2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 課時(shí)提升作業(yè)二十 3.5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力 新人教版選修3-1.doc

課時(shí)提升作業(yè) 二十 運(yùn)動(dòng)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(yīng)強(qiáng)度B、電荷速度v和洛倫茲力F三者方向之間的關(guān)系，其中正確的是 ()【解析】選B。根據(jù)左手定則，A中F方向應(yīng)向下，B中F方向應(yīng)向上，故A錯(cuò)、B對；C中F方向應(yīng)垂直紙面向外，D中vB，F(xiàn)=0，故C、D都錯(cuò)。【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)以下四個(gè)圖是表示磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B、負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向v和磁場對負(fù)電荷洛倫茲力F的相互關(guān)系圖，這四個(gè)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(yùn)動(dòng)的方向，當(dāng)負(fù)電荷在運(yùn)動(dòng)時(shí)，四指指向的方向應(yīng)與負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反，進(jìn)而判斷出A、B、C正確。2.每時(shí)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(yùn)動(dòng)方向，使它們不能到達(dá)地面，這對地球上的生命有十分重要的意義。假設(shè)有一個(gè)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。【補(bǔ)償訓(xùn)練】在學(xué)校操場的上空中停著一個(gè)熱氣球，從它底部脫落一個(gè)塑料小部件，下落過程中由于和空氣的摩擦而帶負(fù)電，如果沒有風(fēng)，那么它的著地點(diǎn)會(huì)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(fù)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(xiàng)B正確。3.如圖所示是電視機(jī)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(diǎn)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(xiàng)C正確。4.初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向開始運(yùn)動(dòng)，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動(dòng)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(dǎo)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(xiàng)A正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】長直導(dǎo)線AB附近，有一帶正電的小球，用絕緣絲線懸掛在M點(diǎn)，當(dāng)導(dǎo)線AB通以如圖所示的恒定電流時(shí)，下列說法正確的是()A.小球受磁場力作用，方向與導(dǎo)線AB垂直且指向紙里B.小球受磁場力作用，方向與導(dǎo)線AB垂直且指向紙外C.小球受磁場力作用，方向與導(dǎo)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(yùn)動(dòng)電荷都有力的作用，而磁場只對其中的運(yùn)動(dòng)電荷才有力的作用，且運(yùn)動(dòng)方向不能與磁場方向平行，所以D選項(xiàng)正確。5.如圖所示，在真空中勻強(qiáng)電場的方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，三個(gè)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(yùn)動(dòng)，c向左做勻速運(yùn)動(dòng)。比較它們的重力Ga、Gb、Gc的關(guān)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(fù)電，設(shè)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，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(xiàng)C正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】三個(gè)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(dāng)落下h1高度后a球進(jìn)入水平向左的勻強(qiáng)電場，b球進(jìn)入垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，它們到達(dá)水平面上的速度大小分別用va、vb、vc表示，它們的關(guān)系是() A.va>vb=vcB.va=vb=vcC.va>vb>vcD.va=vb>vc【解析】選A。a球下落時(shí)，重力和靜電力都對a做正功；b球下落時(shí)，只有重力做功，c球下落時(shí)只有重力做功。根據(jù)動(dòng)能定理可知外力對a球所做的功最多，即a球落地時(shí)的動(dòng)能最大，b、c球落地時(shí)的動(dòng)能相等，故選項(xiàng)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(fù)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(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁場中的兩塊金屬板A和B上就會(huì)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(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場力對等離子體做正功D.等離子體在A、B間運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場力對等離子體不做功【解析】選A、D。大量帶正電和帶負(fù)電的微粒射入磁場時(shí)，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(huì)聚集到A板上，負(fù)電荷受到的洛倫茲力向下，負(fù)電荷聚集到B板上，故A板相當(dāng)于電源的正極，B板相當(dāng)于電源的負(fù)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(cuò)誤；等離子體在A、B間運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場力總是與等離子體運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以磁場力不做功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。7.帶正電粒子(不計(jì)重力)以水平向右的初速度v0，先通過勻強(qiáng)電場E，后通過勻強(qiáng)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<EB)穿過疊加場區(qū)，在這個(gè)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<EB，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(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確。8.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測通過動(dòng)脈的血流速度。電磁血流計(jì)由一對電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場是均勻的。使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)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(fù)離子隨血流一起在磁場中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢差。在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場可看作是勻強(qiáng)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(diǎn)間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢差為160 V，磁感應(yīng)強(qiáng)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(fù)為()A.1.3 m/s，a正、b負(fù)B.2.7 m/s，a正、b負(fù)C.1.3 m/s，a負(fù)、b正D.2.7 m/s，a負(fù)、b正【解析】選A。血液中的離子在達(dá)到平衡時(shí)，其所受電場力與洛倫茲力平衡，即qUd=qvB，v=1.3 m/s，根據(jù)左手定則知，電極a正、b負(fù)。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(jì)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(dòng)，將此棒豎直放在正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，電場強(qiáng)度是E，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，小球與棒的動(dòng)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(shí)的速度和所能達(dá)到的最大速度?！窘馕觥啃∏蛳蛳逻\(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力水平向右，電場力水平向左，當(dāng)此二力平衡時(shí)，小球的加速度最大，設(shè)此時(shí)速度大小為v，則qvB=qE，故v=EB。當(dāng)mg=FN時(shí)，小球達(dá)到最大速度vm，其中FN=qvmB-qE，所以mg=(qvmB-qE)，vm=mgqB+EB答案：EBmgqB+EB【總結(jié)提升】(1)正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)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=EB，與帶電粒子的質(zhì)量、電荷量、電性等皆無關(guān)，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(guān)。(2)速度選擇器選擇的是粒子的“速度”而非“速率”，只有當(dāng)粒子以特定速率v=EB，以確定的方向才可沿直線通過速度選擇器。【補(bǔ)償訓(xùn)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(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，為了使小球飄離平面，勻強(qiáng)磁場在紙面內(nèi)移動(dòng)的最小速度應(yīng)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(yùn)動(dòng)，所以磁場水平向左運(yùn)動(dòng)。答案：mgqB水平向左10.(22分)如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(shí)繩上的拉力F。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)05136250【解析】擺球在最低點(diǎn)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律得F-F洛-mg=mv2L擺球由初始位置到最低點(diǎn)的過程中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律mgL=12mv2 由洛倫茲力公式得F洛=qvB 由聯(lián)立得F=3 mg+Bq2gL。答案：3 mg+qB2gL【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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向外，有帶電量相同的正、負(fù)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(dāng)S閉合且電路達(dá)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(dāng)S斷開時(shí)，電容器的充電電荷量Q>CBdvB.當(dāng)S斷開時(shí)，電容器的充電電荷量Q=CBdvC.當(dāng)S閉合時(shí)，電容器的充電電荷量Q=CBdvD.當(dāng)S閉合時(shí)，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(dāng)后來的離子所受的洛倫茲力與電場力平衡時(shí)，電容器的電壓和電量都穩(wěn)定，由平衡條件得qvB=qUd，得U=Bvd，穩(wěn)定時(shí)U是一定的，與開關(guān)是否閉合無關(guān)。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(xì)玻璃管豎直放置，管底有一帶電的小球，整個(gè)裝置水平勻速向右運(yùn)動(dòng)，垂直于磁場方向進(jìn)入方向水平的勻強(qiáng)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(jìn)入磁場到飛出上端口前的過程中小球做類平拋運(yùn)動(dòng)C.小球從進(jìn)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(jìn)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(yùn)動(dòng)，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(shè)小球豎直分速度為vy、水平分速度為v。以小球?yàn)檠芯繉ο螅芰θ鐖D所示，因?yàn)樾∏螂S玻璃管在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，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=qvBm-g，小球的加速度不隨時(shí)間變化，恒定不變，即小球做勻變速運(yùn)動(dòng)，故合運(yùn)動(dòng)是類平拋運(yùn)動(dòng)，所以B正確，C錯(cuò)誤；小球從進(jìn)入磁場到飛出上端口前的過程中，重力做負(fù)功，洛倫茲力對小球不做功，由機(jī)械能守恒定律知，管壁的彈力對小球做正功，D正確。