課時(shí)分層作業(yè)18　洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)

1、課時(shí)分層作業(yè)(十八)洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練(15分鐘48分)選擇題(共8小題，每小題6分)1(多選)運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)(無(wú)其他場(chǎng))中，可能做的運(yùn)動(dòng)是()A勻速圓周運(yùn)動(dòng)B平拋運(yùn)動(dòng)C自由落體運(yùn)動(dòng)D勻速直線運(yùn)動(dòng)AD若運(yùn)動(dòng)電荷平行磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)，則電荷做勻速直線運(yùn)動(dòng)，若運(yùn)動(dòng)電荷垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)，則電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，A、D正確；由于電荷的質(zhì)量不計(jì)，故電荷不可能做平拋運(yùn)動(dòng)或自由落體運(yùn)動(dòng)，B、C錯(cuò)誤2水平長(zhǎng)直導(dǎo)線中有恒定電流I通過(guò)，導(dǎo)線正下方的電子初速度方向與電流方向相同，如圖3­6­15所示，則電子的運(yùn)動(dòng)情況是()圖3­6­15A沿路徑Oa運(yùn)動(dòng)B沿路徑O

2、b運(yùn)動(dòng)C沿路徑Oc運(yùn)動(dòng)D沿路徑Od運(yùn)動(dòng)D由安培定則知導(dǎo)線下方的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，再由左手定則知電子的運(yùn)動(dòng)情況只能是Oc或Od路徑而遠(yuǎn)離導(dǎo)線磁場(chǎng)減弱B減小，由半徑公式r，可知r增大，所以只能是Od路徑，故D正確3如圖3­6­16所示，在垂直紙面向里的足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有a、b兩個(gè)電子從同一處沿垂直磁感線方向開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，a的初速度為v，b的初速度為2v.則()圖3­6­16Aa先回到出發(fā)點(diǎn)Bb先回到出發(fā)點(diǎn)Ca、b同時(shí)回到出發(fā)點(diǎn)D不能確定C電子再次回到出發(fā)點(diǎn)，所用時(shí)間為運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T，與電子運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)4質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子

3、M和N，以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，運(yùn)行的半圓軌跡如圖3­6­17中虛線所示，下列表述正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：52592123】圖3­6­17AM帶負(fù)電，N帶正電BM的速率小于N的速率C洛倫茲力對(duì)M、N做正功DM的運(yùn)行時(shí)間大于N的運(yùn)行時(shí)間A根據(jù)左手定則可知N帶正電，M帶負(fù)電，A正確；因?yàn)閞，而M的半徑大于N的半徑，所以M的速率大于N的速率，B錯(cuò)誤；洛倫茲力不做功，C錯(cuò)誤；M和N的運(yùn)行時(shí)間都為t，D錯(cuò)誤故選A.5.如圖3­6­18所示，有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界線SPMN，速度不同的同種帶電粒子從S點(diǎn)沿SP方向同時(shí)射入磁場(chǎng)，其中穿過(guò)a點(diǎn)的

4、粒子速度v1與MN垂直，穿過(guò)b點(diǎn)的粒子，其速度方向與MN成60°角，設(shè)兩粒子從S到a、b所需的時(shí)間分別為t1、t2，則t1t2為()圖3­6­18A13B43C11D32D畫(huà)出運(yùn)動(dòng)軌跡，過(guò)a點(diǎn)的粒子轉(zhuǎn)過(guò)90°，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1過(guò)b點(diǎn)的粒子轉(zhuǎn)過(guò)60°，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2，故t1t232故選項(xiàng)D正確6. (多選)如圖3­6­19所示，為粒子速度選擇器的原理示意圖，如果粒子所具有的速率v，以下說(shuō)法正確的是()圖3­6­19A帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，才能沿直線通過(guò)B帶負(fù)電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，

5、才能沿直線通過(guò)C不論粒子電性如何，沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過(guò)D不論粒子電性如何，沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過(guò)AC帶正電粒子沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，所受的電場(chǎng)力豎直向下，由左手定則判斷可知，洛倫茲力方向豎直向上，兩個(gè)力能平衡，粒子能沿直線通過(guò)，若粒子ba方向進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，洛倫茲力方向豎直向下，與電場(chǎng)力方向相同，兩力不能平衡，則粒子向下偏轉(zhuǎn)，故A正確帶負(fù)電粒子沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，所受的電場(chǎng)力豎直向上，由左手定則判斷可知，洛倫茲力方向豎直向上，粒子向上偏轉(zhuǎn)，不能沿直線通過(guò)場(chǎng)區(qū)帶負(fù)電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，才能沿直線通過(guò)，故B錯(cuò)誤由上分析得知，不論粒子電性如何，

6、沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過(guò)，故C正確，D錯(cuò)誤故選A、C.7(多選)用回旋加速器加速質(zhì)子時(shí)，所加交變電壓的頻率為f，為了使質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增加為原來(lái)的4倍，可采用下列哪幾種方法 () 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：52592124】A將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來(lái)的2倍B將D形金屬盒的半徑增大為原來(lái)的2倍C將兩D形金屬盒間的加速電壓增大為原來(lái)的4倍D將交變電壓的頻率增大為原來(lái)的4倍AB帶電粒子從D形盒中射出時(shí)的動(dòng)能Ekmmv帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則最大圓周半徑R由可得Ekm，顯然，當(dāng)帶電粒子q、m一定時(shí)，則EkmR2B2，即Ekm與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、D形金屬盒的半徑R的平方成正比，與加速電場(chǎng)的

7、電壓無(wú)關(guān)，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤8如圖3­6­20所示，重力不計(jì)、初速度為v的正電荷，從a點(diǎn)沿水平方向射入有明顯左邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，若邊界右側(cè)的磁場(chǎng)范圍足夠大，該電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后()圖3­6­20A動(dòng)能發(fā)生改變B運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)完整的圓，正電荷始終在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)C運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半圓，并從a點(diǎn)上方某處穿出邊界向左射出D運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半圓，并從a點(diǎn)下方某處穿出邊界向左射出C洛倫茲力不做功，電荷的動(dòng)能不變，A錯(cuò)誤；由左手定則知，正電荷剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受到的洛倫茲力的方向向上，電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半圓，并從a點(diǎn)上方某處穿出邊

8、界向左射出，B、D錯(cuò)誤，C正確能力提升練(25分鐘52分)一、選擇題(共4小題，每小題6分)1(多選)如圖3­6­21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)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)下列表述正確的是()圖3­6­21A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)方向垂直紙面向里C能通過(guò)的狹縫P的帶電粒子的速率等于D粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越大ACD進(jìn)入B0的粒子滿足，知道粒子電量

9、后，便可求出m的質(zhì)量，所以質(zhì)譜儀可以用來(lái)分析同位素，A正確；假設(shè)粒子帶正電，則受電場(chǎng)力向右，故洛倫茲力必向左，由左手定則可判斷磁場(chǎng)方向垂直直面向外，B錯(cuò)誤；由qEqvB，得v，此時(shí)離子受力平衡，可沿直線穿過(guò)速度選擇器，C正確；由，知R越小，荷質(zhì)比越大，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑越小荷質(zhì)比越大，D正確2(多選)如圖3­6­22所示，在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)在邊長(zhǎng)為2R的正方形區(qū)域里也有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同兩個(gè)相同的帶電粒子以相同的速率分別從M、N兩點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)在M點(diǎn)射入的帶電粒子，其速度方向指向圓心；在N點(diǎn)射入的帶電粒子，

10、速度方向與邊界垂直，且N點(diǎn)為正方形邊長(zhǎng)的中點(diǎn)，則下列說(shuō)法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：52592125】圖3­6­22A帶電粒子在磁場(chǎng)中飛行的時(shí)間可能相同B從M點(diǎn)射入的帶電粒子可能先飛出磁場(chǎng)C從N點(diǎn)射入的帶電粒子可能先飛出磁場(chǎng)D從N點(diǎn)射入的帶電粒子不可能比M點(diǎn)射入的帶電粒子先飛出磁場(chǎng)ABD假設(shè)粒子帶負(fù)電，畫(huà)軌跡草圖如圖所示，由圖可知粒子在圓形磁場(chǎng)中的軌跡長(zhǎng)度(或軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角)不會(huì)大于在正方形磁場(chǎng)中的，故A、B、D正確3. (多選)如圖3­6­23所示，兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向相同，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2，虛線MN為理想邊界現(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為e的電子以

11、垂直于邊界MN的速度v由P點(diǎn)沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中虛線所示的心形圖線，以下說(shuō)法正確的是()圖3­6­23A電子的運(yùn)動(dòng)軌跡為PDMCNEPB電子運(yùn)動(dòng)一周回到P點(diǎn)所用的時(shí)間TCB14B2DB12B2AD由左手定則可知，電子在P點(diǎn)所受的洛倫茲力的方向向上，軌跡為PDMCNFP，選項(xiàng)A正確；由題圖得兩磁場(chǎng)中軌跡圓的半徑比為12，由半徑r可得2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間tT1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤4(多選)如圖3­6­24，正方形容器處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一束電子從孔a垂直于磁場(chǎng)沿ab方向射入容器中，其中一部分從c孔射出

12、，一部分從d孔射出，容器處在真空中，下列說(shuō)法正確的是()圖3­6­24A從兩孔射出的電子速率之比為vcvd 21B從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比tctd 12C從兩孔射出的電子的加速度大小之比acad1D從兩孔射出的電子的加速度大小之比acad21ABD設(shè)磁場(chǎng)邊長(zhǎng)為a，如圖所示：粒子從c點(diǎn)離開(kāi)，其半徑為rc，粒子從d點(diǎn)離開(kāi)，其半徑為rd；由Bqvm，得出半徑公式r，又由運(yùn)動(dòng)軌跡知rc2rd，則vcvd21，故A正確； 由T，根據(jù)圓心角求出運(yùn)行時(shí)間tT.運(yùn)行時(shí)間td，tc，則tctd12，故B正確向心加速度：a，則acad21，故C錯(cuò)誤，D正確二、非選擇題(2小題，共

13、28分)5(14分)如圖3­6­25所示，、為電場(chǎng)和磁場(chǎng)的理想邊界，一束電子(電量為e，質(zhì)量為m，重力不計(jì))由靜止?fàn)顟B(tài)從P點(diǎn)經(jīng)過(guò)、間的電場(chǎng)加速后垂直到達(dá)邊界的Q點(diǎn)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)邊界寬度為d，電子從磁場(chǎng)邊界穿出時(shí)的速度方向與電子原來(lái)的入射方向夾角為30°.求：圖3­6­25(1)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；(2)若改變PQ間的電勢(shì)差，使電子剛好不能從邊界射出，則此時(shí)PQ間的電勢(shì)差U是多少？【解析】(1)由洛倫茲力提供向心力可得evB，且T得電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期T由幾何關(guān)系知電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間tTT.(2)電子剛好不從邊界穿出時(shí)軌跡與邊界相切，運(yùn)動(dòng)半徑為Rd由evBm得v電子在PQ間由動(dòng)能定理得eUmv20解得U.【答案】(1)(2)6(14分)回旋加速器的工作原理如圖3­6­26甲所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間狹縫的間距為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，被加速粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示，電壓的大小為U0.周期T.一束該種粒子在t0時(shí)間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫，其初速度視為零現(xiàn)考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，假設(shè)能夠出射的粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫均做加速運(yùn)動(dòng)，