课后作业(二十五)[
(时间45分钟,满分100分)
一、选择题(本题共9小题,每小题7分,共63分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得7分,选对但不全的得4分,有选错的得0分.)
1.
图8-3-21
场强为E的匀强电场与磁感应强度为B的匀强磁场正交,复合场的水平宽度为d,竖直方向足够长,如图8-3-21所示.现有一束带电荷量为+q、质量为m的粒子以各不相同的初速度v0沿电场方向射入场区,则那些能飞出场区的粒子的动能增量ΔEk可能为( )
A.dq(E+B) B.
C.qEd D.0
2.(2012·咸阳模拟)如图8-3-22所示,从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中,发现电子流向上极板偏转.设两极板间电场强度为E,磁感应强度为B.欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过,只采取下列措施,其中可行的是( )
图8-3-22
A.适当减小电场强度E
B.适当减小磁感应强度B
C.适当增大加速电场极板之间的距离
D.适当减小加速电压U
3.(2012·广州模拟)如图8-3-23是质谱仪的工作原理示意图.带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场.下列表述错误的是( )
图8-3-23
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外[中#教#网z#z#s#tep]
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的荷质比越小
4.
图8-3-24
(2013届铜川质检)磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能,是一种低碳环保发电机,有着广泛的发展前景.其发电原理示意图如图8-3-24所示,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的微粒,整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场区域有两块面积为S,相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路,设气流的速度为v,气体的电导率(电阻率的倒数)为g.则( )
A.两板间电势差为U=Bdv
B.上板是电源的正极,下板是电源的负极
C.流经R的电流强度为I=
D.流经R的电流强度为I=
5.
图8-3-25
利用霍尔效应制作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域.如图8-3-25是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD,下列说法中正确的是( )
A.电势差UCD仅与材料有关
B.若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势差UCD<0
C.仅增大磁感应强度时,电势差UCD变大
D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平
6.
[zzstep.com]
图8-3-26
如图8-3-26,空间某一区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一个带电粒子以某一初速度由A点进入这个区域沿直线运动,从C点离开区域;如果这个区域只有电场,则粒子从B点离开场区;如果这个区域只有磁场,则粒子从D点离开场区;设粒子在上述三种情况下,从A到B点、A到C点和A到D点所用的时间分别是t1、t2和t3,比较t1、t2和t3的大小,则有(粒子重力忽略不计)( )
A.t1=t2=t3 B.t2<t1<t3
C.t1=t2<t3 D.t1=t3>t2
7.
图8-3-27
(2012·黄冈模拟)质量为m的带电小球在正交的匀强电场、匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道平面在竖直平面内,电场方向竖直向下,磁场方向垂直圆周所在平面向里,如图8-3-27所示,由此可知( )
A.小球带正电,沿顺时针方向运动
B.小球带负电,沿顺时针方向运动
C.小球带正电,沿逆时针方向运动
D.小球带负电,沿逆时针方向运动
8.如图8-3-28所示,水平放置的平行金属板a、b带有等量异种电荷,a板带正电,两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场,若一个带正电的液滴在两板间做直线运动,其运动的方向是( )
图8-3-28
A.沿竖直方向向下 B.沿竖直方向向上
C.沿水平方向向左 D.沿水平方向向右
9.(2012·安康模拟)如图8-3-29所示,a、b是一对平行金属板,分别接到直流电源两极上,右边有一挡板,正中间开有一小孔d,在较大空间范围内存在着匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,在a、b两板间还存在着匀强电场E.从两板左侧中点C处射入一束正离子(不计重力),这些正离子都沿直线运动到右侧,从d孔射出后分为三束,则下列判断正确的是( )
图8-3-29[中教网]
A.这三束正离子的速度一定不相同
B.这三束正离子的质量一定不相同
C.这三束正离子的电量一定不相同
D.这三束正离子的比荷一定不相同
二、非选择题(本题共3小题,共37分.计算题要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位.)
10.
图8-3-30
(10分)如图8-3-30所示,在以坐标原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内,有相互垂直的匀强电场和匀强磁场,磁感应强度为B,磁场方向垂直于xOy平面向里.一带正电的粒子(不计重力)从O点沿y轴正方向以某一速度射入,带电粒子恰好做匀速直线运动,经t0时间从P点射出.
(1)求电场强度的大小和方向;
(2)若仅撤去磁场,带电粒子仍从O点以相同的速度射入,经时间恰从半圆形区域的边界射出.求粒子运动加速度的大小.
11.
图8-3-31
(12分)(2013届大连育明高中模拟)质谱仪的工作原理图如图8-3-31所示,A为粒子加速器,加速电压为U1;M为速度选择器,两板间有相互垂直的匀强磁场和匀强电场,匀强磁场的磁感应强度为B1,两板间距离为d;N为偏转分离器,内部有与纸面垂直的匀强磁场,磁感应强度为B2.一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子由静止经加速器加速后,恰能通过速度选择器,进入分离器后做圆周运动,并打到感光板P上.不计粒子重力.
(1)求粒子经粒子加速器A加速后的速度v的大小及速度选择器M两板间的电压U2;
(2)求粒子在偏转分离器N的磁场中做圆周运动的半径R;
(3)某同学提出:在其他条件不变的情况下,只减小加速电压U1,就可以使粒子在偏转分离器N的磁场中做圆周运动的半径减小,试分析他的说法是否正确.
12.(15分)(2012·浙江高考)如图8-3-32所示,两块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上.两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场.将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面,从喷口连续不断喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴.调节电源电压至U,墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动;进入电场、磁场共存区域后,最终垂直打在下板的M点.
[中教网]
图8-3-32
(1)判断墨滴所带电荷的种类,并求其电荷量;
(2)求磁感应强度B的值;
(3)现保持喷口方向不变,使其竖直下移到两板中间的位置.为了使墨滴仍能到达下板M点,应将磁感应强度调至B′,则B′的大小为多少?
答案及解析
1.【解析】 带电粒子可从左侧或右侧飞出场区,由于洛伦兹力不做功,电场力做功与路径无关,所以从左侧飞出时ΔEk=0,从右侧飞出时,ΔEk=qEd,故选项C、D正确.
【答案】 CD
2.【解析】 欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过,则qE=qvB,而电子流向上极板偏转,则qE>qvB,故应减小E或增大B、v.故A正确,B、C、D错误.
【答案】 A
3.【解析】 粒子先在电场中加速,进入速度选择器做匀速直线运动,最后进入磁场做匀速圆周运动.在速度选择器中受力平衡:qE=qvB得v=,方向由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外,B、C选项正确.进入磁场后,洛伦兹力提供向心力,由qvB0=,得R=,所以荷质比不同的粒子偏转半径不一样,所以, A项正确、D项错.
【答案】 D
4.【解析】 等离子体喷射入磁场后,在洛伦兹力F1=qBv的作用下正离子向上偏,负离子向下偏,则上板是电源的正极,下板是电源的负极,B对;两板间形成向下的电场,正、负离子将受到电场力F2=q阻碍其偏转,假设外电路断路,则qBv=q,即U=Bdv为电源电动势,A错.电源内阻为r=ρ=,由闭合电路欧姆定律得I==,C、D错.
【答案】 B
5.【解析】 根据q=qBv,得U=Bdv,所以电势差UCD取决于B、d、v,故A错误,C正确.电子带负电,根据左手定则,可确定B正确.赤道上方地磁场磁感线方向是水平的,而霍尔元件的工作面需要和磁场方向垂直,故工作面应竖直放置,D错误.
【答案】 BC
6.【解析】 在复合场中沿直线运动时,带电粒子速度大小和方向都不变,只有电场时,粒子沿初速度方向的分速度不变,故t1=t2.只有磁场时,粒子做匀速圆周运动,速度大小不变,方向时刻改变.沿初速度方向的分速度不断减小.故t1=t2<t3,C正确.[zzstep.com]
【答案】 C
7.【解析】 带电小球在复合场中做匀速圆周运动的条件是电场力和重力平衡,故电场力应竖直向上,则小球带负电,洛伦兹力提供向心力,再根据左手定则可以确定小球沿顺时针方向运动,故B正确.
【答案】 B
8.【解析】 由a板带正电,可知板间场强方向向下,带正电的液滴在板间所受电场力方向向下,重力方向也向下,要使其做直线运动,应使其所受洛伦兹力与重力、电场力的合力等大反向,即洛伦兹力方向应竖直向上,由左手定则可判定液滴的运动方向只能是水平向右,D正确.
【答案】 D
9.【解析】 由带电粒子在金属板中做直线运动知qvB=qE,v=,表明带电粒子的速度一定相同,而粒子的带电量、电性、质量、比荷的关系均无法确定,在磁场中有R=,带电粒子运动半径不同,所以比荷一定不同,D项正确.
【答案】 D
10.【解析】 (1)设带电粒子的质量为m,电荷量为q,初速度为v,电场强度为E.可判断出粒子受到的洛伦兹力沿x轴负方向,于是可知电场强度沿x轴正方向
且有qE=qvB①
又R=vt0②
则E=.③
(2)仅有电场时,带电粒子在匀强电场中做类平抛运动
在y方向位移为y=v④
由②④式得y=⑤
设在水平方向位移为x,因射出位置在半圆形区域边界上,于是
x=R
又由x=a2⑥
得a=.⑦
【答案】 (1)E= 沿x轴正方向 (2)
11.【解析】 (1)粒子在A中电场力对它做功,由动能定理qU1=mv2[中教网]
粒子在M中水平方向受电场力和洛伦兹力,有q=qvB1
可得v=
U2=B1d
(2)粒子在N中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,有qvB2=m
解得R=.
(3)不正确.若其他条件不变,只减小加速电压U1,则粒子经加速后获得的速度减小,进入速度选择器后,粒子受到的电场力和洛伦兹力大小不再相等,粒子无法通过速度选择器进入偏转分离器.
【答案】 (1) B1d (2)
(3)不正确
12.【解析】 (1)墨滴在电场区域做匀速直线运动,有
q=mg①
由①式得:q=②
由于电场方向向下,电荷所受电场力向上,可知:
墨滴带负电荷.③
(2)墨滴垂直进入电、磁场共存区域,重力仍与电场力平衡,合力等于洛伦兹力,墨滴做匀速圆周运动,有
qv0B=m④
考虑墨滴进入磁场和撞板的几何关系,可知墨滴在该区域恰完成四分之一圆周运动,则半径
R=d⑤
由②、④、⑤式得B=.⑥
(3)根据题设,墨滴运动轨迹如图所示,设圆周运动半径为R′,有qv0B′=m⑦
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由图示可得:
R′2=d2+(R′-)2⑧
解得:R′=d⑨
联立②、⑦、⑨式可得:
B′=.
【答案】 (1)负电荷 (2) (3)
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