2023高中物理第一章安培力與洛倫茲力12磁場對運動電荷的作用力測試新人教版選擇性

第一章安培力與洛倫茲力2磁場對運動電荷的作用力【基礎鞏固】1.(2021·廣東肇慶)(多選)下列情形中,關于安培力或洛倫茲力方向的描述正確的是 ()A.導體棒靜止,磁場方向垂直于斜面向上B.導體棒靜止,磁場方向豎直向上C.電子在電流方向水平向右的通電直導線正上方運動D.電子在通電螺線管中心正上方運動解析:根據(jù)左手定則可判斷選項A正確;B圖中安培力方向應該與磁感應強度B垂直,即安培力方向應沿水平方向,故選項B錯誤;根據(jù)安培定則可知,圖中通電直導線在電子處產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外,再根據(jù)左手定則可判斷選項C正確;根據(jù)安培定則可知,圖中通電螺線管在電子處產(chǎn)生的磁場方向水平向右,再根據(jù)左手定則可判斷電子不受洛倫茲力,故選項D錯誤.答案:AC2.帶電油滴以水平速度v0垂直進入磁場,恰好做勻速直線運動,如圖所示,若油滴質(zhì)量為m,磁感應強度為B,自由落體加速度為g,則下列說法正確的是 ()A.油滴必帶正電荷,電荷量為2B.油滴必帶負電荷,比荷qm=C.油滴必帶正電荷,電荷量為mgD.油滴帶什么電荷都可以,只要滿足q=mg解析:油滴水平向右做勻速直線運動,其所受洛倫茲力必向上與重力平衡,故油滴帶正電,其電荷量q=mgv0答案:C3.如圖所示,美國物理學家安德森在研究宇宙射線時,在云室里觀察到一個粒子的徑跡和電子的徑跡彎曲程度相同,但彎曲方向相反,從而發(fā)現(xiàn)了正電子,他因此獲得了諾貝爾物理學獎.下列說法正確的是 ()A.彎曲的軌跡是拋物線B.電子受到靜電力作用C.云室中的磁場方向垂直于紙面向外D.云室中的磁場方向垂直于紙面向里解析:云室中所加的是磁場,電子受洛倫茲力作用.洛倫茲力與運動方向垂直,是變力,所以運動的軌跡不是拋物線.由題圖可知,電子所受洛倫茲力方向向左,正電子所受洛倫茲力方向向右,由左手定則可知,磁感應強度方向垂直于紙面向里,故選項D正確.答案:D4.帶負電的小球用絕緣絲線懸掛于O點,在勻強磁場中擺動,不計空氣阻力,當小球每次通過最低點時 ()A.擺球受到的磁場力相同B.擺球的動能相同C.擺球的速度相同D.擺球所受絲線拉力相等解析:小球到達最低點時的運動方向不同,根據(jù)左手定則可知,擺球受到的洛倫茲力(磁場力)的方向不同,故選項A錯誤.小球運動過程中,拉力與洛倫茲力不做功,僅重力做功,小球機械能守恒,所以小球分別從左右兩側(cè)向最低點運動經(jīng)過最低點時速度大小相等,方向不同,動能相同,故選項B正確,選項C錯誤.小球每次通過最低點時速度大小相等,方向不同,小球所受洛倫茲力的方向也不同,根據(jù)牛頓第二定律可知,擺球所受絲線拉力大小不同,故選項D錯誤.答案:B5.如圖所示,彈簧測力計下掛有一單匝正方形線框,線框邊長為l,質(zhì)量為m,線框上邊水平且處于垂直于紙面向里的勻強磁場中,線框通有圖示方向的電流,且線框處于靜止狀態(tài).若此時彈簧測力計示數(shù)大小為F,已知該線框單位長度自由電子個數(shù)為n,自由落體加速度為g,則電子定向移動對應的洛倫茲力大小為 ()A.Fmg B.mgFC.F-mg4解析:線框受力平衡,mg=BIl+F,安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),BIl=nlF洛,聯(lián)立解得F洛=mg-F答案:D6.(2021·廣東東莞)(多選)如圖所示,帶電平行板中勻強電場的電場強度E的方向豎直向上,勻強磁場中磁感應強度B的方向垂直于紙面向里.一帶電小球從光滑絕緣軌道上的A點由靜止滑下,經(jīng)P點進入板間后恰好沿水平方向做直線運動.現(xiàn)使小球從較低的C點由靜止滑下,經(jīng)P點進入板間,則小球在板間運動過程中 ()A.動能將會增大 B.電勢能將會減小C.所受靜電力將會增大 D.所受洛倫茲力將會增大解析:小球從A點由靜止滑下進入疊加場區(qū)域時沿水平方向做直線運動,則小球受力平衡,經(jīng)判斷可知小球帶正電,則有mg=qE+qvB,當小球從C點由靜止滑下剛進入疊加場區(qū)域時,其速度小于從A點滑下時的速度,則有mg>qE+qv'B,小球向下偏轉(zhuǎn),重力做正功,靜電力做負功,因為mg>qE,則合力做正功,小球的電勢能和動能均增大,且所受的洛倫茲力也增大,故選項A、D正確,選項B錯誤;由于板間是勻強電場,則小球所受靜電力恒定,故選項C錯誤.答案:AD7.如圖所示,一個帶正電的物體從粗糙斜面頂端由靜止下滑,滑到斜面底端時的速度為v.若加上一個垂直于紙面向外的磁場,則物體滑到底端時()A.v變大 B.v變小C.v不變 D.不能確定解析:未加磁場時,根據(jù)動能定理,有mghWf=12mv20,加磁場后,物體受洛倫茲力,洛倫茲力不做功,根據(jù)左手定則,洛倫茲力的方向垂直于斜面向上,所以物體對斜面的壓力變小,摩擦力變小,摩擦力做的功變小,根據(jù)動能定理,有mghWf'=12mv'20,Wf'<Wf,所以v'>v,即答案:A8.套在長絕緣直棒上的小環(huán)質(zhì)量為m,電荷量為+q,小環(huán)內(nèi)徑比棒的直徑略大.將棒放置在方向均水平且正交的勻強電場和勻強磁場中,電場強度為E,磁感應強度為B,小環(huán)與棒間的動摩擦因數(shù)為μ,自由落體加速度為g,現(xiàn)將小環(huán)從靜止釋放,小環(huán)可沿絕緣直棒下滑,棒足夠長.下列說法錯誤的是()A.小環(huán)從靜止釋放瞬間加速度a0=gμEqB.小環(huán)運動過程的最大加速度am=gC.小環(huán)運動過程中最大速度vm=ED.當摩擦力增大到與重力平衡時,小球的速度最大解析:釋放小環(huán)瞬間,根據(jù)牛頓第二定律,有mgμqE=ma0,解得a0=gμEqm,故選項A說法正確.當摩擦力為0時,qE=Bv1q,此時v1=EB,加速度最大,合力等于重力,故最大加速度為am=g,故選項B說法正確.當摩擦力增大到與重力平衡時,小球的速度最大,有μ(BvmqqE)=mg,解得vm=EB+答案:C【拓展提高】9.圖中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長直導線,其橫截面位于正方形的四個頂點上,導線中通有大小相同的電流,方向如圖所示.一帶正電的粒子從正方形中心O點沿垂直于紙面的方向向外運動,它所受洛倫茲力的方向是()A.向上 B.向下 C.向左 D.向右解析:根據(jù)題意,由右手螺旋定則知b與d導線電流在O點產(chǎn)生的磁感應強度正好相互抵消,而a與c導線在O點產(chǎn)生的磁感應強度正好相互疊加,由右手螺旋定則得磁場方向水平向左.當一帶正電的粒子從正方形中心O點沿垂直于紙面的方向向外運動時,根據(jù)左手定則可知,它所受洛倫茲力的方向向下.故選項B正確.答案:B10.如圖所示,兩個平行金屬板M、N間為一個正交的勻強電場和勻強磁場區(qū),電場方向由M板指向N板,磁場方向垂直于紙面向里,OO'為到兩極板距離相等的直線.一質(zhì)量為m,電荷量為+q的帶電粒子,以速度v從O點射入,沿直線OO'通過場區(qū),不計帶電粒子的重力,則下列說法錯誤的是 ()A.電荷量為q的粒子以v從O點沿OO'方向射入,粒子能勻速通過場區(qū)B.粒子以速率v從右側(cè)的O'點沿O'O方向射入,粒子仍能勻速通過場區(qū)C.電荷量為2q的粒子以v從O點沿OO'射入,粒子能勻速通過場區(qū)D.保持電場強度和磁感應強度大小不變,方向均與原來相反,粒子以v從O點沿OO'射入,則粒子能勻速通過場區(qū)解析:由題意,正粒子能從左向右勻速通過,豎直向上的洛倫茲力與豎直向下的靜電力相平衡,有qE=Bqv,解得v=EB,可知平衡條件與電荷電性和電荷量無關,因此電荷量為q的粒子、電荷量為2q的粒子同樣也能勻速通過場區(qū),選項A、C說法正確.若粒子仍以速率v從右側(cè)的O'點沿O'O方向射入,粒子受到的豎直向下的靜電力與豎直向下的洛倫茲力就不能平衡,因此不能勻速通過場區(qū),故選項B說法錯誤.答案:B11.(多選)如圖所示,帶電小球a以一定的初速度v0被豎直向上拋出,能夠到達的最大高度為ha;帶電小球b在水平方向的勻強磁場中以相同的初速度v0被豎直向上拋出,上升的最大高度為hb;帶電小球c在水平方向的勻強電場中以相同的初速度v0被豎直向上拋出,上升的最大高度為hc.不計空氣阻力,三個小球的質(zhì)量相等,則()甲乙丙A.它們上升的最大高度關系為ha=hb=hcB.它們上升的最大高度關系為hb<ha=hcC.到達最大高度時,b小球動能最小D.到達最大高度時,c小球機械能最大解析:甲圖,由豎直上拋運動學公式得小球a上升的最大高度ha=v022g.丙圖,由運動的分解可知,在豎直方向上有v02=2ghc,所以ha=hc.而乙圖,洛倫茲力改變速度的方向,當小球在磁場中運動到最高點時,小球有水平速度,設此時球的動能為Ek,則由能量守恒得mghb+Ek=12mv02,又由于12mv02=mgha,所以答案:BD12.(多選)如圖所示,一個帶正電的物體從粗糙絕緣斜面底端以初速度v0沖上斜面,運動到A點時速度減為0.若在整個空間加一個垂直于紙面向外的勻強磁場,物體運動過程中始終未離開斜面,則下列說法正確的是 ()A.物體仍以初速度v0沖上斜面,能到達A點上方B.物體仍以初速度v0沖上斜面,不能到達A點C.將物體從A點由靜止釋放,到達斜面底端時速率一定大于v0D.將物體從A點由靜止釋放,到達斜面底端時速率一定小于v0解析:未加磁場時,根據(jù)動能定理,有mghWf=012mv02.加磁場后,物體受洛倫茲力,洛倫茲力不做功,根據(jù)左手定則,洛倫茲力的方向垂直于斜面向下,所以物體對斜面的壓力增大,摩擦力增大,摩擦力做的功增大,根據(jù)動能定理,有mgh'Wf'=012mv02,Wf'>Wf,故物體不能到達A點,故選項A錯誤,選項B正確.未加磁場時,根據(jù)動能定理有mghWf=012mv02,即mgh+Wf=12mv02.加磁場后向下滑動的過程中,物體受洛倫茲力,洛倫茲力不做功,根據(jù)動能定理有mghWf″=12答案:BD【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】13.如圖所示,在相互垂直的水平勻強電場和水平勻強磁場中,有一豎直固定絕緣桿MN,小球P套在桿上,已知P的質(zhì)量為m,電荷量為+q,P與桿間的動摩擦因數(shù)為μ,電場強度為E,磁感應強度為B,小球由靜止開始下滑,設電場、磁場區(qū)域足夠大,桿足夠長,自由落體加速度為g,求:(1)小球的最大加速度的大小;(2)小球下滑加速度為最大加速度一半時的速度大小;(3)小球下滑速度為最大下滑速度一半時的加速度大小.解析:(1)小球剛開始下滑時速度較小,有mgμ(qEqBv)=ma,當qvB=qE時a達到最大,為am=g.(2)在a達到am之前,隨v的增大,qvB增大,當a=g2時,速度為v1=2在a達到am后,qvB>qE,之后隨v增大,qvB增大,有mgμ(qvBqE)=ma,當