2018-2019學年高中物理 第三章 磁場 課時提升作業(yè)二十 3.5 運動電荷在磁場中受到的力 新人教版選修3-1

課時提升作業(yè) 二十 運動電荷在磁場中受到的力(40分鐘100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題7分，共56分)1.下面四幅圖表示了磁感應強度B、電荷速度v和洛倫茲力F三者方向之間的關系，其中正確的是 ()【解析】選B。根據(jù)左手定則，A中F方向應向下，B中F方向應向上，故A錯、B對；C中F方向應垂直紙面向外，D中vB，F(xiàn)=0，故C、D都錯?！狙a償訓練】(多選)以下四個圖是表示磁場磁感應強度B、負電荷運動方向v和磁場對負電荷洛倫茲力F的相互關系圖，這四個圖中畫得正確的是(B、v、F兩兩垂直)()【解析】選A、B、C。由左手定則可知四指指向正電荷運動的方向，當負電荷在運動時，四指指向的方向應與負電荷運動方向相反，進而判斷出A、B、C正確。2.每時每刻都有大量帶電的宇宙射線向地球射來，地球磁場可以有效地改變這些射線中大多數(shù)帶電粒子的運動方向，使它們不能到達地面，這對地球上的生命有十分重要的意義。假設有一個帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來(如圖所示，地球由西向東轉(zhuǎn)，虛線表示地球自轉(zhuǎn)軸，上方為地球北極)，在地球磁場的作用下，它將()A.向東偏轉(zhuǎn)B.向南偏轉(zhuǎn)C.向西偏轉(zhuǎn)D.向北偏轉(zhuǎn)【解析】選A。地球表面地磁場方向由南向北，帶正電的粒子自赤道上空下落過程所受洛倫茲力可由左手定則判知向東，故A正確?！狙a償訓練】在學校操場的上空中停著一個熱氣球，從它底部脫落一個塑料小部件，下落過程中由于和空氣的摩擦而帶負電，如果沒有風，那么它的著地點會落在熱氣球正下方地面位置的()A.偏東B.偏西C.偏南D.偏北【解析】選B。在北半球，地磁場在水平方向上的分量方向是水平向北，塑料小部件帶負電，根據(jù)左手定則可得塑料小部件受到向西的洛倫茲力，故向西偏轉(zhuǎn)，選項B正確。3.如圖所示是電視機顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖。電流方向如圖所示，試判斷正對讀者而來的電子束將向哪邊偏轉(zhuǎn)() A.向上B.向下C.向左D.向右【解析】選C。由安培定則判斷可知，O點磁場方向向下，再根據(jù)左手定則判斷可知，電子在該處受到向左的洛倫茲力，偏轉(zhuǎn)方向向左，選項C正確。4.初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導線的方向開始運動，直導線中電流方向與電子的初始運動方向如圖所示，則()A.電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變B.電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變C.電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變D.電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變【解析】選A。直導線產(chǎn)生的磁場在其右側(cè)垂直紙面向里，由左手定則知電子向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且洛倫茲力不做功，則速率不變，則選項A正確?！狙a償訓練】長直導線AB附近，有一帶正電的小球，用絕緣絲線懸掛在M點，當導線AB通以如圖所示的恒定電流時，下列說法正確的是()A.小球受磁場力作用，方向與導線AB垂直且指向紙里B.小球受磁場力作用，方向與導線AB垂直且指向紙外C.小球受磁場力作用，方向與導線AB垂直向左D.小球不受磁場力作用【解析】選D。電場對其中的靜止電荷、運動電荷都有力的作用，而磁場只對其中的運動電荷才有力的作用，且運動方向不能與磁場方向平行，所以D選項正確。5.如圖所示，在真空中勻強電場的方向豎直向下，勻強磁場的方向垂直紙面向里，三個油滴a、b、c帶有等量同種電荷，其中a靜止，b向右做勻速運動，c向左做勻速運動。比較它們的重力Ga、Gb、Gc的關系，正確的是()A.Ga最大 B.Gb最大 C.Gc最大 D.Gc最小【解析】選C。因帶電油滴a靜止，故a不受洛倫茲力作用，只受重力和靜電力作用；根據(jù)平衡條件可知油滴一定帶負電，設油滴帶電荷量為q，則Ga=qE帶電油滴b除受重力和豎直向上的靜電力作用外，還受到豎直向下的洛倫茲力F洛，因做勻速運動，故根據(jù)平衡條件可得Gb=qE-F洛帶電油滴c除受重力和豎直向上的靜電力作用外，還受到豎直向上的洛倫茲力F洛，因做勻速運動，故根據(jù)平衡條件可得Gc=qE+F洛比較式可以看出Gc>Ga>Gb，選項C正確?！狙a償訓練】三個完全相同的小球a、b、c帶有相同電荷量的正電荷，從同一高度由靜止開始下落，當落下h1高度后a球進入水平向左的勻強電場，b球進入垂直紙面向里的勻強磁場，如圖所示，它們到達水平面上的速度大小分別用va、vb、vc表示，它們的關系是() A.va>vb=vcB.va=vb=vcC.va>vb>vcD.va=vb>vc【解析】選A。a球下落時，重力和靜電力都對a做正功；b球下落時，只有重力做功，c球下落時只有重力做功。根據(jù)動能定理可知外力對a球所做的功最多，即a球落地時的動能最大，b、c球落地時的動能相等，故選項A正確。6.(多選)(2018·拉薩高二檢測)將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負電的微粒，而從整體上來說呈電中性)噴入磁場，由于等離子體在磁場力的作用下運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁場中的兩塊金屬板A和B上就會聚集電荷，從而在兩板間產(chǎn)生電壓。在圖示磁極配置的情況下，下列表述正確的是()A.金屬板A的電勢較高B.通過電阻R的電流方向是bRaC.等離子體在A、B間運動時，磁場力對等離子體做正功D.等離子體在A、B間運動時，磁場力對等離子體不做功【解析】選A、D。大量帶正電和帶負電的微粒射入磁場時，由左手定則可以判斷正電荷受到的洛倫茲力向上，所以正電荷會聚集到A板上，負電荷受到的洛倫茲力向下，負電荷聚集到B板上，故A板相當于電源的正極，B板相當于電源的負極，所以通過電阻R的電流由a經(jīng)R到b，金屬板A的電勢高于金屬板B的電勢，所以A正確，B錯誤；等離子體在A、B間運動時，磁場力總是與等離子體運動方向垂直，所以磁場力不做功，選項C錯誤，選項D正確。7.帶正電粒子(不計重力)以水平向右的初速度v0，先通過勻強電場E，后通過勻強磁場B，如圖甲所示，電場和磁場對該粒子做功為W1。若把該電場和磁場正交疊加，如圖乙所示，再讓該帶電粒子仍以水平向右的初速度v0(v0<)穿過疊加場區(qū)，在這個過程中電場和磁場對粒子做功為W2，則()A.W1<W2B.W1=W2C.W1>W2D.無法判斷【解析】選C。在乙圖中，由于v0<，電場力qE大于洛倫茲力qBv0。根據(jù)左手定則判斷可知：洛倫茲力有與電場力方向相反的分力；而在甲圖中帶電粒子只受電場力qE。則在甲圖的情況下，粒子沿電場方向的位移較大，電場力做功較多，所以選項A、B、D錯誤，選項C正確。8.醫(yī)生做某些特殊手術時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度。電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構成，磁極間的磁場是均勻的。使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示。由于血液中的正負離子隨血流一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差。在達到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看作是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零。在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 V，磁感應強度的大小為0.040 T。則血流速度的近似值和電極a、b的正負為()A.1.3 m/s，a正、b負B.2.7 m/s，a正、b負C.1.3 m/s，a負、b正D.2.7 m/s，a負、b正【解析】選A。血液中的離子在達到平衡時，其所受電場力與洛倫茲力平衡，即q=qvB，v=1.3 m/s，根據(jù)左手定則知，電極a正、b負。二、非選擇題(本題共2小題，共44分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)9.(22分)如圖所示，套在很長的絕緣直棒上的小球，其質(zhì)量為m、帶電荷量為+q，小球可在棒上滑動，將此棒豎直放在正交的勻強電場和勻強磁場中，電場強度是E，磁感應強度是B，小球與棒的動摩擦因數(shù)為，求小球由靜止沿棒下落到具有最大加速度時的速度和所能達到的最大速度?！窘馕觥啃∏蛳蛳逻\動時，洛倫茲力水平向右，電場力水平向左，當此二力平衡時，小球的加速度最大，設此時速度大小為v，則qvB=qE，故v=。當mg=FN時，小球達到最大速度vm，其中FN=qvmB-qE，所以mg=(qvmB-qE)，vm=+答案：+【總結提升】(1)正交的勻強電場和勻強磁場中電場強度、磁感應強度分別為E、B，有一帶電粒子以一定的速度垂直電、磁場的方向射入電、磁場中，能勻速穿過電、磁場的條件是帶電粒子的速度為：v=，與帶電粒子的質(zhì)量、電荷量、電性等皆無關，換句話說，帶電粒子能否勻速垂直穿過電、磁場與粒子帶電荷量、帶電性質(zhì)、粒子的質(zhì)量無關。(2)速度選擇器選擇的是粒子的“速度”而非“速率”，只有當粒子以特定速率v=，以確定的方向才可沿直線通過速度選擇器。【補償訓練】有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球停在絕緣平面上，并且處在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，如圖所示，為了使小球飄離平面，勻強磁場在紙面內(nèi)移動的最小速度應為_，方向_。 【解析】為了使小球飄離平面，則小球所受洛倫茲力與重力相等，即qvB=mg，洛倫茲力豎直向上，則小球相對于磁場向右運動，所以磁場水平向左運動。答案：水平向左10.(22分)如圖所示，在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一與磁感線垂直且水平放置的長為L的擺線，拉一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的擺球。試求擺球向左通過最低位置時繩上的拉力F。世紀金榜導學號05136250【解析】擺球在最低點時，根據(jù)牛頓第二定律得F-F洛-mg=m擺球由初始位置到最低點的過程中，根據(jù)機械能守恒定律mgL=mv2 由洛倫茲力公式得F洛=qvB 由聯(lián)立得F=3 mg+Bq。答案：3 mg+qB【能力挑戰(zhàn)區(qū)】1. (多選)如圖所示，平行金屬板M、N之間的距離為d，其中勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于紙面向外，有帶電量相同的正、負離子組成的等離子束，以速度v沿著水平方向由左端連續(xù)射入，電容器的電容為C，當S閉合且電路達到穩(wěn)定狀態(tài)后，平行金屬板M、N之間的內(nèi)阻為r，電容器的帶電量為Q，則下列說法正確的是()A.當S斷開時，電容器的充電電荷量Q>CBdvB.當S斷開時，電容器的充電電荷量Q=CBdvC.當S閉合時，電容器的充電電荷量Q=CBdvD.當S閉合時，電容器的充電電荷量Q>CBdv【解析】選B、C。等離子束射入磁場中，受到洛倫茲力，離子將打到兩極板上而產(chǎn)生電場，當后來的離子所受的洛倫茲力與電場力平衡時，電容器的電壓和電量都穩(wěn)定，由平衡條件得qvB=q，得U=Bvd，穩(wěn)定時U是一定的，與開關是否閉合無關。則電容器的電量為Q=CU=BvdC，故B、C正確。2. (多選)如圖所示，下端封閉、上端開口、內(nèi)壁光滑的細玻璃管豎直放置，管底有一帶電的小球，整個裝置水平勻速向右運動，垂直于磁場方向進入方向水平的勻強磁場，由于外力的作用，玻璃管在磁場中的速度保持不變，最終小球從上端口飛出，則A.小球帶正電荷B.小球從進入磁場到飛出上端口前的過程中小球做類平拋運動C.小球從進入磁場到飛出上端口前的過程中洛倫茲力對小球做正功D.小球從進入磁場到飛出上端口前的過程中管壁的彈力對小球做正功【解析】選A、B、D。小球從管口上端飛出，則小球在玻璃管中所受洛倫茲力方向豎直向上，由圖可知磁場垂直于紙面向里，小球沿水平方向向右運動，由左手定則可以知道，小球帶正電，所以A正確；洛倫茲力方向總是與小球的速度方向垂直，對小球不做功，設小球豎直分速度為vy、水平分速度為v。以小球為研究對象，受力如圖所示，因為小球隨玻璃管在水平方向做勻速直線運動，則豎直方向的洛倫茲力F1=qvB是恒力，由牛頓第二定律可得：qvB-mg=ma，a=-g，小球的加速度不隨時間變化，恒定不變，即小球做勻變速運動，故合運動是類平拋運動，所以B正確，C錯誤；小球從進入磁場到飛出上端口前的過程中，重力做負功，洛倫茲力對小球不做功，由機械能守恒定律知，管壁的彈力對小球做正功，D正確。9