人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核5 “基本”粒子习题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核5 “基本”粒子习题，共22页。试卷主要包含了0×103 m/s＝v0等内容，欢迎下载使用。
带电粒子在组合场中的运动
1．[多选]在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P＋和P3＋，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子P＋在磁场中转过θ＝30°后从磁场右边界射出。在电场和磁场中运动时，则离子P＋和P3＋( )
A．在电场中的加速度之比为1∶1
B．在磁场中运动的半径之比为 eq \r(3)∶1
C．在磁场中转过的角度之比为1∶2
D．离开电场区域时的动能之比为1∶3
2．如图所示，平面直角坐标系中，存在一个半径R＝0.2 m的圆形匀强磁场区域，磁感应强度B＝1．0 T，方向垂直纸面向外，该磁场区域的右边缘与坐标原点O相切，y轴右侧存在电场强度大小E＝1．0×104 N/C的匀强电场，方向沿y轴正方向，电场区域宽度l＝0.1 m。现从坐标为(－0.2 m，－0.2 m)的P点发射出质量m＝2．0×10－9 kg、电荷量q＝5．0×10－5 C的带正电粒子，沿y轴正方向射入匀强磁场，速度大小v0＝5．0×103 m/s，重力不计。
(1)求该带电粒子射出电场时的位置坐标；
(2)为了使该带电粒子能从坐标为(0.1 m，－0.05 m)的点回到电场中，可在紧邻电场的右侧一正方形区域内加匀强磁场，试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和正方形区域的最小面积。
二、带电粒子在叠加场中的运动
3．三个完全相同的小球a、b、c带有相同电荷量的正电荷，从同一高度由静止开始下落，下落h1高度后a球进入水平向左的匀强电场，b球进入垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，它们到达水平面上的速度大小分别用va、vb、vc表示，它们的关系是( )
A．va>vb＝vc B．va＝vb＝vc
C．va>vb>vcD．va＝vb>vc
4．如图所示，在足够大的空间范围内，同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，电场强度为E，磁感应强度为B，足够长的斜面固定在水平面上，斜面倾角为45°。有一带电的小球P静止于斜面顶端A处，且恰好对斜面无压力。若将小球P以初速度v0水平向右抛出，一段时间后，小球落在斜面上的C点。已知小球P的运动轨迹在同一竖直平面内，重力加速度为g，求：
(1)小球P落到斜面上时速度方向与斜面的夹角θ及由A到C所需的时间t；
(2)小球P从抛出到落到斜面的位移x的大小。
如图所示，有一混合正离子束先后通过正交的匀强电场、匀强磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径r相同，则它们一定具有相同的( )
A．速率 B．质量
C．电荷量 D．动能
6．如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于纸面向里，一个带电微粒由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上匀速运动。下列说法正确的是( )
A．微粒可能带负电荷，也可能带正电荷
B．微粒的电势能一定减少
C．微粒的机械能一定减少
D．洛伦兹力对微粒做负功
7．如图所示，空间有竖直方向的匀强电场(场强大小未知)和垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，竖直面内有一固定的光滑绝缘圆环，环上套有一带负电荷的小球，小球质量为m，电荷量为q，重力加速度大小为g，现给小球一个大小为v的初速度，小球恰好能沿光滑圆环做匀速圆周运动，则下列说法正确的是( )
A．电场方向向上，电场强度大小为E＝eq \f(mg,q)
B．小球对圆环的作用力大小一定为FN＝qvB－meq \f(v2,R)
C．小球对圆环的作用力大小一定为FN＝qvB＋meq \f(v2,R)
D．小球对圆环的作用力大小可能为FN＝meq \f(v2,R)－qvB
8．(多选)如图所示，直线MN与水平方向成60°角，MN的右上方存在垂直纸面向外的匀强磁场，左下方存在垂直纸面向里的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B。一粒子源位于MN上的a点，能水平向右发射不同速率、质量为m(重力不计)、电荷量为q(q>0)的同种粒子，所有粒子均能通过MN上的b点，已知ab＝L，则粒子的速度可能是( )
A.eq \f(\r(3)qBL,6m) B．eq \f(\r(3)qBL,3m)
C.eq \f(\r(3)qBL,2m) D．eq \f(\r(3)qBL,m)
9.如图所示，物体带正电，与斜面间的动摩擦因数为μ(μvb＝vc B．va＝vb＝vc
C．va>vb>vcD．va＝vb>vc
【答案】A
【详解】a小球下落时，重力和电场力都对a小球做正功；b小球下落时，只有重力做功；c小球下落时，只有重力做功。重力做功的大小都相同，根据动能定理可知外力对a小球所做的功最多，即a小球落地时的动能最大，b、c两球落地时的动能相等，由于三个小球质量相等，所以va>vb＝vc，A正确。
4．如图所示，在足够大的空间范围内，同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，电场强度为E，磁感应强度为B，足够长的斜面固定在水平面上，斜面倾角为45°。有一带电的小球P静止于斜面顶端A处，且恰好对斜面无压力。若将小球P以初速度v0水平向右抛出，一段时间后，小球落在斜面上的C点。已知小球P的运动轨迹在同一竖直平面内，重力加速度为g，求：
(1)小球P落到斜面上时速度方向与斜面的夹角θ及由A到C所需的时间t；
(2)小球P从抛出到落到斜面的位移x的大小。
【答案】(1)45° eq \f(πE,2gB) (2)eq \f(\r(2)Ev0,gB)
【详解】(1)小球P静止时不受洛伦兹力作用，仅受自身重力和电场力，对斜面无压力，
则mg＝qE①
小球P获得水平初速度后由于自身重力和电场力平衡，将在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，如图所示，
由对称性可得小球P落到斜面上时其速度方向与斜面的夹角θ为45°
由洛伦兹力提供向心力得qv0B＝meq \f(v02,R)②
圆周运动的周期T＝eq \f(2πR,v0)＝eq \f(2πm,qB)③
圆周运动转过的圆心角为90°，小球P由A到C所需的时间t＝eq \f(T,4)＝eq \f(πE,2gB)。④
(2)由②式可知，小球P做匀速圆周运动的半径R＝eq \f(mv0,qB)⑤
由几何关系知x＝eq \r(2)R⑥
联立①⑤⑥式解得位移x＝eq \f(\r(2)Ev0,gB)。
如图所示，有一混合正离子束先后通过正交的匀强电场、匀强磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径r相同，则它们一定具有相同的( )
A．速率 B．质量
C．电荷量 D．动能
【答案】A
【详解】离子束在区域Ⅰ中不偏转，一定是qE＝qvB，v＝eq \f(E,B)，它们具有相同的速率，A正确；进入区域Ⅱ后，做匀速圆周运动的半径相同，由r＝eq \f(mv,qB)知，因v、B相同，只能是比荷相同，故B、C、D错误。
6．如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于纸面向里，一个带电微粒由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上匀速运动。下列说法正确的是( )
A．微粒可能带负电荷，也可能带正电荷
B．微粒的电势能一定减少
C．微粒的机械能一定减少
D．洛伦兹力对微粒做负功
【答案】B
【详解】根据带电微粒做匀速直线运动的条件可知，受力情况如图所示，则微粒必定带负电荷，故A错误。微粒由a沿直线运动到b的过程中，电场力做正功，其电势能减少，故B正确。因重力做负功，重力势能增加，又动能不变，则其机械能一定增加，故C错误。洛伦兹力的方向一直与速度方向垂直，故洛伦兹力不做功，故D错误。
7．如图所示，空间有竖直方向的匀强电场(场强大小未知)和垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，竖直面内有一固定的光滑绝缘圆环，环上套有一带负电荷的小球，小球质量为m，电荷量为q，重力加速度大小为g，现给小球一个大小为v的初速度，小球恰好能沿光滑圆环做匀速圆周运动，则下列说法正确的是( )
A．电场方向向上，电场强度大小为E＝eq \f(mg,q)
B．小球对圆环的作用力大小一定为FN＝qvB－meq \f(v2,R)
C．小球对圆环的作用力大小一定为FN＝qvB＋meq \f(v2,R)
D．小球对圆环的作用力大小可能为FN＝meq \f(v2,R)－qvB
【答案】D
【详解】 小球在复合场中做匀速圆周运动，则重力与电场力的合力为零，即qE＝mg，得E＝eq \f(mg,q)，小球所受的电场力方向竖直向上，小球带负电荷，则电场方向一定向下，故A错误；若小球以速度v向左通过圆环的最低点，圆环对小球的作用力竖直向下时，由牛顿第二定律得qvB－FN′＝meq \f(v2,R)，解得FN′＝qvB－meq \f(v2,R)，由牛顿第三定律知，小球对圆环的作用力大小为FN＝FN′＝qvB－meq \f(v2,R)；若小球以速度v向左通过圆环的最高点，圆环对小球的作用力竖直向下，由牛顿第二定律得FN″－qvB＝meq \f(v2,R)，解得FN″＝qvB＋meq \f(v2,R)，由牛顿第三定律知，小球对圆环的作用力大小FN＝FN″＝qvB＋meq \f(v2,R)；若小球以速度v向左通过圆环的最低点，圆环对小球的作用力竖直向上时，由牛顿第二定律得FN＋qvB＝meq \f(v2,R)，解得FN＝meq \f(v2,R)－qvB，由牛顿第三定律知，小球对圆环的作用力大小为FN＝FN＝meq \f(v2,R)－qvB，故D正确，B、C均错误。
8．(多选)如图所示，直线MN与水平方向成60°角，MN的右上方存在垂直纸面向外的匀强磁场，左下方存在垂直纸面向里的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B。一粒子源位于MN上的a点，能水平向右发射不同速率、质量为m(重力不计)、电荷量为q(q>0)的同种粒子，所有粒子均能通过MN上的b点，已知ab＝L，则粒子的速度可能是( )
A.eq \f(\r(3)qBL,6m) B．eq \f(\r(3)qBL,3m)
C.eq \f(\r(3)qBL,2m) D．eq \f(\r(3)qBL,m)
【答案】AB
【详解】 由题意可知粒子可能的运动轨迹如图所示，所有圆弧的圆心角均为120°，所以粒子运动的半径为r＝eq \f(\r(3),3)·eq \f(L,n)(n＝1,2,3，…)，由洛伦兹力提供向心力得qvB＝meq \f(v2,r)，则v＝eq \f(qBr,m)＝eq \f(\r(3)qBL,3m)·eq \f(1,n)(n＝1,2,3，…)，所以A、B正确。
9.如图所示，物体带正电，与斜面间的动摩擦因数为μ(μ