ，如图3－6－30甲所示，电场和磁场对该粒子做功为W 1.若把该电场和磁场正交叠加，如图乙所示，再让该带电粒子仍以水平向右的初速度v 0(v 0＜E B)穿过叠加场区，在这个过程中电场和磁场对粒子做功为W 2，则( )图3－6－30A ．W 1＜W 2B ．W 1＝W 2C ．W 1＞W 2D ．无法判断解析：选C.电场力做的功W ＝Eqy ，其中y 为粒子沿电场方向偏转的位移，因图乙中洛伦兹力方向向上，故图乙中粒子向下偏转的位移y 较小，W 1＞W 2，故C 正确．9．(2011年洛阳高二检测)MN 板两侧都是磁感强度为B 的匀强磁场，方向如图3－6－31所示，带电粒子从a 位置以垂直磁场方向的速度开始运动，依次通过小孔b 、c 、d ，已知ab ＝bc ＝cd ，粒子从a 运动到d 的时间为t ，则粒子的比荷为( )图3－6－31解析：选A.粒子从a 运动到d 依次经过小孔b 、c 、d ，经历的时间t 为3个T2，由t ＝3×T 2和T ＝2πm Bq .可得：q m ＝3πtB ，故A 正确．二、计算题10．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)交流电源的频率是什么解析：(1)粒子在电场中加速，由动能定理得： eU ＝E k －0，解得E k ＝eU .(2)粒子在回旋加速器的磁场中绕行的最大半径为R ，由牛顿第二定律得：evB ＝m v 2R①质子的最大动能：E km ＝12mv 2②解①②式得：E km ＝e 2B 2R 22m.(3)f ＝1T ＝eB 2πm.答案：(1)eU (2)e 2B 2R 22m (3)eB2πm11．(2011年长春市高二检测)质量为m 、电荷量为q 的带负电粒子自静止开始释放，经M 、N 板间的电场加速后，从A 点垂直于磁场边界射入宽度为d 的匀强磁场中，该粒子离开磁场时的位置P 偏离入射方向的距离为L ，如图3－6－32所示．已知M 、N 两板间的电压为U ，粒子的重力不计．求：匀强磁场的磁感应强度B .图3－6－32解析：作粒子经电场和磁场中的轨迹图，如图所示．设粒子在M 、N 两板间经电场加速后获得的速度为v ，由动能定理得：qU ＝12mv 2① 粒子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r ，则：qvB ＝m v 2r②由几何关系得：r 2＝(r －L )2＋d 2③ 联立求解①②③式得：磁感应强度B ＝2L ?L 2＋d 2? 2mU q . 答案：2L ?L 2＋d 2?2mUq12.图3－6－33如图3－6－33所示，有界匀强磁场的磁感应强度B ＝2×10－3T ；磁场右边是宽度L ＝m 、场强E ＝40 V/m 、方向向左的匀强电场．一带电粒子电荷量q ＝－×10－19C ，质量m ＝×10－27 kg ，以v ＝4×104m/s 的速度沿OO ′垂直射入磁场，在磁场中偏转后进入右侧的电场，最后从电场右边界射出．(不计重力)求： (1)大致画出带电粒子的运动轨迹；(2)带电粒子在磁场中运动的轨道半径； (3)带电粒子飞出电场时的动能E k . 解析：(1)轨迹如图(2)带电粒子在磁场中运动时，由牛顿运动定律，有qvB ＝m v 2RR ＝mv qB＝错误! m ＝ m(3)E k ＝EqL ＋12mv 2＝40××10－19× J＋12××10－27×(4×104)2 J ＝×10－18J.答案：(1)轨迹见解析图 (2) m(3)×10－18J。

物理带电粒子在磁场中的运动练习题含答案及解析

物理带电粒子在磁场中的运动练习题含答案及解析一、带电粒子在磁场中的运动专项训练1．如图所示，虚线MN 沿竖直方向，其左侧区域内有匀强电场（图中未画出）和方向垂直纸面向里，磁感应强度为B 的匀强磁场，虚线MN 的右侧区域有方向水平向右的匀强电场．水平线段AP 与MN 相交于O 点．在A 点有一质量为m ，电量为+q 的带电质点，以大小为v 0的速度在左侧区域垂直磁场方向射入，恰好在左侧区域内做匀速圆周运动，已知A 与O 点间的距离为03mv qB ，虚线MN 右侧电场强度为3mgq，重力加速度为g ．求：（1）MN 左侧区域内电场强度的大小和方向；（2）带电质点在A 点的入射方向与AO 间的夹角为多大时，质点在磁场中刚好运动到O 点，并画出带电质点在磁场中运动的轨迹；（3）带电质点从O 点进入虚线MN 右侧区域后运动到P 点时速度的大小v p ．【答案】（1）mgq，方向竖直向上；（2）；（3013v ．【解析】【详解】（1）质点在左侧区域受重力、电场力和洛伦兹力作用，根据质点做匀速圆周运动可得：重力和电场力等大反向，洛伦兹力做向心力；所以，电场力qE =mg ，方向竖直向上；所以MN 左侧区域内电场强度mgE q左=，方向竖直向上；（2）质点在左侧区域做匀速圆周运动，洛伦兹力做向心力，故有：200mv Bv q R=，所以轨道半径0mv R qB=；质点经过A 、O 两点，故质点在左侧区域做匀速圆周运动的圆心在AO 的垂直平分线上，且质点从A 运动到O 的过程O 点为最右侧；所以，粒子从A 到O 的运动轨迹为劣弧；又有033AO mv d R ==；根据几何关系可得：带电质点在A 点的入射方向与AO 间的夹角1260AOd arcsin Rθ==︒；根据左手定则可得：质点做逆时针圆周运动，故带电质点在磁场中运动的轨迹如图所示：；（3）根据质点在左侧做匀速圆周运动，由几何关系可得：质点在O 点的竖直分速度00360y v v sin v =︒=，水平分速度001602x v v cos v =︒=；质点从O 运动到P 的过程受重力和电场力作用，故水平、竖直方向都做匀变速运动；质点运动到P 点，故竖直位移为零，所以运动时间023y v v t g==；所以质点在P 点的竖直分速度032yP y v v v ==，水平分速度000317322xP x v qE v v t v g v m g =+=+⋅=；所以带电质点从O 点进入虚线MN 右侧区域后运动到P 点时速度22013P yP xP v v v v =+=；2．如图所示为电子发射器原理图，M 处是电子出射口，它是宽度为d 的狭缝．D 为绝缘外壳，整个装置处于真空中，半径为a 的金属圆柱A 可沿半径向外均匀发射速率为v 的电子；与A 同轴放置的金属网C 的半径为2a.不考虑A 、C 的静电感应电荷对电子的作用和电子之间的相互作用，忽略电子所受重力和相对论效应，已知电子质量为m ，电荷量为e.(1)若A 、C 间加速电压为U ，求电子通过金属网C 发射出来的速度大小v C ；(2)若在A 、C 间不加磁场和电场时，检测到电子从M 射出形成的电流为I ，求圆柱体A 在t 时间内发射电子的数量N.(忽略C 、D 间的距离以及电子碰撞到C 、D 上的反射效应和金属网对电子的吸收)(3)若A 、C 间不加电压，要使由A 发射的电子不从金属网C 射出，可在金属网内环形区域加垂直于圆平面向里的匀强磁场，求所加磁场磁感应强度B 的最小值．【答案】(1)22e eUv v m=+ (2) 4alt N ed π=(3) 43mv B ae = 【解析】【分析】（1）根据动能定理求解求电子通过金属网C 发射出来的速度大小；（2）根据=neI t求解圆柱体A 在时间t 内发射电子的数量N ；（3）使由A 发射的电子不从金属网C 射出，则电子在 CA 间磁场中做圆周运动时，其轨迹圆与金属网相切，由几何关系求解半径，从而求解B. 【详解】（1）对电子经 CA 间的电场加速时，由动能定理得221122e e U mv mv =- 解得：22e eUv v m=+ （2）设时间t 从A 中发射的电子数为N ，由M 口射出的电子数为n ，则 =ne I t224d dNn N a aππ==⨯解得4altN edπ=（3）电子在 CA 间磁场中做圆周运动时，其轨迹圆与金属网相切时，对应的磁感应强度为B ．设此轨迹圆的半径为 r ，则222(2)a r r a -=+2v Bev m r=解得：43mvB ae=3．如图所示，在xOy 坐标系中，第Ⅰ、Ⅱ象限内无电场和磁场。

2020-2021选修3-13.6 带电粒子在匀强磁场中的运动(精选练习)(解析版)

人教版物理选修3-1第三章《磁场》第6节带电粒子在匀强磁场中的运动精选练习一、夯实基础1．(多选)关于带电粒子在磁场中的运动，下列说法正确的是()A．带电粒子飞入匀强磁场后，一定做匀速圆周运动B．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，速度一定不变C．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，洛伦兹力的方向总和运动方向垂直D．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，动能一定保持不变【答案】：CD【解析】：带电粒子飞入匀强磁场的角度不同，将做不同种类的运动．速度方向与磁场方向平行做匀速直线运动，速度方向与磁场方向垂直进入做匀速圆周运动．做匀速圆周运动时，速度的大小不变，但方向时刻在变化，所以只有C、D正确．2．(2019·北京市通州区模拟)如图所示为质谱仪的原理图，一束粒子以速度v沿直线穿过相互垂直的匀强电场(电场强度为E)和匀强磁场(磁感应强度为B1)的重叠区域，然后通过狭缝S0垂直进入另一匀强磁场(磁感应强度为B2)，最后打在照相底片上的三个不同位置，粒子的重力可忽略不计，则下列说法正确的是()A．该束粒子带负电B．P1板带负电C．粒子的速度v满足关系式v＝EB2D．在磁感应强度为B2的磁场中，运动半径越大的粒子，荷质比qm越小【答案】：D【解析】：分析右侧磁场可知，粒子在右侧磁场中向下偏转，根据左手定则可知，粒子带正电，A选项错误；粒子在平行板间运动时，洛伦兹力方向向上，电场力方向向下，P1板带正电，B选项错误；粒子在平行板间做匀速直线运动，受力平衡，qvB 1＝qE ，解得粒子的速度v ＝EB 1，C 选项错误；在右侧磁场中，轨迹半径R ＝mv qB 2，运动半径越大的粒子，荷质比qm越小，D 选项正确．3.(多选)如图所示，在纸面内半径为R 的圆形区域中充满了垂直于纸面向里，磁感应强度为B 的匀强磁场，一点电荷从图中A 点以速度v 0垂直磁场射入，当该电荷离开磁场时，速度方向刚好改变了180°，不计电荷的重力，下列说法正确的是( )A ．该点电荷带负电B ．该点电荷离开磁场时速度反方向延长线通过O 点C ．该点电荷的比荷为q m ＝2v 0BRD ．该点电荷在磁场中的运动时间为t ＝πR 3v 0【答案】 AC【解析】点电荷在磁场中做匀速圆周运动，画出轨迹如图所示：根据点电荷偏转方向可知，该电荷带负电，A 选项正确；电荷离开磁场时速度方向与进入磁场时速度方向相反，其反向延长线不通过O 点，B 选项错误；电荷在磁场中刚好运动T2，电荷做圆周运动的半径r ＝R sin30°＝R 2，洛伦兹力提供向心力，qv 0B ＝m v 20r ，得q m ＝v 0rB ＝2v 0BR ，C 选项正确；电荷在磁场中运动的时间t ＝T 2＝πr v 0＝πR2v 0，D 选项错误． 4．(2019·周口市模拟)如图，一重力不计的带电粒子以一定的速率从a 点对准圆心射入一圆形匀强磁场，恰好从b 点射出．若增大粒子射入磁场的速率，下列判断正确的是( )A ．该粒子带正电B ．从bc 间射出C ．从ab 间射出D ．在磁场中运动的时间不变【答案】：B【解析】：根据左手定则可知，粒子带负电，A 选项错误；增大粒子入射速率，根据r ＝mv qB 可知，轨迹半径变大，从bc 间射出，B 选项正确，C 选项错误；根据周期公式得t ＝θmqB 可知，轨迹半径变大，圆心角变小，运动时间变小，D 选项错误．5.一匀强磁场，磁场方向垂直于xOy 平面，在xOy 平面上，磁场分布在以O 为圆心的一个圆形区域内．一个质量为m 、电荷量为q 的带电粒子，由原点O 开始运动，初速度为v ，方向沿x 轴正方向．后来，粒子经过y 轴上的P 点，如图所示．不计重力的影响．粒子经过P 点时的速度方向可能是图中箭头表示的( )A ．只有箭头a 、b 是可能的B ．只有箭头b 、c 是可能的C ．只有箭头c 是可能的D ．箭头a 、b 、c 、d 都是可能的【答案】 B【解析】当P 点在磁场中时，粒子从O 点沿x 轴正方向开始运动，到达P 点时，轨迹为半圈，经过P 点的速度方向沿箭头c ；当P 点在磁场之外，粒子从O 点沿x 轴正方向开始运动，出磁场时，还没有到达P 点，接着做匀速直线运动后到达P 点时，经过P 点的速度方向沿箭头b ，B 选项正确．6.(2019·武汉市蔡甸区模拟)如图所示，质量为m 、电量为q 的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，磁场的磁感应强度为B ，粒子经过a 点时，速度与直线ab 成60°角，ab 与磁场垂直，ab 间的距离为d .若粒子能从b 点经过，则粒子从a 到b 所用的最短时间为( )A.2πm BqB.πm BqC.2πm 3BqD.πm 3Bq 【答案】：C【解析】：分析题意可知，粒子沿圆弧运动到b 点时，运动时间最短，轨迹如图所示：运动周期T ＝2πm Bq ，根据几何关系可知，圆心角θ＝120°，运动的最短时间t ＝θ2π·T ＝2πm3Bq ，C 选项正确．7.如图所示是某离子速度选择器的原理示意图，在一半径为R 的圆柱形筒内有磁感应强度为B 的匀强磁场，方向平行于轴线．在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔a 、b 分别作为入射孔和出射孔．现有一束质量为m 、电荷量为q 的正离子，以角度α入射，不经碰撞而直接从小孔b 射出，这束离子的速度大小是( )A.2qBRm cos α B.2qBR m sin α C.qBR m cos α D.qBR m sin α【答案】：D【解析】：由几何关系可知，粒子运动的半径r 和圆筒半径R 之间满足R r ＝sin α，又qvB ＝m v 2r ，联立解得v＝qBRm sin α，故选D.8.如图所示，虚线为一匀强磁场的边界，磁场方向垂直于纸面向里．在磁场中某点沿虚线方向发射两个带正电的粒子A 和B ，其速度分别为v A 、v B ，两者的质量和电荷量均相同，两个粒子分别经过t A 、t B 从P A 、P B 射出，则( )A ．v A >vB ，t A >t B B ．v A >v B ，t A <t BC ．v A <v B ，t A >t BD ．v A <v B ，t A <t B【答案】：B【解析】：做出粒子运动的轨迹如图：粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，qvB ＝m v 2r ，得r ＝mvqB ，半径大的速度大，故v A >v B ，粒子在磁场中运动时间t ＝θmqB，圆心角大的运动时间长，故t A <t B ，B 选项正确．9．如图，MN 是匀强磁场中的一块薄金属板，带电粒子(不计重力)在匀强磁场中运动并穿过金属板(粒子速率变小)，虚线表示其运动轨迹，由图知( )A ．粒子带正电B ．粒子运动方向是abcdeC ．粒子运动方向是edcbaD ．粒子在上半周所用时间比下半周所用时间长【答案】：C【解析】：带电粒子穿过金属板后速率变小，根据半径公式得，r ＝mv qB ，粒子的半径将减小，故粒子运动方向为edcba ，根据左手定则可得，粒子应带负电，A 、B 选项错误，C 选项正确；根据周期公式可知，粒子运动的周期和速度无关，上、下半周所用时间相等，运动时间均为T2，D 选项错误．10.(2019·武汉市蔡甸区模拟)如图所示，半径为 r 的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，一个质量为 m ，电量为 q 的带电粒子从圆形边界沿半径方向以速度 v 0 进入磁场，粒子射出磁场时的偏向角为 90 度，不计粒子的重力．求：(1)判断粒子的带电性质； (2)匀强磁场的磁感应强度； (3)粒子在磁场中运动的时间．【答案】：(1)正电 (2)mv 0qr (3)πr2v 0【解析】：(1)由左手定则可知，粒子带正电．(2)由几何关系可知，粒子在磁场中运动的轨道半径为R ＝r . 洛伦兹力等于向心力，qv 0B ＝m v 20R .解得B ＝mv 0qr.(3)粒子在磁场中运动的时间：t ＝14T ＝14×2πr v 0＝πr2v 0.二、提升能力1.(多选)如图所示，以直角三角形AOC 为边界的有界匀强磁场区域，磁感应强度为B ，∠A ＝60°，AO ＝a .在O 点放置一个粒子源，可以向各个方向发射某种带负电粒子，粒子的比荷为qm ，发射速度大小都为v 0，且满足v 0＝qBam ，发射方向由图中的角度θ表示．对于粒子进入磁场后的运动(不计重力作用)，下列说法正确的是( )A ．粒子有可能打到A 点B ．在AC 边界上只有一半区域有粒子射出C ．以θ＝60°飞入的粒子在磁场中运动时间最短D ．以θ＜30°飞入的粒子在磁场中运动的时间都相等【答案】：AB【解析】：根据洛伦兹力提供向心力得，Bqv 0＝m v 20R ，可知粒子的运动半径R ＝a ，当θ＝60°入射时，粒子恰好从A 点飞出，A 选项正确；当θ＝0°飞入的粒子在磁场中，粒子恰好从AC 中点飞出，因此在AC 边界上只有一半区域有粒子射出，B 选项正确；当θ＝60°飞入的粒子在磁场中运动时间恰好是T 6，是在磁场中运动时间最长，C 选项错误；当θ＝0°飞入的粒子在磁场中，粒子恰好从AC 中点飞出，在磁场中运动时间也恰好是T6，θ从0°到60°在磁场中运动时间先减小后增大，D 选项错误．2．(多选)(2019·沈阳期中)如图所示，匀强磁场的边界为平行四边形ABCD ，其中AC 边与对角线BC 垂直，一束电子以不同大小的速度v 沿BC 从B 点射入磁场，不计电子的重力和电子之间的相互作用，关于电子在磁场中的运动情况，下列说法中正确的是( )A ．入射速度越大的电子，其运动时间越长B ．入射速度越大的电子，其运动轨迹越长C ．从AB 边出射的电子的运动时间都相等D ．从AC 边出射的电子的运动时间不相等【答案】：CD【解析】：电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，根据对称性可知，从AB 边出射的电子轨迹对应的圆心角相等，运动时间相等，A 选项错误，C 选项正确；从AC 边射出的电子轨迹对应的圆心角不相等，且入射速度越大，其运动轨迹越短，在磁场中运动时间不相等，B 选项错误，D 选项正确．3．(2019·广东省博罗中学高二模拟)如图是荷质比不同的电荷a 、b 两粒子以相同速率从O 点沿OA 方向进入正三角形区域垂直纸面向里的匀强磁场的运动轨迹，则( )A ．a 、b 都带负电B ．a 所带电荷量比b 多C ．a 的荷质比比b 的小D ．a 在磁场中的运动时间比b 的长【答案】：C【解析】：分析a 、b 电荷的受力情况，根据左手定则可知，a 、b 电荷带正电，A 选项错误；洛伦兹力提供向心力，qvB ＝m v 2r ，解得轨迹半径r ＝mvqB ，a 的半径大，则a 的荷质比比b 的小，B 选项错误，C 选项正确；电荷在磁场中运动时间t ＝θmqB，b 对应的圆心角大，则b 在磁场中运动的时间长，D 选项错误．4.(多选)如图所示，一个质量为m 、电荷量为e 的粒子从容器A 下方的小孔S ，无初速度地飘入电势差为U 的加速电场，然后垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，最后打在照相底片M 上．下列说法正确的是( )A ．粒子进入磁场时的速率v ＝2eUmB ．粒子在磁场中运动的时间t ＝2πmeBC ．粒子在磁场中运动的轨道半径r ＝1B2mUeD ．若容器A 中的粒子有初速度，则粒子仍将打在照相底片上的同一位置【答案】：AC【解析】：带电粒子在电场中做加速运动，根据动能定理得，eU ＝12mv 2.解得粒子进入磁场时的速率v ＝2eUm ，A 选项正确；粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：evB ＝m v 2r ，解得r ＝ mv Be ＝1B2mUe.周期T ＝2πr v ＝2πm Be ，粒子在磁场中运动的时间t ＝ T 2＝πm Be，B 选项错误，C 选项正确；若容器A 中的粒子有初速度v 0，根据动能定理，eU ＝12mv ′2－12mv 20，解得粒子进入磁场时的速率v ′＝2eU m＋v 20.粒子在磁场中做匀速圆周运动，ev ′B ＝m v ′2r ′，解得，r ′＝mv Be ＝ mBe2eUm＋ v 20 > r ．即若容器A 中的粒子有初速度，则粒子打在照相底片上的不同的位置，D 选项错误．5．(多选)如图所示，分界线MN 上下两侧有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度分别为B 1和B 2，一质量为m ，电荷为q 的带电粒子(不计重力)从O 点出发以一定的初速度v 0沿纸面垂直MN 向上射出，经时间t 又回到出发点O ，形成了图示心形图案，则( )A ．粒子一定带正电荷B ．MN 上下两侧的磁场方向相同C ．MN 上下两侧的磁感应强度的大小B 1∶B 2＝1∶2D ．时间t ＝2πmqB 2【答案】：BD【解析】：无法确定磁场方向和绕行方向，不能判定电荷的正负，A 选项错误；粒子越过磁场的分界线MN 时，洛伦兹力的方向没有变，根据左手定则可知磁场方向相同，B 选项正确；根据几何关系可知，上部分圆弧半径与下部分圆弧半径之比r 1∶r 2＝1∶2，根据洛伦兹力提供向心力，qvB ＝m v 2r ，解得B ＝mvqr，B 1∶B 2＝r 2∶r 1＝2∶1，C 选项错误；周期T ＝2πm qB ，带电粒子运动的时间t ＝T 1＋T 22＝2πm qB 1＋πm qB 2，解得t ＝2πmqB 2，D选项正确．6．(多选)(2019·豫南九校联考)在某次发射科学实验卫星“双星”中，放置了一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度，磁强计的原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a 、高为b 的长方形，放在沿y 轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x 轴正方向、大小为I 的电流，已知金属导体单位体积的自由电子数为n ，电子电荷量为e ，金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动，测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U ，则下列说法正确的是( )A ．电流方向沿x 轴正方向，正电荷受力方向指向前侧面，因此前侧面电势较高B ．电流方向沿x 轴正方向，电子受力方向指向前侧面，因此后侧面电势较高C ．磁感应强度的大小为B ＝nebU I D ．磁感应强度的大小为B ＝2nebUI【答案】：BC【解析】：金属导体中有自由电子，当电流形成时，金属导体内的自由电子逆着电流的方向做定向移动．在磁场中受到洛伦兹力作用的是自由电子，由左手定则可知，自由电子受到的洛伦兹力沿z 轴正方向，自由电子向前侧面偏转，故后侧面电势较高，A 选项错误，B 选项正确；设自由电子匀速运动的速度为v ，则由电流的微观表达式有I ＝neabv ，金属导体前后两个侧面的电场强度E ＝Ua ，达到稳定状态时，自由电子所受洛伦兹力与电场力平衡，则有evB ＝eE ，解得磁感应强度的大小为B ＝nebUI ，C 选项正确，D 选项错误．7．(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的匀强磁场中，如图所示．在保持匀强磁场和加速电压不变的情况下用同一装置分别对质子(11H)和氦核(42He)加速，则下列说法中正确的是( )A ．质子与氦核所能达到的最大速度之比为1∶2B ．质子与氦核所能达到的最大速度之比为2∶1C ．加速质子、氦核时交流电的周期之比为2∶1D ．加速质子、氦核时交流电的周期之比为1∶2 【答案】：BD【解析】：洛伦兹力提供向心力，qvB ＝m v 2r ，得r ＝mv qB ，质子和氦核运动的最大半径相等，最大速度之比v 1v 2＝q 1m 1∶q 2m 2＝2∶1，A 选项错误，B 选项正确；粒子运动的周期T ＝2πmqB，加速质子、氦核时交流电的周期之比T 1T 2＝m 1q 1∶m 2q 2＝1∶2，C 选项错误，D 选项正确． 8.(多选)如图所示，两个初速度大小相同的同种离子a 和b ，从O 点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，最后打到屏P 上．不计重力．下列说法正确的有( )A ．a 、b 均带正电B ．a 在磁场中运动的时间比b 的短C ．a 在磁场中运动的路程比b 的短D ．a 在P 上的落点与O 点的距离比b 的近【答案】 AD【解析】离子要打在屏P 上，都要沿顺时针方向偏转，根据左手定则判断，离子都带正电，选项A 正确；由于是同种离子，因此质量、电荷量相同，因初速度大小也相同，由qvB ＝m v 2r 可知，它们做圆周运动的半径相同，作出运动轨迹，如图所示，比较得a 在磁场中运动的路程比b 的长，选项C 错误；由t ＝lv 可知，a在磁场中运动的时间比b 的长，选项B 错误；从图上可以看出，选项D 正确．9.如图，空间存在方向垂直于纸面(xOy 平面)向里的磁场．在x ≥0区域，磁感应强度的大小为B 0；x ＜0区域，磁感应强度的大小为λB 0(常数λ＞1)．一质量为m 、电荷量为q (q ＞0)的带电粒子以速度v 0从坐标原点O 沿x 轴正向射入磁场，此时开始计时，当粒子的速度方向再次沿x 轴正向时，求：(不计重力)(1)粒子运动的时间；(2)粒子与O 点间的距离．【答案】：(1) 0(1)m qB λπλ+ (2) 002(1)mv qB λλ- 【解析】：(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力．设在x ≥0区域，粒子做匀速圆周运动的半径为R 1，周期为T 则qv 0B 0＝mv 20R 1① T 1＝2πR 1v 0② 由①②可得T 1＝2πm qB 0③ 设在x <0区域，粒子做匀速圆周运动的半径为R 2，周期为T 2则qv 0λB 0＝mv 20R 2④ T 2＝2πR 2v 0⑤ 由④⑤可得T 2＝2πm λqB 0⑥ 粒子运动的轨迹如图所示，在两磁场中运动的时间分别为二分之一周期故运动时间为t ＝12T 1＋12T 2⑦ 由③⑥⑦可得t ＝0(1)m qB λπλ+.⑧(2)如图所示，粒子与O 点间的距离为在两磁场中圆周运动的直径之差，即距离为d ＝2R 1－2R 2⑨由①④可得R 1＝mv 0qB 0⑩ R 2＝mv 0λqB 0⑪ 由⑨⑩⑪可得d ＝002(1)mv qB λλ-. 10.如图所示，一足够长的矩形区域abcd 内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B 的匀强磁场，在ad 边中点O ，方向垂直磁场向里射入一速度方向跟ad 边夹角θ＝30°、大小为v 0的带正电粒子，已知粒子质量为m ，电量为q ，ad 边长为L ，ab 边足够长，粒子重力不计，求：(1)粒子能从ab 边上射出磁场的v 0大小范围；(2)如果带电粒子不受上述v 0大小范围的限制，求粒子在磁场中运动的最长时间．【答案】：(1)qBL 3m <v 0≤qBL m (2)5πm 3qB【解析】：(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动，当其轨迹恰好与ab 边相切时，刚好不能从ab 边射出磁场，轨迹半径最小，对应的速度最小．当其轨迹恰好与cd 边相切时，轨迹半径最大，对应的速度最大，画出轨迹如图所示：当粒子速度较小时，qv 1B ＝m v 21R 1，根据几何关系得，R 1＋R 1sin θ＝L 2，联立解得v 1＝qBL 3m；同理，粒子速度较大时，R 2－R 2sin θ＝L 2，解得v 2＝qBL m. 粒子能从ab 边上射出磁场的v 0应满足qBL 3m <v 0≤qBL m. (2)粒子轨迹所对圆心角最大时，在磁场中运动的最长时间．当其轨迹恰好与ab 边相切或轨迹更小时，时间最长，圆心角为α＝2π－2θ＝53π，最长时间为t ＝5πm 3qB.。

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