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- 2021-06-01 发布
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磁场的性质、带电粒子在磁场及复合场中的运动
(限时:40分钟)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分.在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.)
1.“人造小太阳”托卡马克装置使用强磁场约束高温等离子体,使其中的带电粒子被尽可能限制在装置内部,而不与装置器壁碰撞.已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,为约束更高温度的等离子体,则需要更强的磁场,以使带电粒子在磁场中的运动半径不变.由此可判断所需的磁感应强度B正比于( )
【导学号:19624112】
A. B.T C. D.T2
A [带电粒子在磁场中运动半径r=,得B=①;又Ek=mv2∝T(T为热力学温度),得v∝②.由①②得,B∝.即在被束缚离子种类及运动半径不变的条件下,所需磁感应强度B与成正比,故选项A正确.]
2.(2017·高三第一次全国大联考(新课标卷Ⅲ))如图918所示,OO′为圆柱筒的轴线,磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁感线平行于轴线方向,在圆筒壁上布满许多小孔,如aa′、bb′、cc′…,其中任意两孔的连线均垂直于轴线,有许多同一种比荷为的正粒子,以不同速度、入射角射入小孔,且均从与OO′轴线对称的小孔中射出,入射角为30°正粒子的速度大小为 km/s,则入射角为45°的粒子速度大小为( )
图918
A.0.5 km/s B.1 km/s
C.2 km/s D.4 km/s
B [粒子从小孔射入磁场,与粒子从小孔射出磁场时速度与竖直线的夹角相等,画出轨迹如图,根据几何关系有r1=,r2=,由牛顿第二定律得Bqv=m,解得v=,所以v∝r,则入射角分别为30°、45°的粒子速度大小之比为===,则入射角为45°的粒子速度大小为v2=1 km/s,选项B正确.]
3. (2017·鹰潭市一模)如图919所示,由光滑弹性绝缘壁构成的等边三角形ABC容器的边长为a,其内存在垂直纸面向里的匀强磁场,小孔O是竖直边AB的中点,一质量为m、电荷量为+q的粒子(不计重力)从小孔O以速度v水平射入磁场,粒子与器壁多次垂直碰撞后(碰撞时无能量和电荷量损失)仍能从O孔水平射出,已知粒子在磁场
中运行的半径小于,则磁场的磁感应强度的最小值Bmin及对应粒子在磁场中运行的时间t为( )
【导学号:19624113】
图919
A.Bmin=,t= B.Bmin=,t=
C.Bmin=,t= D.Bmin=,t=
C [粒子在磁场中做圆周运动的半径为r,则Bqv=m,得r=,因粒子从O孔水平射入后,最终又要水平射出,则有(2n+1)r=,(n=1、2、3…),联立得B=,当n=1时B取最小值,Bmin=,此时对应粒子的运动时间为t=3(T+)=,而T==,所以t=,C正确,ABD错误.]
4.(2017·沈阳模拟)如图920所示,在Ⅰ、Ⅱ两个区域内存在磁感应强度均为B的匀强磁场,磁场方向分别垂直于纸面向外和向里,边界AC、AD的夹角∠DAC=30°,边界AC与边界MN平行,边界AC处磁场方向垂直纸面向里,Ⅱ区域宽度为d.质量为m、电荷量为+q的粒子在边界AD上距A点d处垂直AD射入Ⅰ区,已知粒子速度大小为,方向垂直磁场,不计粒子重力,则粒子在磁场中运动的总时间为( )
【导学号:19624114】
图920
A. B.
C. D.
C [根据洛伦兹力提供向心力,有qvB=m
得R===d
根据几何关系,粒子离开区域Ⅰ的速度方向沿AC方向,进入磁场区域Ⅱ做匀速圆周运动,运动周期后射出磁场
在Ⅰ区域圆弧所对的圆心角θ1=60°,在Ⅱ区域圆弧所对的圆心角为90°
粒子在磁场中运动的总时间为t=T=×=,故C正确,ABD错误.]
5. (2016·衡阳一模)如图921所示是选择密度相同、大小不同的纳米粒子的一种装置.待选粒子带正电且电量与表面积成正比,待选粒子从O1进入小孔时可认为速度为零,加速电场区域Ⅰ的板间电压为U,粒子通过小孔O2射入正交的匀强电场、磁场区域Ⅱ,其中磁场的磁感应强度大小为B,左右两极板间距为d.区域Ⅱ出口小孔O3与O1、O2在同一竖直线上.若半径为r0,质量为m0、电量为q0的纳米粒子刚好能沿直线通过,不计纳米粒子重力,则( )
图921
A.区域Ⅱ的电场强度为E=B
B.区域Ⅱ左右两极板的电势差为U1=Bd
C.若纳米粒子的半径r>r0,则进入区域Ⅱ的粒子仍将沿直线通过
D.若纳米粒子的半径r>r0,仍沿直线通过,区域Ⅱ的磁场不变,则电场强度与原来之比为
A [设半径为r0的粒子加速后的速度为v,则:q0U=m0v2,设区域Ⅱ内电场强度为E,则:q0vB=q0E,联立解得:E=B,而Ⅱ区两极板的电压为:U1=Ed=Bd,故A正确,B错误;若纳米粒子的半径r>r0,设半径为r的
粒子的质量为m、带电量为q、被加速后的速度为v′,则m=3m0,而q=2q0,由mv′2=qU,解得:v′==v