高中 | 洛伦兹力 题目答案及解析

稿件来源:高途

高中 | 洛伦兹力题目答案及解析如下,仅供参考!

选修3-1

第三章 磁场

3.5 运动电荷在磁场中受到的力

洛伦兹力

回旋加速器是加速带电粒子的装置,如图所示其核心部件是分别与高频交流电源两极相连接的两个$D$形金属盒($D_{1}$$D_{2}$),两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都能得到加速,两$D$形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中,$D$形盒的半径为$R$.质量为$m$、电荷量为$e$的质子从$D_{1}$半盒的质子源($A$点)由静止释放,质子在加速电压为$U$的电场中加速,加速到最大动能$E_{km}$后经粒子出口处射出,此时$D$形盒中的磁场的磁感应强度大小为$B$$D$形盒缝隙间电场变化周期为$T$。若忽略质子在电场中的加速时间,不考虑相对论效应,且不计质子重力,则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

带电粒子在磁场中运动时,受到的洛伦兹力不做功,因此带电粒子从$D$形盒射出时的最大动能与磁场的强弱无关

","

用回旋加速器加速氘核$\\rm _{1}^{2}H$和氦核$\\rm _{2}^{4}He$的磁感应强度大小相等

","

$D_{2}$盒内质子的轨道半径由小到大之比为$1:\\sqrt{2}:\\sqrt{3}: \\cdots$

","

质子在磁场中运动的总时间为$\\dfrac{\\pi BR^{2}}{U}$

"]
[["B"]]

$\rm A$.带电粒子在回旋加速器中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,有$qvB=m\dfrac{v^{2}}{r}$

$v=\dfrac{qBr}{m}$

$r=R$时,质子有最大动能$E_{{km}}=\dfrac{1}{2}mv_{{m}}^{2}=\dfrac{q^{2}B^{2}R^{2}}{2m}$

可知带电粒子从$D$形盒射出时的最大动能与磁场的强弱有关,故$\rm A$错误;

$\rm B$.为了使得粒子在回旋加速器中正常加速,粒子在磁场中匀速圆周运动的周期与交变电流的周期应相等,即$T=\dfrac{2\pi m}{qB}$

由于氚核($\rm _{1}^{2}H$)和氦核($\rm _{2}^{4}He$)的比荷相等,则氚核($\rm _{1}^{2}H$)和氦核($\rm _{2}^{4}He$)运动过程所加磁场的磁感应强度相等,即加速氚核($\rm _{1}^{2}H$)和氦核($\rm _{2}^{4}He$)的磁感应强度大小相等,故$\rm B$正确;

$\rm C$.质子每经过$1$次加速电场动能增大$eU$,知$D_{2}$盒内质子的动能由小到大依次为$eU$$3eU$$5eU\cdots$,又$r=\dfrac{mv}{eB}=\dfrac{\sqrt{2mE_{{k}}}}{eB}$

则半径由小到大之比为$1:\sqrt{3}:\sqrt{5}:\cdots$,故$\rm C$错误;

$\rm D$.设在电场中加速的次数为$n$,根据动能定理$neU=\dfrac{1}{2}mv^{2}$

在电场中加速一次后,在磁场中运动半圈,在磁场中运动半圈的时间$t_{0}=\dfrac{T}{2}=\dfrac{\pi m}{eB}$

质子在磁场中运动的总时间$t'=nt_{0}=\dfrac{eB^{2}R^{2}}{2mU} \cdot \dfrac{\pi m}{eB}=\dfrac{\pi BR^{2}}{2U}$

$\rm D$错误;

故选:$\rm B$

高中 | 洛伦兹力题目答案及解析(完整版)

去刷题
相关题库:
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,在平面第一、四象限内存在垂直平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为,一带正电的粒子从点射入磁场,速度方向与轴正方向夹角,从点射出磁场。已知粒子的电荷量为,质量为,忽略粒子重力及磁场边缘效应。 北京谱仪是北京正负电子对撞机的一部分,它可以利用带电粒子在磁场中的运动测量粒子的质量、动量等物理量。 如图,在竖直平面内的直角坐标系中,轴上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为。在第二象限内,垂直纸面且平行于轴放置足够长的探测薄板,到轴的距离为,上、下表面均能接收粒子。位于原点的粒子源,沿平面向轴上方各个方向均匀发射相同的带正电粒子。已知粒子所带电荷量为、质量为、速度大小均为。不计粒子的重力、空气阻力及粒子间的相互作用,则 地磁场能抵御宇宙射线的侵入,赤道剖面处地磁场可简化为包围地球且厚度为地球半径的的匀强磁场,方向垂直该剖面。图中给出的速度在图示平面内,从点沿平行与垂直地面两个不同方向入射的、、三种比荷相同的带电粒子(不计重力)在地磁场中的三条运动轨迹,其中、粒子入射速度大小分别为、,方向与地面平行,粒子入射速度方向与地面垂直,且它们都恰不能到达地面。则下列相关说法中正确的是 如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置长度为的金属棒从距地面高为处,以水平初速度抛出。设运动的整个过程中棒的取向不变,且不计空气阻力。已知重力加速度为,则落地时金属棒、两端产生的感应电动势和电势高低,判断正确的是
今日推荐