《洛倫茲力的應(yīng)用》同步練習(xí)3-1

洛倫茲力的應(yīng)用洛倫茲力的應(yīng)用 同步練習(xí)同步練習(xí) 一 選擇題一 選擇題 每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)正確 選對(duì)得每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)正確 選對(duì)得5分 選不全得分 選不全得3分 錯(cuò)選不得分 共分 錯(cuò)選不得分 共 40分分 1 2012 廣州高二檢測(cè)廣州高二檢測(cè) 一個(gè)電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 則此空間一個(gè)電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 則此空間 A 一定不存在磁場(chǎng) 一定不存在磁場(chǎng) B 可能只存在電場(chǎng) 可能只存在電場(chǎng) C 可能存在方向重合的電場(chǎng)和磁場(chǎng) 可能存在方向重合的電場(chǎng)和磁場(chǎng) D 可能存在正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng) 可能存在正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng) 解析 解析 若電子運(yùn)動(dòng)的方向沿電場(chǎng)線或沿磁場(chǎng)線 電子的運(yùn)動(dòng)軌跡均為直線 不發(fā)生偏若電子運(yùn)動(dòng)的方向沿電場(chǎng)線或沿磁場(chǎng)線 電子的運(yùn)動(dòng)軌跡均為直線 不發(fā)生偏 轉(zhuǎn) 故轉(zhuǎn) 故A錯(cuò)誤 錯(cuò)誤 B C正確 若電場(chǎng)與磁場(chǎng)垂直 電子垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向進(jìn)入混合正確 若電場(chǎng)與磁場(chǎng)垂直 電子垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向進(jìn)入混合 場(chǎng)中 若洛倫茲力與電場(chǎng)力等大反向 則電子也不偏轉(zhuǎn) 故場(chǎng)中 若洛倫茲力與電場(chǎng)力等大反向 則電子也不偏轉(zhuǎn) 故D正確 正確 答案 答案 BCD 2 如圖 如圖1所示為一所示為一 濾速器濾速器 裝置示意圖 裝置示意圖 a b為水平放置的平行金為水平放置的平行金 屬板 一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔屬板 一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進(jìn)入進(jìn)入a b兩板兩板 之間 為了選取具有某種特定速率的電子 可在之間 為了選取具有某種特定速率的電子 可在a b間加上電壓 并間加上電壓 并圖圖1 沿垂直于紙面的方向加一勻強(qiáng)磁場(chǎng) 使所選電子仍能夠沿水平直線沿垂直于紙面的方向加一勻強(qiáng)磁場(chǎng) 使所選電子仍能夠沿水平直線OO 運(yùn)動(dòng) 由運(yùn)動(dòng) 由O 射出 不計(jì)重力作用 可能達(dá)到上述目的的辦法是射出 不計(jì)重力作用 可能達(dá)到上述目的的辦法是 A 使 使a板電勢(shì)高于板電勢(shì)高于b板 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里板 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 B 使 使a板電勢(shì)低于板電勢(shì)低于b板 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里板 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 C 使 使a板電勢(shì)高于板電勢(shì)高于b板 磁場(chǎng)方向垂直紙面向外板 磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 D 使 使a板電勢(shì)低于板電勢(shì)低于b板 磁場(chǎng)方向垂直紙面向外板 磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 解析 解析 a板電勢(shì)高于板電勢(shì)高于b板時(shí) 空間有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng) 電子向右運(yùn)動(dòng)時(shí) 受到豎直板時(shí) 空間有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng) 電子向右運(yùn)動(dòng)時(shí) 受到豎直 向上的電場(chǎng)力作用 同時(shí)垂直紙面向里勻強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)電子施加豎直向下的洛倫茲力作用 如向上的電場(chǎng)力作用 同時(shí)垂直紙面向里勻強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)電子施加豎直向下的洛倫茲力作用 如 果電場(chǎng)力和洛倫茲力大小相等 則電子沿直線通過該裝置 選項(xiàng)果電場(chǎng)力和洛倫茲力大小相等 則電子沿直線通過該裝置 選項(xiàng)A正確 正確 B錯(cuò)誤 同理 選錯(cuò)誤 同理 選 項(xiàng)項(xiàng)C錯(cuò)誤 錯(cuò)誤 D正確 正確 答案 答案 AD 3 2012 寧波高二檢測(cè)寧波高二檢測(cè) 如圖如圖2所示 一個(gè)靜止的質(zhì)量為所示 一個(gè)靜止的質(zhì)量為m 帶電量 帶電量 為 為 q的帶電粒子的帶電粒子 不計(jì)重力不計(jì)重力 經(jīng)電壓 經(jīng)電壓U加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度 為為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 粒子打至的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 粒子打至P點(diǎn) 設(shè)點(diǎn) 設(shè)OP x 能正確反映 能正確反映x與與U 之間函數(shù)關(guān)系的之間函數(shù)關(guān)系的x U圖像是圖圖像是圖3中的中的 圖圖2 圖圖3 解析 解析 電場(chǎng)加速電場(chǎng)加速qU mv2 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 1 2 qvB m x 2r v2 r 所以有所以有x B正確 正確 2 B 2mU q 答案 答案 B 4 如圖 如圖4所示 一束質(zhì)量 速度和帶電荷量不同的正離子垂直地射入所示 一束質(zhì)量 速度和帶電荷量不同的正離子垂直地射入 正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域里 結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子原來的運(yùn)動(dòng)方正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域里 結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子原來的運(yùn)動(dòng)方 向未發(fā)生任何變化 如果讓這些不偏轉(zhuǎn)離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 發(fā)向未發(fā)生任何變化 如果讓這些不偏轉(zhuǎn)離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 發(fā)圖圖4 現(xiàn)這些離子又分裂成幾束 對(duì)這些進(jìn)入后一磁場(chǎng)的離子 可得出結(jié)論現(xiàn)這些離子又分裂成幾束 對(duì)這些進(jìn)入后一磁場(chǎng)的離子 可得出結(jié)論 A 它們的動(dòng)能一定各不相同 它們的動(dòng)能一定各不相同 B 它們的帶電荷量一定各不相同 它們的帶電荷量一定各不相同 C 它們的質(zhì)量一定各不相同 它們的質(zhì)量一定各不相同 D 它們的帶電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同 它們的帶電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同 解析 解析 能夠通過速度選擇器的粒子 說明它們進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)具有相同的速度 能夠通過速度選擇器的粒子 說明它們進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)具有相同的速度 而在第二個(gè)磁場(chǎng)中又分裂成幾束 說明它們的運(yùn)轉(zhuǎn)半徑不同 而在第二個(gè)磁場(chǎng)中又分裂成幾束 說明它們的運(yùn)轉(zhuǎn)半徑不同 由由qBv m得得R 在 在v B相同時(shí) 只能說明它們的相同時(shí) 只能說明它們的 即即 不同 故不同 故D正確 正確 v2 R mv qB m q q m 答案 答案 D 5 如圖 如圖5甲所示 一帶電粒子以水平初速度甲所示 一帶電粒子以水平初速度v0 v0W2 B 一定是 一定是W1 W2 C 一定是 一定是W1 W2 D 可能是 可能是W1W2 解析 解析 洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功 只有電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做功 且洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功 只有電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做功 且W Eq y 其中 其中y 為帶電粒子沿電場(chǎng)力方向偏移的距離 因圖乙中洛倫茲力的存在 使粒子在電場(chǎng)方向上偏為帶電粒子沿電場(chǎng)力方向偏移的距離 因圖乙中洛倫茲力的存在 使粒子在電場(chǎng)方向上偏 移的距離移的距離y2比圖甲中偏移的距離比圖甲中偏移的距離y1小 故有小 故有W1 W2 A正確 正確 答案 答案 A 6 如圖 如圖6所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 帶電粒子被加速電所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 帶電粒子被加速電 場(chǎng)加速后 進(jìn)入速度選擇器 速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)加速后 進(jìn)入速度選擇器 速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁 場(chǎng)場(chǎng) 和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和和E 平板 平板S上有可讓粒子通過的狹上有可讓粒子通過的狹 縫縫P和記錄粒子位置的膠片和記錄粒子位置的膠片A1A2 平板 平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 下列表述正確的是的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 下列表述正確的是 圖圖6 A 質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B 速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 C 能通過狹縫 能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于的帶電粒子的速率等于E B D 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P 粒子的比荷越小 粒子的比荷越小 解析 解析 因同位素原子的化學(xué)性質(zhì)完全相同 無法用化學(xué)方法進(jìn)行分析 故質(zhì)譜儀就成因同位素原子的化學(xué)性質(zhì)完全相同 無法用化學(xué)方法進(jìn)行分析 故質(zhì)譜儀就成 為同位素分析的重要工具 為同位素分析的重要工具 A正確 在速度選擇器中 帶電粒子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力在正確 在速度選擇器中 帶電粒子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力在 粒子沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)等大反向 結(jié)合左手定則可知粒子沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)等大反向 結(jié)合左手定則可知B正確 再由正確 再由qE qvB有有v E B C正確 正確 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B0中中R 所以所以 D錯(cuò)誤 錯(cuò)誤 mv qB0 q m v B0R 答案 答案 ABC 7 美國物理學(xué)家勞倫斯于 美國物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明的回旋加速器 應(yīng)用帶電粒年發(fā)明的回旋加速器 應(yīng)用帶電粒 子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 能使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng)子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 能使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng) 過過 電場(chǎng)的多次加速獲得較大的能量 使人類在獲得較高能量帶電粒子電場(chǎng)的多次加速獲得較大的能量 使人類在獲得較高能量帶電粒子 方面前進(jìn)了一步 圖方面前進(jìn)了一步 圖7為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖 其中盒縫間為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖 其中盒縫間圖圖7 的加速電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小恒定 且被限制在的加速電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小恒定 且被限制在A C板間 如圖所示 帶電粒子從板間 如圖所示 帶電粒子從P0處以速處以速 度度v0沿電場(chǎng)線方向射入加速電場(chǎng) 經(jīng)加速后再進(jìn)入沿電場(chǎng)線方向射入加速電場(chǎng) 經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)形盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn) 動(dòng) 對(duì)于這種改進(jìn)后的回旋加速器 下列說法正確的是動(dòng) 對(duì)于這種改進(jìn)后的回旋加速器 下列說法正確的是 A 帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次 帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次 B 帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周 帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周P1P2 P2P3 C 加速粒子的最大速度與 加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)形盒的尺寸有關(guān) D 加速電場(chǎng)方向需要做周期性的變化 加速電場(chǎng)方向需要做周期性的變化 解析 解析 由圖可以看出 帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次 由圖可以看出 帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次 A錯(cuò)誤 由錯(cuò)誤 由R 和和 mv qB Uq mv mv 可知 帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周 電場(chǎng)力做功都相同 動(dòng)能增量都相同 但可知 帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周 電場(chǎng)力做功都相同 動(dòng)能增量都相同 但 1 22 2 1 22 1 速度的增量不相同 故粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑增加量不相同 速度的增量不相同 故粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑增加量不相同 B錯(cuò)誤 由錯(cuò)誤 由v 可知 加可知 加 qBR m 速粒子的最大速度與速粒子的最大速度與D形盒的半徑形盒的半徑R有關(guān) 有關(guān) C正確 由正確 由T 可知 粒子運(yùn)動(dòng)的周期不隨可知 粒子運(yùn)動(dòng)的周期不隨v 2 m Bq 而變 故而變 故D錯(cuò)誤 錯(cuò)誤 答案 答案 C 8 如圖 如圖8所示 在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 速所示 在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 速 率不同的一束質(zhì)子從邊緣的率不同的一束質(zhì)子從邊緣的M點(diǎn)沿半徑方向射入磁場(chǎng)區(qū)域 關(guān)于質(zhì)點(diǎn)沿半徑方向射入磁場(chǎng)區(qū)域 關(guān)于質(zhì) 子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)下列說法正確的是子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)下列說法正確的是 圖圖8 A 運(yùn)動(dòng)軌跡越長的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長 運(yùn)動(dòng)軌跡越長的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長 B 運(yùn)動(dòng)軌跡越短的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長 運(yùn)動(dòng)軌跡越短的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長 C 運(yùn)動(dòng)速率大的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長 運(yùn)動(dòng)速率大的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長 D 運(yùn)動(dòng)速率小的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長 運(yùn)動(dòng)速率小的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長 解析 解析 根據(jù)質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況做出不同速率的質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡如根據(jù)質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況做出不同速率的質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡如 圖所示 由圖和圖所示 由圖和r 可知 質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)速率可知 質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)速率v1 v2 顯然運(yùn)動(dòng)軌跡 顯然運(yùn)動(dòng)軌跡 mv qB s1 s2 1 2 且質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 且質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t 正確答案為 正確答案為B D項(xiàng) 項(xiàng) 答案 答案 BD 二 非選擇題二 非選擇題 每小題每小題10分 共分 共20分分 9 回旋加速器 回旋加速器D形盒中央為質(zhì)子源 形盒中央為質(zhì)子源 D形盒的交流電壓為形盒的交流電壓為U 靜止質(zhì)子經(jīng)電場(chǎng)加速后 靜止質(zhì)子經(jīng)電場(chǎng)加速后 進(jìn)入進(jìn)入D形盒 其最大軌道半徑為形盒 其最大軌道半徑為R 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 質(zhì)子質(zhì)量為 質(zhì)子質(zhì)量為m 求 求 1 質(zhì)子最初進(jìn)入質(zhì)子最初進(jìn)入D形盒的動(dòng)能多大 形盒的動(dòng)能多大 2 質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動(dòng)能多大 質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動(dòng)能多大 3 交流電的頻率是多少 交流電的頻率是多少 解析 解析 1 粒子在電場(chǎng)中加速 由動(dòng)能定理得 粒子在電場(chǎng)中加速 由動(dòng)能定理得 eU Ek 0 解得 解得Ek eU 2 質(zhì)子在回旋加速器的磁場(chǎng)中繞行的最大半徑為質(zhì)子在回旋加速器的磁場(chǎng)中繞行的最大半徑為R 由牛頓第二定律得 由牛頓第二定律得 evB m v2 R 質(zhì)子的最大動(dòng)能 質(zhì)子的最大動(dòng)能 Ekm mv2 1 2 解解 式得 式得 Ekm e2B2R2 2m 3 f 1 T eB 2 m 答案 答案 1 eU 2 3 e2B2R2 2m eB 2 m 10 2012 威海模擬威海模擬 如圖如圖9所示 相距為所示 相距為R的兩塊平行金屬板的兩塊平行金屬板M N 正對(duì)著放置 正對(duì)著放置 s1 s2分別為分別為M N板上的小孔 板上的小孔 s1 s2 O三點(diǎn)共線 三點(diǎn)共線 它們的連線垂直它們的連線垂直M N 且 且s2O R 以 以O(shè)為圓心 為圓心 R為半徑的圓形為半徑的圓形 區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) D 為收集板 收集板上各點(diǎn)到為收集板 收集板上各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離以及兩端點(diǎn)點(diǎn)的距離以及兩端點(diǎn)A和和C的距離都為的距離都為2R 圖圖9 板兩端點(diǎn)的連線板兩端點(diǎn)的連線AC垂直垂直M N板 質(zhì)量為板 質(zhì)量為m 帶電量為 帶電量為 q的粒子 經(jīng)的粒子 經(jīng)s1進(jìn)入進(jìn)入M N 間的電場(chǎng)后 通過間的電場(chǎng)后 通過s2進(jìn)入磁場(chǎng) 粒子在進(jìn)入磁場(chǎng) 粒子在s1處的速度和粒子所受的重力均不計(jì) 處的速度和粒子所受的重力均不計(jì) 1 當(dāng)當(dāng)M N間的電壓為間的電壓為Ux時(shí) 求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小時(shí) 求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小vx 2 要使粒子能夠打在收集板要使粒子能夠打在收集板D上 求在上 求在M N間所加電壓的范圍 間所加電壓的范圍 解析 解析 1 粒子從粒子從s1到達(dá)到達(dá)s2的過程中 根據(jù)動(dòng)能定理得 的過程中 根據(jù)動(dòng)能定理得