2024-2025學(xué)年高中物理第三章磁場5運動電荷在磁場中受到的力課時作業(yè)含解析新人教版選修3-11

PAGE9-運動電荷在磁場中受到的力(20分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.下列關(guān)于運動電荷和磁場的說法中正確的是 ()A.運動電荷在某點不受洛倫茲力作用,該點的磁感應(yīng)強度必為零B.電荷運動的方向、磁感應(yīng)強度的方向和電荷所受洛倫茲力的方向肯定兩兩垂直C.電子由于受到垂直于它的磁場作用而偏轉(zhuǎn),這是洛倫茲力對電子做功的結(jié)果D.電荷與磁場沒有相對運動,電荷就肯定不受磁場的作用力【解析】選D。運動電荷處于磁感應(yīng)強度為零處,所受洛倫茲力為零,但當(dāng)運動電荷的速度方向和磁場的方向在一條直線上時(同向或反向),也不受洛倫茲力的作用;運動電荷受到的洛倫茲力垂直于磁場的方向和電荷的運動方向所確定的平面,即洛倫茲力既垂直于磁場方向,也垂直于電荷的運動方向,但磁場的方向和電荷的運動方向不肯定垂直;因為洛倫茲力肯定垂直于電荷的運動方向,所以洛倫茲力不做功;運動的電荷才會受洛倫茲力的作用,這里的運動是指電荷與磁場的相對運動。綜上可知,選項D正確。2.(多選)一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn),則()A.此空間肯定不存在磁場B.此空間可能有磁場,方向與電子速度方向平行C.此空間可能有磁場,方向與電子速度方向垂直D.此空間可能有正交的磁場和電場,它們的方向均與電子速度垂直【解析】選B、D。由洛倫茲力公式可知:當(dāng)v的方向與磁感應(yīng)強度B的方向平行時,運動電荷不受洛倫茲力作用,因此電子未發(fā)生偏轉(zhuǎn),不能說明此空間肯定不存在磁場,只能說明此空間可能有磁場,磁場方向與電子速度方向平行,則選項B正確。此空間也可能有正交的磁場和電場,它們的方向均與電子速度方向垂直,導(dǎo)致電子所受合力為零,則選項D正確。3.如圖所示,將一陰極射線管置于一通電螺線管的正上方且在同一水平面內(nèi),則陰極射線將 ()A.向外偏轉(zhuǎn)B.向里偏轉(zhuǎn)C.向上偏轉(zhuǎn)D.向下偏轉(zhuǎn)【解析】選A。由右手螺旋定則可知通電螺線管在陰極射線處磁場方向豎直向下,陰極射線帶負電,結(jié)合左手定則可知其所受洛倫茲力垂直于紙面對外。4.如圖所示,一帶負電的滑塊從絕緣粗糙斜面的頂端滑至底端時的速率為v,若加一個垂直紙面對外的勻強磁場,并保證滑塊能滑至底端,則它滑至底端時的速率為 ()A.變大 B.變小C.不變 D.條件不足,無法推斷【解析】選B。加上磁場后,滑塊受一垂直斜面對下的洛倫茲力,使滑塊所受摩擦力變大,做負功值變大,而洛倫茲力不做功,重力做功恒定,由能量守恒可知,速率變小。5.有一個帶正電荷的離子,沿垂直于電場方向射入帶電平行板的勻強電場。離子飛出電場后的動能為Ek,當(dāng)在平行金屬板間再加入一個垂直紙面對內(nèi)的如圖所示的勻強磁場后,離子飛出電場后的動能為E′k,磁場力做功為W,則下面各推斷正確的是 ()A.Ek<E′k,W=0 B.Ek>E′k,W>0C.Ek=E′k,W=0 D.Ek>E′k,W=0【解析】選D。首先依據(jù)洛倫茲力與速度方向垂直,洛倫茲力不做功,即W=0;其次第一種狀況下電場力是全部用來做功,其次種狀況:洛倫茲力可以分解為豎直方向和水平方向,電場力的一部分要用來平衡洛倫茲力豎直方向的分力,因而不能全部用來做功,導(dǎo)致Ek>E′k,故D正確,A、B、C錯誤。6.(多選)如圖所示,用絲線吊一個質(zhì)量為m的帶電(絕緣)小球處于勻強磁場中,空氣阻力不計,當(dāng)小球分別從A點和B點向最低點O運動且兩次經(jīng)過O點時 ()A.小球的動能相同B.絲線所受的拉力相同C.小球所受的洛倫茲力相同D.小球的向心加速度相同【解析】選A、D。帶電小球受到洛倫茲力和繩的拉力與速度方向時刻垂直,對小球不做功,只變更速度方向,不變更速度大小,只有重力做功,故兩次經(jīng)過O點時速度大小不變,動能相同,A正確;小球分別從A點和B點向最低點O運動且兩次經(jīng)過O點時速度方向相反,由左手定則可知兩次過O點洛倫茲力方向相反,繩的拉力大小也就不同,故B、C錯;由a=可知向心加速度相同,D正確。二、非選擇題(14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)7.質(zhì)量為m,帶電荷量為q的微粒,以速度v與水平方向成45°進入勻強電場和勻強磁場同時存在的空間,如圖所示,微粒在電場、磁場、重力場的共同作用下做勻速直線運動,求:(1)電場強度的大小。(2)磁感應(yīng)強度的大小,該帶電粒子帶何種電荷。【解析】(1)帶電粒子做勻速直線運動,經(jīng)受力分析(受力圖如圖)可知該粒子肯定帶正電。由平衡條件得:mgsin45°=Eqsin45°,所以E=。(2)由平衡條件得=qvB,所以B=。答案:(1)(2)正(25分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.長方體金屬塊放在勻強磁場中,有電流通過金屬塊,如圖所示,則下面說法正確的是 ()A.金屬塊上下表面電勢相等B.金屬塊上表面電勢高于下表面電勢C.金屬塊上表面電勢低于下表面電勢D.無法比較兩表面的電勢凹凸【解析】選C。由左手定則知自由電子所受洛倫茲力方向向上,即自由電子向上偏,所以上表面電勢比下表面低。2.(多選)電子以垂直于勻強磁場的速度v從a點進入長為d、寬為L的有界勻強磁場區(qū)域,偏轉(zhuǎn)后從b點離開磁場,如圖所示。若磁場的磁感應(yīng)強度為B,那么 ()A.電子在磁場中的運動時間t=B.電子在磁場中的運動時間t=C.洛倫茲力對電子做的功是W=Bev2tD.電子在b點的速度大小也為v【解析】選B、D。由于電子做勻速圓周運動,故電子在磁場中運動的時間為t=>,故A錯誤,B正確;洛倫茲力方向與速度方向始終垂直,對電子不做功,故C錯誤;洛倫茲力不做功,電子的動能不變,則其速率不變,故D正確。故選B、D。3.(多選)如圖甲所示,某空間存在著足夠大的勻強磁場,磁場沿水平方向。磁場中有A、B兩個物塊疊放在一起,置于光滑水平面上。物塊A帶正電,物塊B不帶電且表面絕緣。在t=0時刻,水平恒力F作用在物塊B上,物塊A、B由靜止起先做加速度相同的運動。在物塊A、B一起運動的過程中,圖乙反映的可能是 ()A.物塊A所受洛倫茲力大小隨時間t變更的關(guān)系B.物塊A對物塊B的摩擦力大小隨時間t變更的關(guān)系C.物塊A對物塊B的壓力大小隨時間t變更的關(guān)系D.物塊B對地面壓力大小隨時間t變更的關(guān)系【解析】選C、D。物塊A受到的洛倫茲力F洛=qvB=qBat,t=0時,F洛=0,A錯誤;物塊A對B的摩擦力大小Ff=mAa,所以Ff隨時間t的變更保持不變,B錯誤;A對B的壓力=mAg+qvB=mAg+qBat,C正確;B對地面的壓力FNB=(mA+mB)g+qBat,D正確。4.如圖所示,某空間勻強電場豎直向下,勻強磁場垂直紙面對里,一金屬棒AB從高h處自由下落,則 ()A.A端先著地 B.B端先著地C.兩端同時著地 D.以上說法均不正確【解析】選B。AB棒中自由電子隨棒一起下落,有向下的速度,并受到向左的洛倫茲力,故自由電子往左端集中,因此A端帶負電,B端帶正電。A端受到向上靜電力,B端受到向下靜電力,B端先著地。5.(多選)如圖所示,a為帶正電的小物塊,b是一不帶電的絕緣物體,a、b疊放于粗糙的水平地面上,地面上方有垂直紙面對里的勻強磁場,現(xiàn)用水平恒力F拉b物塊,使a、b一起無相對滑動地向左加速運動,在加速運動階段 ()A.a、b一起運動的加速度減小B.a、b一起運動的加速度增大C.a、b物塊間的摩擦力減小D.a、b物塊間的摩擦力增大【解析】選A、C。(1)以a為探討對象,分析a的受力狀況,a向左加速,受洛倫茲力方向向下,對b的壓力增大;(2)以a、b整體為探討對象,分析整體受的合外力,b對地面壓力增大,b受的摩擦力增大,整體合外力減小,加速度減小;(3)再分析a、b對a的摩擦力是a的合外力a的加速度減小,a的合外力減小,a、b間的摩擦力減小。6.(多選)如圖所示,兩個半徑相同的半圓形光滑軌道置于豎直平面內(nèi),左右兩端點等高,分別處于沿水平方向的勻強電場和勻強磁場中。兩個相同的帶正電小球同時從兩軌道左端最高點由靜止釋放。M、N為軌道的最低點,則下列說法中正確的是 ()A.兩個小球到達軌道最低點的速度vM<vNB.兩個小球第一次經(jīng)過軌道最低點時對軌道的壓力FM>FNC.小球第一次到達M點的時間大于小球第一次到達N點的時間D.在磁場中小球能到達軌道的另一端最高處,在電場中小球不能到達軌道另一端最高處【解析】選B、D。對左圖,依據(jù)動能定理得,mgR=m,解得vM=對右圖,依據(jù)動能定理得,mgR-qER=m,解得vN=,所以vM>vN。故A錯誤。小球到達最低點時vM>vN,且左圖小球在最低點時受到豎直向下的洛倫茲力,右圖小球始終受到水平向左的電場力,故FM>FN。故B正確。左圖在運動的過程中,只有重力做功,右圖在運動的過程中,除重力做功外,還有電場力做負功,起阻礙作用,所以小球第一次到達M點的時間小于小球第一次到達N點的時間。故C錯誤。若在磁場中小球能運動到另一端的最高處,依據(jù)動能定理知,在電場中,電場力始終做負功,小球不能到達最高點。故D正確。故選B、D?！狙a償訓(xùn)練】一個帶正電的微粒(重力不計)穿過如圖所示的勻強磁場和勻強電場區(qū)域時,恰能沿直線運動,則欲使電荷向下偏轉(zhuǎn)應(yīng)采納的方法是 ()A.增大電荷質(zhì)量 B.增大電荷電荷量C.減小入射速度 D.增大磁感應(yīng)強度【解析】選C。粒子在穿過這個區(qū)域時所受的力為:豎直向下的電場力Eq和豎直向上的洛倫茲力qvB,且此時Eq=qvB。若要使電荷向下偏轉(zhuǎn),需使Eq>qvB,則減小速度v、減小磁感應(yīng)強度B或增大電場強度E均可。二、非選擇題(14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)7.一種測量血管中血流速度儀器的原理如圖所示,在動脈血管左右兩側(cè)加有勻強磁場,上下兩側(cè)安裝電極并連接電壓表,設(shè)血管直徑是2.0mm,磁場的磁感應(yīng)強度為0.08T,電壓表測出的電壓為0.10mV,則血流速度大小為多少?(【解析】血液中的運動電荷在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn),在血管壁上聚集,在血管內(nèi)形成一個電場,其方向與磁場方向垂直,運動電荷受的電場力與洛倫茲力平衡時,達到了一種穩(wěn)定狀態(tài)。q=qvB,所以v==≈0.63m/s。答案:0.63【補償訓(xùn)練】如圖所示為一速度選擇器,也稱為濾速器的原理圖。K為電子槍,由槍中沿KA方向射出的電子,速率大小不一。當(dāng)電子通過方向相互垂直的勻稱電場和磁場后,只有肯定速率的電子能沿直線前進,并通過小孔S。設(shè)產(chǎn)生勻強電場的平行板間的電壓為300V,間距為5cm,垂直紙面的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.06T,(1)磁場的方向應(yīng)當(dāng)垂直紙面對里還是向外?(2)速度為多大的電子才能通過小孔S?【解析】(1)由題圖可知,平行板產(chǎn)生的電場強度E方向向下,使帶負電的電子受到的電場力FE=eE方向向上。若沒有磁場,電子束將向上偏轉(zhuǎn)。為了使電子能