高中 | 洛伦兹力 题目答案及解析

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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

如图所示,回旋加速器$D$形盒的半径为$R$,所加磁场的磁感应强度大小为$B$、方向垂直$D$形盒向下。质子从$D$形盒中央由静止出发,经电压为$U$的交变电场加速后进入磁场,若质子的质量为$m$,带电荷量为$e$,质子在电场中运动的时间忽略不计,则下列分析正确的是$(\qquad)$

["

质子在回旋加速器中加速后获得的最大动能为$\\dfrac{e^{2}B^{2}R^{2}}{2m}$

","

质子在回旋加速器中加速的次数为$\\dfrac{\\pi m}{eB}$

","

质子在回旋加速器中加速的次数为$\\dfrac{2eB^{2}R^{2}}{mU}$

","

质子在回旋加速器中运动的时间为$\\dfrac{\\pi BR^{2}}{2U}$

"]
[["AD"]]

$\rm A$.质子在磁场中做匀速圆周运动,质子轨道半径等于$D$型盒半径$R$时速度最大,对质子,由牛顿第二定律得$evB=m\dfrac{v^{2}}{R}$

质子的最大动能$E_{\rm km}=\dfrac{1}{2}mv^{2}$

解得$E_{\rm km}=\dfrac{e^{2}B^{2}R^{2}}{2m}$,故$\rm A$正确;

$\rm BC$.对质子,由动能定理得$neU=\dfrac{1}{2}mv^{2}-0$

解得$n=\dfrac{eB^{2}R^{2}}{2mU}$,故$\rm BC$错误;

$\rm D$.质子在磁场中做匀速圆周运动的周期$T=\dfrac{2\pi r}{v}=\dfrac{2\pi m}{eB}$

质子在回旋加速器中的运动时间$t=\dfrac{n}{2}T$

解得$t=\dfrac{\pi BR^{2}}{2U}$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm AD$

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如图所示,一质量为M的足够长“匚”型金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上。质量为m、电阻不计的导体棒PQ平行bc放置在导轨上,PQ左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨单位长度的电阻为R,bc长为L,初始时bc与PQ间距离也为L。分界线ef与bc平行,其左侧有竖直向上的匀强磁场,右侧有水平向左的匀强磁场,磁感应强度大小均为B。在t=0时,一水平向左的拉力F垂直作用在导轨bc段中点,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a,PQ与导轨间动摩擦因数为μ,且始终接触良好,则 如图所示,一质量为M的足够长“匚”型金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上。质量为m、电阻不计的导体棒PQ平行bc放置在导轨上,PQ左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨单位长度的电阻为R,bc长为L,初始时bc与PQ间距离也为L。分界线ef与bc平行,其左侧有竖直向上的匀强磁场,右侧有水平向左的匀强磁场,磁感应强度大小均为B。在t=0时,一水平向左的拉力F垂直作用在导轨bc段中点,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a,PQ与导轨间动摩擦因数为μ,且始终接触良好,则 如图所示,地面附近空间中存在着纸面内沿水平方向的匀强电场(图中未画出)和垂直于纸面向里的匀强磁场。一个带电油滴沿着一条与竖直方向成角的直线运动。以下说法正确的是 如图所示,一质量为、电荷量为的带正电粒子,以某一速度射入电场强度大小为、方向竖直向上的匀强电场与磁感应强度大小为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场叠加的区域。粒子还受到阻力作用(为已知常数,为粒子的瞬时速度)。已知粒子在该区域恰做直线运动。不计粒子重力,则该粒子 如图所示,水平放置的两平行金属板间存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带电粒子(重力不计)从点沿水平方向射入到两板之间,恰好沿直线从点射出。电场强度为,磁感应强度为。下列说法正确的是。 质谱仪是科学研究中的重要仪器,其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器,加速电压为;Ⅱ为速度选择器,匀强电场的电场强度大小为,方向沿纸面向下,匀强磁场的磁感应强度大小为,方向垂直纸面向里;Ⅲ为偏转分离器,匀强磁场的磁感应强度大小为,方向垂直纸面向里。从点释放初速度为零的带电粒子(不计重力),加速后进入速度选择器做直线运动、再由点进入分离器做圆周运动,最后打到照相底片的点处,运动轨迹如图中虚线所示。
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