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$\rm D$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$\rm D$形盒向下。质子从$\rm D$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$\rm D$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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