高中 | 带电粒子在组合场中的运动问题 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒子在组合场中的运动问题

如图为洛伦兹力演示仪,励磁线圈产生的匀强磁场$B$方向垂直纸面向外,电子经电子枪(加速电压为$U$)由静止加速后垂直磁场水平向右射出,如图所示。忽略电子间的相互作用,则电子做圆周运动时$(\qquad)$

["

运动的速率与$U$成正比

","

$B$不变,运动周期与$U$无关

","

$B$不变,轨道半径与$U$成正比

","

$U$不变,轨道半径与$B$成反比

"]
[["BD"]]

$\rm A$、在加速电场中,根据动能定理可得:$eU = \dfrac{1}{2}mv^{2}$

解得:$v$$= \sqrt{\dfrac{2eU}{m}}$,电子运动的速率与$U$成正相关,但不是成正比,故$\rm A$错误;

$\rm BCD$、电子受到的洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律可得:$evB = \dfrac{mv^{2}}{r}$

解得:$r$$= \dfrac{mv}{eB} = \dfrac{\sqrt{2emU}}{eB}$

根据周期公式可得:$T = \dfrac{2\pi r}{v} = \dfrac{2\pi m}{eB}$,当$B$不变时,运动周期与$U$无关;当$B$不变时,轨道半径与电压成正相关,但不是成正比,当$U$不变时,轨道半径与$B$成反比,故$\rm BD$正确,$\rm C$错误;

故选:$\rm BD$

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某同步加速器简化模型如图所示,其中仅直通道内有加速电场,三段圆弧内均有可调的匀强偏转磁场。带电荷量为、质量为的离子以初速度从处进入加速电场后,沿顺时针方向在加速器内循环加速。已知加速电压为,磁场区域中离子的偏转半径均为。忽略离子重力和相对论效应,下列说法正确的是 如图所示,两平行虚线、间无磁场。左侧区域和右侧区域内均有垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小分别为和。一质量为、电荷量为的带正电粒子从左侧点以大小为的初速度射出,方向平行于向上。已知点到的距离为,粒子能回到点,并在纸面内做周期性运动。不计重力,求 如图,带等量正电荷的、两种粒子,以几乎为的初速度从飘入电势差为的加速电场,经加速后从点沿水平方向进入速度选择器(简称选择器)。选择器中有竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场。当选择器的电场强度大小为,磁感应强度大小为,右端开口宽度为时,粒子沿轴线穿过选择器后,沿水平方向进入磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外的匀强磁场(偏转磁场),并最终打在探测器上;粒子以与水平方向夹角为的速度从开口的下边缘进入偏转磁场,并与粒子打在同一位置,忽略粒子重力和粒子间的相互作用及边界效应,则 如图。直流电源的电动势为,内阻为,滑动变阻器的最大阻值为,平行板电容器两极板水平放置,板间距离为,板长为,平行板电容器的右侧存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。闭合开关,当滑片处于滑动变阻器中点时,质量为的带正电粒子以初速度水平向右从电容器左侧中点进入电容器,恰好从电容器下极板右侧边缘点进入磁场,随后又从电容器上极板右侧边缘点进入电容器,忽略粒子重力和空气阻力。 如图甲所示的平面内,轴右侧被直线分为两个相邻的区域、。区域内充满匀强电场,区域Ⅱ内充满垂直平面的匀强磁场,电场和磁场的大小、方向均未知。时刻,质量为、电荷量为的粒子从点沿轴正向出发,在平面内运动,在区域中的运动轨迹是以轴为对称轴的抛物线的一部分,如图甲所示。时刻粒子第一次到达两区域分界面,在区域Ⅱ中运动的图像为正弦曲线的一部分,如图乙所示。不计粒子重力。下列说法正确的是 如图所示,区有垂直于纸面向里的匀强磁场,其边界为正方形;Ⅱ区有垂直于纸面向外的匀强磁场,其外边界为圆形,内边界与区边界重合;正方形与圆形中心同为点。区和Ⅱ区的磁感应强度大小比值为。一带正电的粒子从Ⅱ区外边界上点沿正方形某一条边的中垂线方向进入磁场,一段时间后从点离开。取。则带电粒子
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