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2019-2020年高二物理下學(xué)期 有界磁場學(xué)業(yè)水平考試練習(xí) 班級 姓名 1．如圖所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為電場和磁場的理想邊界，一束電子（電量為e，質(zhì)量為m，重力不計）由靜止狀態(tài)從P點經(jīng)過Ⅰ、Ⅱ間的電場加速后垂直到達邊界Ⅱ的Q點。勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，磁場邊界寬度為d，電子從磁場邊界Ⅲ穿出時的速度方向與電子原來的入射方向夾角為30。求： d B Q P ● ⅠⅠP Ⅲ Ⅱ （1）電子在磁場中運動的時間t； （2）若改變PQ間的電勢差，使電子剛好不能從邊界Ⅲ射出，則此時PQ間的電勢差U是多少？ 2．如圖所示，y軸上A點距坐標原點的距離為L，坐標平面內(nèi)有邊界過A點和坐標原點O的圓形勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直坐標平面向里。有一電子（質(zhì)量為m、電荷量為e）從A點以初速度v0沿著x軸正方向射入磁場區(qū)域，并從x軸上的B點射出磁場區(qū)域，此時速度方向與x軸正方向之間的夾角為60。求： （1）磁場的磁感應(yīng)強度大??；（2）電子在磁場中運動的時間。 3如圖所示，有一對平行金屬板，兩板相距為0.05m．電壓為10V；兩板之間有勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B0=0.1T，方向與金屬板面平行并垂直于紙面向里．圖中右邊有一半徑R為0.1m、圓心為O的圓形區(qū)域內(nèi)也存在勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為，方向垂直于紙面向里．一正離子沿平行于金屬板面，從A點垂直于磁場的方向射入平行金屬板之間，沿直線射出平行金屬板之間的區(qū)域，并沿直徑CD方向射入圓形磁場區(qū)域，最后從圓形區(qū)域邊界上的F點射出．已知速度的偏向角，不計離子重力．求： θ A C D F O B0 B （1）離子速度v的大??； （2）離子的比荷q/m； （3）離子在圓形磁場區(qū)域中運動時間t． 4．如圖所示為質(zhì)譜儀上的原理圖，M為粒子加速器，電壓為U1＝5000V；N為速度選擇器， 磁場與電場正交，磁感應(yīng)強度為B1＝0.2T，板間距離為d ＝0.06m；P為一個邊長為l的正方形abcd的磁場區(qū)，磁感應(yīng)強度為B2＝0.1T，方向垂直紙面向外，其中dc的中點S開有小孔，外側(cè)緊貼dc放置一塊熒光屏。今有一比荷為的正離子從靜止開始經(jīng)加速后，恰好通過速度選擇器，從a孔以平行于ab方向進入abcd磁場區(qū)，正離子剛好經(jīng)過小孔S 打在熒光屏上。求： （1）粒子離開加速器時的速度v； （2）速度選擇器的電壓U2； （3）正方形abcd邊長l。 5．如圖所示，一個質(zhì)量為，電荷量的帶電微粒（重力忽略不計），從靜止開始經(jīng)U1＝100 V電壓加速后，水平進入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場，偏轉(zhuǎn)電場的電壓U2＝100 V．金屬板長L＝20cm，兩板間距。求： （1）微粒進入偏轉(zhuǎn)電場時的速度大?。? （2）微粒射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角θ； （3）若該勻強磁場的寬度為D＝10 cm，為使微粒不會由磁場右邊射出，該勻強磁場的磁感應(yīng)強度B至少多大？ 6．在平面直角坐標系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y軸負方向的勻強電場，第Ⅳ象限存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正 電的粒子從y軸正半軸上的M點以一定的初速度垂直于y軸射入電場，經(jīng)x軸上的N點與x軸正方向成θ＝60角射入磁場，最后從y軸負半軸上的P點垂直于y軸射出磁場，已知ON=d,如圖所示.不計粒子重力，求： （1）粒子在磁場中運動的軌道半徑R； （2）粒子在M點的初速度v0的大小; （3）粒子從M點運動到P點的總時間t. 7．（18分）如圖，POy區(qū)域內(nèi)有沿y軸正方向的勻強電場，POx區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，OP與x軸成θ角．不計重力的負電荷，質(zhì)量為m、電量為q，從y軸上某點以初速度v0垂直電場方向進入，經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后垂直O(jiān)P進入磁場，又垂直x軸離開磁場．求： （1）電荷進入磁場時的速度大小 （2）電場力對電荷做的功 （3）電場強度E與磁感應(yīng)強度B的比值 8．扭擺器是同步輻射裝置中的插入件，能使粒子的運動軌跡發(fā)生扭擺。其簡化 模型如圖所示，Ⅰ、Ⅱ兩處為條形勻強磁場，磁場邊界豎直，相距為L。其中Ⅰ區(qū)的磁場寬度L1=L，磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反且垂直紙面。一質(zhì)量為m、電量為﹣q、重力不計的粒子，從靠近平行板電容器MN板處由靜止釋放，極板間電壓為U。粒子經(jīng)電場加速后平行于紙面射入Ⅰ區(qū)，射入時速度與水平方向夾角=30，從Ⅰ區(qū)右邊界射出時的速度與水平方向夾角也為30，求： （1）粒子射入Ⅰ區(qū)磁場前的速度v0的大小。 （2）磁感應(yīng)強度B的大小。 （3）要求粒子不從Ⅱ區(qū)右側(cè)射出，求Ⅱ區(qū)的磁場寬度L2的最小值。 1【答案】（1）（2） 【解析】 試題分析：（1）由及得電子在磁場中運動周期 電子在磁場中運動時間解得 （2）電子剛好不從邊界Ⅲ穿出時軌跡與邊界相切，運動半徑為R=d 由得，PQ間由 得 2【答案】（1）（2） 【解析】 試題分析：（1）過B點作電子出射速度方向的垂線交y軸于C點 則C點為電子在磁場中運動軌跡的圓心 由幾何知識∠ACB=60 設(shè)電子在磁場中運動的軌跡半徑為R 則R-L= R=2L 又 則 （2）由幾何知識∠ACB=60 則 得 考點：帶電粒子在勻強磁場中的運動. 3【答案】（1） （2） （3） 【解析】 試題分析：（1）離子在平行金屬板之間做勻速直線運動，洛侖茲力與電場力相等，即 （2分） （2分） 解得 （1分） （2）在圓形磁場區(qū)域，離子做勻速圓周運動，由洛侖茲力公式和牛頓第二定律有 （2分） 由幾何關(guān)系有 （2分） 離子的比荷 （2分） （3）弧CF對應(yīng)圓心角為，離子在圓形磁場區(qū)域中運動時間， （2分） 又周期 （1分） （2分） 考點：本題考查帶電粒子在電磁場中的運動 4【答案】（1）（2）（3）0.16m 【解析】 試題分析：（1）粒子加速過程 1分 粒子離開加速器時的速度 2分 （2）在速度選擇器運動過程中 1分 1分 速度選擇器的電壓 1分 （3）粒子在磁場區(qū)域勻速圓周運動 1分 1分 由幾何關(guān)系得 1分 正方形abcd邊長 1分 考點：動能定理 速度選擇器 牛頓第二定律 5【答案】（1）104m/s；（2）30；（3）0.346T； 【解析】 試題分析：（1）微粒在加速電場中由動能定理得： （2分） ①104m/s（1分） （2）微粒在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運動，有 ， 飛出電場時，速度偏轉(zhuǎn)角的正切為： ②（2分） 解得（1分） （3）進入磁場時微粒的速度是： ③（1分） 軌跡如圖，由幾何關(guān)系有： ④（1分） 洛倫茲力提供向心力有： ⑤（2分） 解得：。（1分） 所以，為使微粒不會由磁場右邊射出，該勻強磁場的磁感應(yīng)強度B至少為0.346 T。 考點：帶電粒子在電場中的運動、帶電粒子在勻強磁場中的運動 6【答案】（1）；（2）（3） 【解析】 試題分析：（1）做出帶電粒子的運動軌跡如圖 由三角形相關(guān)知識得 （2）由 得 在N點速度v與x軸正方向成θ＝60角射出 電場，將速度分解如圖 cosθ= 得射出速度v=2v0， （3）粒子在電場中運動的時間t1，有d＝v0t1 所以 粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期 故 設(shè)粒子在磁場中運動的時間t2，有 所以,根據(jù)t=t1+t2 所以 考點：帶電粒子在勻強電場及在勻強磁場中的運動. 7【答案】（1） （2） （3） 【解析】 試題分析： 解：（1）設(shè)帶電粒子到達OP進入磁場前的瞬時速度為v，有： ① （2）由動能定理，電場力做的功為： ② （3）設(shè)帶電粒子在磁場中運動的半徑為R，由牛頓運動定律： ③ 依題意： ④ 有幾何關(guān)系： ⑤ 有： ⑥ 又： ⑦ 在y方向： ⑧ 聯(lián)立可得： ⑨ （評分說明：①②③④⑤⑥⑦⑧⑨每式2分 8【答案】（1）（2）（3） 【解析】 試題分析：（1）設(shè)粒子射入磁場I區(qū)的速度為v，由 牛頓第二定律，得 ① （3分） 解得： ② （2分） （2）粒子的運動軌跡如圖1所示，由牛頓第二定律 得 ③ （3分） 由幾何知識 得 ④ （2分） 聯(lián)立①③④式，代入數(shù)據(jù) 得 ⑤ （2分） （3）如圖2所示，粒子不從II區(qū)右邊界射出，其運動軌跡 與II區(qū)右邊界相切，磁場的寬度至少應(yīng)為（2分） 由幾何關(guān)系 ⑥ （2分） 聯(lián)立得 （2分） 即II區(qū)磁場的寬度L2至少應(yīng)為 考點：考查了帶電粒子在有界磁場中的運動