1、扬州市高三物理一轮复习 课后练习 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校： 仪征 中学 主备： 许强龙 编号： 001 1 第 5 课时 磁场与现代科技 高三（ ） 姓名 评价 （ ） 1 如图所示的平行板器件中 ,电场强度 E和磁感应强度 B相互垂直 ,具有不同水平速度的带电粒子从 P孔射入后发生偏转的情况不同 .利用这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来 ,所以叫做速度选择器 .若正离子 (不计重力 )以水平速度 Ev B 射入速度选择器 ,则 A. 正离子从 P孔射入后 ,能沿着图示虚线路径通过速度选择器 B. 正离子从 Q孔射入后 ,能沿着图示虚线路径通过速度选择器 C. 仅改变
2、离子的电性 ,负离子从 P孔射入后 ,不能沿图示虚线路径通过速度选择器 D. 仅改变离子的电荷量 ,正离子从 P 孔射入后 ,不能沿图示虚线路径通过速度选择器 （ ） 2 如图所示 ,回旋加速器 D形盒的半径为 R,所加磁场的磁感应强度为 B,被加速的质子从 D形盒中央由静止出发 ,经交变电场加速后射出 .设质子在磁场中做匀速圆周运动的周期为 T,若忽略质子在电场中的加速时间 ,则下列说法中正确的是 A. 如果只增大交变电压 U,则质子在加速器中运行时间将变短 B. 如果只增大交变电压 U,则电荷的最大动能会变大 C. 质子在电场中加速的次数越多 ,其最大动能越大 D. 高频交变电流的周期应为
3、 2T （ ） 3 如图所示是质谱仪工作原理的示意图，带电粒子 a、 b 经电压 U 加速 (在 A 点初速度为 0)后，进入磁感应强度为 B 的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板 S上的 x1、 x2处图中半圆形的虚线分别表示带电粒子 a、 b 所通过的路径，则 A a 的质量一定大于 b 的质量 B a 的电荷量一 定大于 b 的电荷量 C a 运动的时间大于 b 运动的时间 D a 的比荷大于 b 的比荷 （ ） 4 一束几种不同的正离子 ,垂直射入有正交的匀强磁场和匀强电场区域里 ,离子束保持原运动方向未发生偏转 ,接着进入另一匀强磁场 ,发现这些离子分成几束 ,如图所示。对这
4、些正离子 ,可得出结论 A. 它们的动能一定各不相同 B. 它们的电量一定各不相同 C. 它们的质量一定各不相同 D. 它们的比荷一定各不相同 （ ） 5 目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度磁强计的原理如图 10 所示，电路有一段金属导体，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中的自扬州市高三物理一轮复习 课后练习 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校： 仪征 中学 主备： 许强龙 编号： 001 2 由电子数为 n，电子电荷量为 e，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可
5、视为匀速运动两电极 M、 N 均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为 U.则磁感应强度的大小和电极 M、 N 的正负为 ( ) A.nebUI ， M 正、 N 负 B. neaUI ， M 正、 N 负 C.nebUI ， M 负、 N 正 D.neaUI ， M 负、 N 正 （ ） 6 环型对撞机是研究高能粒子的重要装置 ,如图所示 ,比荷相等的正、负离子由静止都经过电压为 U 的直线加速器加速后 ,沿圆环切线方向同时注入对撞机的高真空环状空腔内 ,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场 ,磁感应强度大小为 B。正、负离子在环状空腔内只受洛伦兹力作用而沿相
6、反方向做半径相等的匀速圆周运动 ,然后在碰撞区迎面相撞 ,不考虑相对论效应 ,下列说法正确的是 A. 所加的匀强磁场的方向应垂直圆环平面向外 B. 若加速电压一定 ,离子的比荷 越大 ,磁感应强度 B 越小 C. 磁感应强度 B 一定时 ,比荷 相同的离子加速后 ,质量大的离子动能小 D. 对于给定的正、负离子 ,加速电压 U 越大 ,离子在环状空腔磁场中的运动时间越长 7 对铀 235 的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义 。 如图所示 ， 质量为 m、电荷量为 q 的铀 235 离子 ， 从容器 A 下方的小孔 S1不断飘入加速电场 ， 其初速度可视为零 ，然后经过小孔 S2垂直于
7、磁场方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中 ， 做半径为 R 的匀速圆周运动 ， 离子行进半个圆周后离开磁 场并被收集 ， 离开磁场时离子束的等效电流为 I。不考虑离子重力及离子间的相互作用 。 (1)求加速电场的电压 U。 (2)求出在离子被收集的过程中任意时间 t 内收集到离子的质量 M。 (3)实际上加速电压的大小会在 UU 范围内微小变化 。 若容器 A 中有电荷量相同的铀 235 和铀 238 两种离子 ， 如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离 ， 为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠 ， UU 应小于多少 ？ (结果用百分数表示 ， 保留两位有效数字 ) 扬州市高三
8、物理一轮复习 课后练习 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校： 仪征 中学 主备： 许强龙 编号： 001 3 第 1 课时 牛顿第一定律 牛顿第 三 定律 参考答案 1、解析 ： 选 A 正离子从 P 孔射入时 ,电场力与洛伦兹力等大反向 ,正离子从 Q 孔射入时 ,电场力与洛伦兹力等大同向 ,A 正确 ,B错误 ;由 qE=qvB,可见速度选择器与带电粒子的电荷量和电性无关 ,CD 错误 . 2、 解析： 选 A 带电粒子在回旋加速器中做圆周运动 ,洛伦兹力充当向心力 , Bqv mv20R,质子出磁场的速度 qBRv m ,无论交变电压 U 增大还是减小 ,质子出磁场的速度相同 ,动
9、能也就相同 ,BC 错误 ;如果增大交变电流的电压 ,质子每次通过电场 ,速度的增加量要变大 ,质子在D形盒中会少转几圈就出来 ,而质子转一圈需要的时间 T 2mBq 一定 ,即质子在加速器中运行的时间将变短 ,A 正确 ;质子一个周期内在电场中被加速两次 ,而一个周期内交变电流也改变两次方向 ,所以高频交变电流的周期也为 T,D 错误 . 3、 解析： 选 D 粒子经电场加速的过程，由动能定理有： qU 12mv20；粒子在磁场中运动，由牛顿第二定律知 Bqv0 mv20R，所以 R1B 2mUq ，由图知 Raqbmb， A、 B 错，D 对；因周期为 T 2mBq ， a、 b 粒子运行
10、时间均为 T2，所以 a 运动的时间小于 b 运动的时间，C 错 4、 解析： 选 D 在电磁场中 ,正离子受到的洛伦兹力 F 洛 与电场力 F 电 相等 ,从而做直线运动 ,有 Eq=qvB1,v= ,即所有正离子速度都相同 ,当正离子进入磁场 B2 中时 ,r= ,正离子分成几束 ,则 r 不同 ,比荷一定各不相同 ,D 正确。 5、 解析： 选 C 由左手定则知，金属中的电子在洛伦兹力的作用下将向前侧面聚集、故 M负、 N 正由 F 电 F 洛 ，即 Ua e Bev， I nevS nevab，得 B nebUI . 6、 解析： 选 B 根据图示可知 ,正离子做逆时针方向的匀速圆周运
11、动 ,负离子做顺时针方向的匀速圆周运动 ,磁场方向应垂直圆环平面向里 ,选项 A 错误 ;离子在加速电场中 ,qU=mv2,在环状空腔中的圆周运动满足 qvB=m ,则 B= ,对于比荷相等的正、负离子 ,加速电压一定 ,运动半径一定 ,则离子比荷越大 ,所需磁场的磁感应强度越小 ,选项 B 正确 ;离子在磁场中的运动速度为 v= ,磁感应强度相同 ,半径一定 ,比荷相同 ,正、负离子做圆周运动的速度相等 ,质量大的离子 ,其动能一定大 ,选项 C错误 ;离子在环状空腔磁场中的运动时间为t= = ,与加速电压无关 ,选项 D 错误。 扬州市高三物理一轮复习 课后练习 选修 3-1 第 3 章
12、磁场 负责学校： 仪征 中学 主备： 许强龙 编号： 001 4 7、 解析 (1)设离子经电场加速后进入磁场时的速度为 v，由动能定理得 qU 12mv2 离子在磁场中做匀速圆周运动，所受洛伦兹力充当向心力， 即 qvB mv2R 由 式解得 U qB2R22m (2)设在 t 时间内收集到的离子个数为 N，总电荷量为 Q， 则 Q It N Qq M Nm 由 式解得 M mItq (3)由 式有 R 1B 2mUq 设 m 为铀 238 离子的质量，由于电压在 UU 之间有微小变化，铀 235 离子在磁场中最大半径为 Rmax 1B 2mU Uq 铀 238 离子在磁场中最小半径为 R min 1B 2m U Uq 10 这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为 RmaxR min 即 1B 2mU Uq 1B 2m U Uq 则有 m(U U)m (U U) UU m mm m 其中铀 235 离子的质量 m 235 u(u 为原子质量单位 )，铀 238 离子的质量 m 238 u，故 UU 238 u 235 u238 u 235 u 解得 UU 0.63 % 答案 (1)qB2R22m (2)mItq (3)小于 0.63%
