2014届高考物理总复习沪科版课时作业23Word版含解析

课时作业(二十三)洛伦兹力带电粒子在匀强磁场中的运动1.初速为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则()A．电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变2．带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时，在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴，从而显示出粒子的径迹，这是云室的原理，如图是云室的拍摄照片，云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场，图中Oa、Ob、Oc、Od是从O点发出的四种粒子的径迹，下列说法中正确的是()A．四种粒子都带正电B．四种粒子都带负电C．打到a、b点的粒子带正电D．打到c、d点的粒子带正电3.如图所示，一个带负电的物体从绝缘粗糙斜面顶端滑到底端时的速度为v，若加上一个垂直纸面向外的磁场，则滑到底端时()A．v变大B．v变小C．v不变D．不能确定v的变化4.半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)从A点以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中，并从B点射出．∠AOB＝120°，如图所示，则该带电粒子在磁场中运动的时间为()A.2πr3v0B.23πr3v0C.πr3v0D.3πr3v05.如图所示，带有正电荷的A粒子和B粒子同时以同样大小的速度从宽度为d的有界匀强磁场的边界上的O点分别以30°和60°(与边界的夹角)射入磁场，又恰好不从另一边界飞出，则下列说法中正确的是()A．A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是13B．A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是32＋3C．A、B两粒子mq之比是13D．A、B两粒子mq之比是32＋36．如图所示，空间存在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，场内有一绝缘的足够长的直杆，它与水平面的倾角为θ，一带电荷量为－q、质量为m的带负电小球套在直杆上，从A点由静止沿杆下滑，小球与杆之间的动摩擦因数为μ，在小球以后的运动过程中，下列说法正确的是()A．小球下滑的最大速度为vm＝mgsinθμqBB．小球下滑的最大加速度为am＝gsinθC．小球的加速度一直在减小D．小球的速度先增大后减小7.(2013·湖北襄阳调研)如图所示，两导体板水平放置，两板间电势差为U，带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U和v0的变化情况为()A．d随v0增大而增大，d与U无关B．d随v0增大而增大，d随U增大而增大C．d随U增大而增大，d与v0无关D．d随v0增大而增大，d随U增大而减小8.如图所示，边界OA与OC之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，边界OA上有一粒子源S.某一时刻，从S平行于纸面向各个方向发射出大量带正电的同种粒子(不计粒子的重力及粒子间的相互作用)，所以粒子的初速度大小相同，经过一段时间有大量粒子从边界OC射出磁场．已知∠AOC＝60°，从边界OC射出的粒子在磁场中运动的最长时间等于T/2(T为粒子在磁场中运动的周期)，则从边界OC射出的粒子在磁场中运动的时间可能为()A．T/3B．T/4C．T/6D．T/89．如图所示，在平面直角坐标系中有一个垂直纸面向里的圆形匀强磁场，其边界过原点O和y轴上的点a(0，L)．一质量为m、电荷量为e的电子从a点以初速度v0平行于x轴正方向射入磁场，并从x轴上的b点射出磁场，此时速度方向与x轴正方向的夹角为60°.下列说法中正确的是()A．电子在磁场中运动的时间为πLv0B．电子在磁场中运动的时间为2πL3v0C．磁场区域的圆心坐标为(L2，L2)D．电子在磁场中做圆周运动的圆心坐标为(0，－L)10.(2012·江苏单科)如图所示，MN是磁感应强度为B的匀强磁场的边界．一质量为m、电荷量为q的粒子在纸面内从O点射入磁场．若粒子速度为v0，最远能落在边界上的A点．下列说法正确的是()A．若粒子落在A点的左侧，其速度一定小于v0B．若粒子落在A点的右侧，其速度一定大于v0C．若粒子落在A点左右两侧d的范围内，其速度不可能小于v0－qBd2mD．若粒子落在A点左右两侧d的范围内，其速度不可能大于v0＋qBd2m11.如图所示，半径为r＝0.1m的圆形匀强磁场区域边界跟y轴相切于坐标原点O，磁感应强度B＝0.332T，方向垂直纸面向里．在O处有一放射源，可沿纸面向各个方向射出速率均为v＝3.2×106m/s的α粒子．已知α粒子质量m＝6.64×10－27kg，电荷量q＝3.2×10－19C，不计α粒子的重力．求α粒子在磁场中运动的最长时间．12.(2013·山东维纺一模)如图所示，在第二象限和第四象限的正方形区域内分别存在着两匀强磁场，磁感应强度均为B，方向相反，且都垂直于xOy平面．一电子由P(－d，d)点，沿x轴正方向射入磁场区域Ⅰ.(电子质量为m，电量为e，sin53°＝45)(1)求电子能从第三象限射出的入射速度的范围．(2)若电子从(0，d2)位置射出，求电子在磁场Ⅰ中运动的时间t.(3)求第(2)问中电子离开磁场Ⅱ时的位置坐标．答案课时作业(二十三)1．A由安培定则可知，通电导线右方磁场方向垂直纸面向里，则电子受洛伦兹力方向由左手定则可判知向右，所以电子向右偏；由于洛伦兹力不做功，所以电子速率不变．2．D由左手定则可知，打到a、b点的粒子带负电，打到c、d点的粒子带正电，D正确．3．B物体受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下，物体受到的摩擦力变大，到达底端时克服摩擦力做功增加，动能减少，速度变小，B正确．4．D由匀速圆周运动t＝AB/v0，从图中分析有R＝3r，则AB＝R·θ＝3r×π3＝33πr，故该带电粒子在磁场中运动的时间：t＝AB/v0＝3πr3v0.5．BD由题意可知：RAcos30°＋RA＝d，RBcos60°＋RB＝d，解得RARB＝1＋cos60°1＋cos30°＝32＋3，A错误，B正确；因R＝mvqB，故mq＝RBv∝R，所以mA/qAmB/qB＝RARB＝32＋3，C错误，D正确．6．B小球开始下滑时有：mgsinθ－μ(mgcosθ－qvB)＝ma，随v增大，a增大，当v＝mgcosθqB时，a达最大值gsinθ，此后下滑过程中有：mgsinθ－μ(qvB＋mgcosθ)＝ma，随v增大，a减小，当vm＝mgsinθ－μcosθμqB时，a＝0，所以整个过程中，v先一直增大后不变；a先增大后减小，所以B选项正确．7．A设粒子从M点进入磁场时的速度大小为v，该速度与水平方向的夹角为θ，故有v＝v0cosθ.粒子在磁场中做匀速圆周运动半径为r＝mvqB.而MN之间的距离为d＝2rcosθ.联立解得d＝2mv0qB，故选项A正确．8．ABC首先要判断出粒子是做逆时针圆周运动．由于所有粒子的速度大小都相同，故弧长越小，粒子在磁场中运动时间就越短；从S作OC的垂线SD，可知粒子轨迹过D点时在磁场中运动时间最短，根据最短时间为T6，结合几何知识可得粒子圆周运动半径等于SD(如图)；由于粒子是沿逆时针方向运动，故沿SA方向射出的粒子在磁场中运动的时间最长，根据几何知识易知此粒子在磁场中运动轨迹恰为半圆，故粒子在磁场中运动的最长时间为T2.9．BD对于带电粒子在磁场中的运动情况分析如图a所示，在图a中离开磁场的速度方向与x轴正向夹角为60°，则弧ab所对应的圆心角为60°，弦ab与x轴夹角为30°.由几何关系得Ob长为3L，且ab与x轴夹角为30°，则OO′＝L，D对；在图b中，作弦Oa与弦Ob的垂直平分线，交点O″为磁场区域的圆心，C错；电子在磁场中运动的半径r＝mv0eB＝2L，周期T＝2πmeB＝4πLv0，则运动时间t＝16T＝2πL3v0，B对．10．BC带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，qv0B＝mv20r，所以r＝mv0qB，当带电粒子从不同方向由O点以速度v0进入匀强磁场时，其轨迹是半径为r的圆，轨迹与边界的交点位置最远是离O点2r的距离，即OA＝2r，落在A点的粒子从O点垂直入射，其他粒子则均落在A点左侧，若落在A点右侧则必须有更大的速度，选项B正确．若粒子速度虽然比v0大，但进入磁场时与磁场边界夹角过大或过小，粒子仍有可能落在A点左侧，选项A、D错误．若粒子落在A点左右两侧d的范围内，设其半径为r′，则r′≥2r－d2，代入r＝mv0qB，r′＝mvqB，解得v≥v0－qBd2m，选项C正确．11.解析：由qvB＝mv2R得R＝mvqB＝0.2m＞r＝0.1m因此要使α粒子在磁场中运动的时间最长，则需要α粒子在磁场中运动的圆弧所对应的弦长最长，从图中可以看出，沿以直径OA为弦、R为半径的圆弧做圆周运动时，α粒子在磁场中运动的时间最长．由T＝2πmqB，运动时间tm＝2θ2πT，又sinθ＝rR＝0.5，得tm＝T6＝πm3qB，代入数据，解得tm＝6.5×10－8s.答案：6.5×10－8s12.解析：(1)能射入第三象限的电子临界轨迹如图所示，电子偏转半径范围为d2＜r＜d①由evB＝mv2r②得v＝eBrm③得速度范围为eBd2m＜v＜eBdm.④(2)设电子在磁场中运动的轨道半径为R，得R2＝(R－d2)2＋d2⑤得：R＝5d4⑥∠PHM＝53⑦由evB＝mR(2πT)2得T＝2πmeB；⑧t＝2πmeB×53360＝53πm180eB.⑨(3)根据几何知识，带电粒子在射出磁场区域Ⅰ时与水平方向夹角53°带电粒子在磁场区域Ⅱ位置N点的横坐标为3d8⑩由△NBH′可解的NB长度等于d⑪所以QA＝d－5d8＝3d8⑫由勾股定理H′A＝918d⑬H′B＝Rcos53°＝3d4⑭所以电子离开磁场Ⅱ的位置坐标是(d，34d－918d)⑮答案：(1)eBd2m＜v＜eBdm(2)53πm180eB(3)(d，34d－918d)