高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 带电粒子在匀强磁场中的运动习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 带电粒子在匀强磁场中的运动习题，共11页。试卷主要包含了选择题，填空题，综合题等内容，欢迎下载使用。
1．薄铝板将同一匀强磁场分成Ⅰ、Ⅱ两个区域，高速带电粒子可穿过铝板一次，在两个区域内运动的轨迹如图所示，半径R1>R2．假定穿过铝板前后粒子电荷量保持不变，则该粒子( )
A．带正电B．在Ⅰ、Ⅱ区域的运动速度大小相同
C．在Ⅰ、Ⅱ区域的运动时间相同D．从Ⅱ区域穿过铝板运动到Ⅰ区域
2．如图，MN上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场（未画出）．一带电粒子从P点垂直于MN向上射出，从Q点穿越MN后到达PQ的中点O，则MN上方和下方的磁感应强度大小之比为（ ）
A．1B．C．2D．
3．如图，半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，半径OC与OB成60°角，质子甲以速率v从A点沿直径AB方向射入磁场，从C点射出。质子乙以速率v从A点沿AB方向射入磁场，从D点射出磁场（D点没有画出），不计质子重力。则A、D两点间的距离为
A．RB．RC．RD．2R
4．如图所示， 两个初速度大小相同的同种离子a和b， 从O点沿垂直于磁场方向进入匀强磁场， 最后打到屏P上。不计重力， 下列说法中正确的是（ ）
A．a、b均带正电
B．a在磁场中运动的轨道半径比b的长
C．a在磁场中运动的时间比b长
D．a在磁场中飞行的路程比b短
5．如图所示，在x轴上方存在垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场．一带电粒子从坐标原点O处以速度v沿y轴正方向进入磁场，最后从P(a,0)射出磁场．不计粒子重力，该带电粒子的电性和比荷q/m是( )
A．正电荷，B．负电荷，
C．正电荷，D．负电荷，
6．如图所示，用绝缘轻丝线吊一质量为0.1kg的带电塑料小球在竖直平面内摆动，水平磁场垂直于小球摆动的平面，当小球自图示位置摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，若不计空气阻力，重力加速度大小g取，则小球自右侧相同摆角处摆到最低点时悬线上的张力大小为（ ）
A．1NB．2NC．4ND．6N
7．如图所示，在平面直角坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为和、方向均垂直于所在平面向外的匀强磁场。一电荷量为的粒子（不计粒子的重力），以某一速度从A点垂直于轴射入第二象限，随后该粒子从轴上的某一点垂直于轴进入第一象限，最后该粒子从轴上的点离开第一象限。下列说法正确的是（ ）
A．该粒子在第一象限是以点为圆心做匀速圆周运动
B．该粒子在第二象限是以点为圆心做匀速圆周运动
C．该粒子在第一象限和第二象限的运动时间相同
D．该粒子从点离开第一象限时的速度方向垂直于轴
8．如图所示，有一圆形匀强磁场区域，O为圆的圆心，磁场方向垂直纸面向里．两个正、负电子a、b，以不同的速率沿着PO方向进入磁场，运动轨迹如图所示．不计电子之间的相互作用及重力．a与b比较，下列判断正确的是
A．a为正电子，b为负电子
B．b的速率较大
C．a在磁场中所受洛伦兹力较大
D．a在磁场中运动的时间较短
9．如图所示，两相邻且范围足够大的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ的磁感应强度方向平行、大小分别为B和2B。一带正电粒子（不计重力）以速度v从磁场分界线MN上某处射入磁场区域Ⅰ，其速度方向与磁场方向垂直且与分界线MN成角，经过t1时间后粒子进入到磁场区域Ⅱ，又经过t2时间后回到区域Ⅰ，设粒子在区域Ⅰ、Ⅱ中的角速度分别为ω1、ω2，则( )
A．ω1∶ω2＝1∶1B．ω1∶ω2＝2∶1
C．t1∶t2＝1∶1D．t1∶t2＝2∶1
10．如图所示，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以同样速度v射入磁场，速度v的方向与MN成30°角设电子质量为m，电荷量大小为e，则
A．正、负电子在磁场中做圆周运动的半径不同
B．正电子从磁场中射出点到O点的距离较大
C．负电子在磁场中运动的时间是
D．正、负电子在磁场中运动的时间差是
11．电子以速度垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，则
A．磁场对电子的作用力可能做功
B．磁场对电子的作用力始终不变
C．电子的动能始终不变
D．电子的动量始终不变
12．如图所示，边长为L的正方形ABCD区域内存在磁感应强度方向垂直于纸面向里、大小为B的匀强磁场，一质量为m、带电荷量为－q的粒子从AB边的中点处垂直于磁感应强度方向射入磁场，速度方向与AB边的夹角为30°．若要求该粒子不从AD边射出磁场，则其速度大小应满足( )
A．v≤B．v≥
C．v≤D．v≥
13．两个比荷相等的带电粒子a、b，以不同的速率va、vb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不计粒子的重力，则下列说法正确的是（ ）
A．a粒子带正电，b粒子带负电
B．粒子射入磁场中的速率va：vb = 1：2
C．粒子在磁场中的运动时间ta：tb = 2：1
D．若将磁感应强度变为原来的倍，其它条件不变，b粒子在磁场中运动的时间将变为原来的
14．如图所示，平行边界MN、PQ间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，两边界间距为d，MN上有一粒子源A，可在纸面内沿各个方向向磁场中射入质量均为m，电量均为q的带正电的粒子，粒子射入磁场的速度，不计粒子的重力，则粒子能从PQ边界射出的区域长度为（ ）
A．dB．C．D．
15．比荷相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运动的半圆轨迹（M的轨迹圆半径大于N的轨迹圆半径）如图中虚线所示。下列说法正确的是（ ）
A．M的带电荷量大于N的带电荷量B．M的质量小于N的质量
C．M的速率大于N的速率D．M的运行时间大于N的运行时间
二、填空题（共4题）
16．显像管的原理
（1）电子枪发射______．
（2）电子束在磁场中______．
（3）荧光屏被电子束撞击时发光．
17．如图所示，阴极射线管（A为其阴极）放在蹄形磁铁的N、S两极间，射线管的A极接在直流高压电源的________极（选填“正极”或者“负极”）．此时，荧光屏上的电子束运动轨迹________偏转（选填“向上”“向下”或“不”）．
18．三个质量相同，带相同正电荷的小球，从同一高度开始下落．其中甲直接落地，乙在下落过程中经过一个水平方向的匀强电场区，丙经过一个水平方向的匀强磁场区．如图所示，不计空气阻力，则落到同一水平地面上时，_________球的速度最大，_________球最后到达地面．
19．磁体和电流之间、磁体和运动电荷之间、电流和电流之间都可通过磁场而相互作用，此现象可通过以下实验证明：
（1）如图（a）所示，在重复奥斯特的电流磁效应实验时，为使实验方便效果明显，通电导线应______．此时从上向下看，小磁针的旋转方向是_________________（填顺时针或逆时针）．
A．平行于南北方向，位于小磁针上方
B．平行于东西方向，位于小磁针上方
C．平行于东南方向，位于小磁针下方
D．平行于西南方向，位于小磁针下方
（2）如图（b）所示是电子射线管示意图.接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是__________．（填选项代号）
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向 B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向 D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
（3）如图（c）所示，两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互________（填排斥或吸引），当通以相反方向的电流时，它们相互___________（填排斥或吸引），这时每个电流都处在另一个电流的磁场里，因而受到磁场力的作用．也就是说，电流和电流之间，就像磁极和磁极之间一样，也会通过磁场发生相互作用.
三、综合题（共4题）
20．真空中有一半径为r的圆柱形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里，Ox为过边界O点的切线，如图所示，从O点在纸面内向各个方向发射速率均为v0的电子，设电子间相互作用忽略，且电子在磁场中的偏转半径也为r，已知电子的电荷量为e，质量为m．
（1）速度方向分别与Ox方向夹角成60°和90°的电子，在磁场中的运动时间分别为多少？
（2）所有从磁场边界射出的电子，速度方向有何特征？
（3）设在某一平面内有M、N两点，由M点向平面内各个方向发射速率均为v0的电子．请设计一种匀强磁场，使得由M点发出的所有电子都能够会聚到N点．
21．如图所示，a、b是一对水平放置的平行金属板，板长与板间距离均为l．在两金属板间加垂直纸面向里的匀强磁场，一个质量为m、带电量为q的带正电粒子从两板左侧正中位置以速度v沿平行于金属板的方向进入场区，并恰好从a板的右边缘处飞出；
（1）求磁感应强度的大小B；
（2）若撤去上述磁场，再加上竖直向上的匀强电场，让相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区，粒子也恰好从a板的右边缘处飞出．求电场强度大小E．
（3）实验表明，试探电荷q在电场中某个位置所受力F与试探电荷的电荷量成正比；而且，在电场中的不同位置，这个比值E=F/q—般是不一样的．这个比值F/q只与电场本身在这一点的性质有关，我们把这个比值定义为该点的电场强度．同样的，实验也表明，一定长度的通电直导线垂直于磁场方向放置时，所受的安培力与导线中的电流强度也成正比，那么是否可以把比值F/I定义为磁感应强度来反映磁场本身在这一点的性质 呢？试简要说明理由．
22．如图所示，直线MN上方存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，现有一质量为m、带电荷量为＋q的粒子在纸面内以某一速度从A点射入，其方向与MN成30°角，A点到MN的距离为d，带电粒子重力不计．
(1)当v满足什么条件时，粒子能回到A点；
(2)粒子在磁场中运动的时间t.
23．一半径为R的圆筒的横截面如图所示，其圆心为0．筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为(未知)．质量为m、电荷量为+q的粒子以速度v从小孔S沿半径SO方向射入磁场中，粒子与圆筒壁发生两次碰撞后仍从S孔射出．(粒子重力不计，粒子与圆筒壁碰撞没有能量损失，且电量保持不变；，，）
(1)求磁感应强度B的大小．
(2)若改变磁场的大小，使，且在圆筒上开一小孔Q，圆弧SQ对应的圆心角为0.8π，如图所示，其它条件不变．求粒子从S孔射入到从Q孔射出的过程中与筒壁碰撞的次数．
(3)若圆筒内的磁场改为与圆筒横截面平行的匀强电场，电场强度，其它条件不变，则从S孔射入的粒子会打在四分之一圆弧的A点且速度大小为2v，现以S点为坐标原点，建立直角坐标系，如图所示．令A点为零电势点，求圆筒的横截面上电势最高点的坐标(x，y)和最高电势的值．
参考答案：
1．C
2．D
3．A
4．C
5．C
6．C
7．B
8．B
9．D
10．D
11．C
12．C
13．C
14．C
15．C
16． 高速电子 偏转
17． 负极； 向下;
18． 乙 丙
19． A 逆时针 B 吸引 排斥
20．（1）； （2）所有的电子射出圆形磁场时，速度方向均与Ox轴相同．
（3）上述的粒子路径是可逆的，⑵中从圆形磁场射出的这些速度相同的电子再进入一相同的匀强磁场后，一定会聚集于同一点．磁场的分布如图所示，对于从M点向MN连线上方运动的电子，两磁场分别与MN相切，M、N为切点，且平行于两磁场边界圆心的连线O1O2．
设MN间的距离为l，所加的磁场的边界所对应圆的半径r，故应有2r≤l，即 ，所以所加磁场磁感应强度应满足 ．
同理，对于从M点向MN连线下方运动的电子，只要使半径相同的两圆形磁场与上方的两圆形磁场位置关于MN对称且磁场方向与之相反即可说明：只要在矩形区域M1N1N2M2内除图中4个半圆形磁场外无其他磁场，矩形M1N1N2M2区域外的磁场均可向其余区域扩展．
21．（1） （2） （3）
22．（1）粒子可按图中轨道回到A点（2）
23．(1) (2)碰3次．(3) 电势最高点G的坐标：