【先學(xué)后教新思路】2020高考物理一輪復(fù)習(xí)-教案38-磁場(chǎng)對(duì)電流或運(yùn)動(dòng)電荷作用

磁場(chǎng)對(duì)電流或運(yùn)動(dòng)電荷作用的綜合訓(xùn)練(限時(shí)：45分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1．關(guān)于電場(chǎng)力與洛倫茲力，以下說法正確的是 ()A．電荷只要處在電場(chǎng)中，就會(huì)受到電場(chǎng)力，而電荷靜止在磁場(chǎng)中，也可能受到洛倫茲力B．電場(chǎng)力對(duì)在電場(chǎng)中的電荷確定會(huì)做功，而洛倫茲力對(duì)在磁場(chǎng)中的電荷卻不會(huì)做功C．電場(chǎng)力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場(chǎng)線和磁感線上D．只有運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中才可能會(huì)受到洛倫茲力的作用答案D解析靜止在磁場(chǎng)中的電荷不行能受到洛倫茲力，A錯(cuò)；盡管電場(chǎng)力對(duì)電荷可以做功，但假如電荷在電場(chǎng)中不動(dòng)或沿等勢(shì)面移動(dòng)，電場(chǎng)力做功為零，B錯(cuò)；洛倫茲力的方向與磁感線垂直，與運(yùn)動(dòng)方向垂直，C錯(cuò)．只有D是正確的．2．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平放置一根長通電直導(dǎo)線，電流的方向垂直于紙面對(duì)里．如圖1所示，A、B、C、D是以直導(dǎo)線為圓心的同一圓周上的四點(diǎn)，在這四點(diǎn)中 ()圖1A．B、D兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等B．A、B兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等C．C點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最大D．B點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最大答案A解析由安培定則可推斷通電直導(dǎo)線在C點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與B0的方向相反，B、D兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與B0垂直，故B、D兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與B0相同，由磁場(chǎng)的疊加知A點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度最大．故只有A項(xiàng)正確．3.如圖2所示，在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)布滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，MN是一豎直放置的感光板．從圓形磁場(chǎng)最高點(diǎn)P垂直磁場(chǎng)射入大量的帶正電、電荷量為q、質(zhì)量為m、速度為v的粒子，不考慮粒子間的相互作用力，關(guān)于這些粒子的運(yùn)動(dòng)，以下說法正確的是 ()圖2A．只要對(duì)著圓心入射，出射后均可垂直打在MN上B．對(duì)著圓心入射的粒子，其出射方向的反向延長線不愿定過圓心C．對(duì)著圓心入射的粒子，速度越大在磁場(chǎng)中通過的弧長越長，時(shí)間也越長D．只要速度滿足v＝eq\f(qBR,m)，沿不同方向入射的粒子出射后均可垂直打在MN上答案D解析當(dāng)v⊥B時(shí)，粒子所受洛倫茲力充當(dāng)向心力，做半徑和周期分別為R＝eq\f(mv,qB)，T＝eq\f(2πm,qB)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)；只要速度滿足v＝eq\f(qBR,m)，沿不同方向入射的粒子出射后均可垂直打在MN上，選項(xiàng)D正確．4.如圖3所示，在豎直絕緣的平臺(tái)上，一個(gè)帶正電的小球以水平速度v0拋出，落在地面上的A點(diǎn)，若加一垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則小球的落點(diǎn) ()圖3A．仍在A點(diǎn)B．在A點(diǎn)左側(cè)C．在A點(diǎn)右側(cè)D．無法確定答案C解析加上磁場(chǎng)后，洛倫茲力雖不做功，但可以轉(zhuǎn)變小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(轉(zhuǎn)變速度的方向)，小球做曲線運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中任一位置受力如圖所示，小球受到了斜向上的洛倫茲力的作用，小球在豎直方向的加速度ay＝eq\f(mg－qvBcosθ,m)<g，故小球平拋的時(shí)間將增加，由x＝v0t知，落點(diǎn)應(yīng)在A點(diǎn)的右側(cè)．5．如圖4所示，在屏MN的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里．P為屏上的一個(gè)小孔．PC與MN垂直．一群質(zhì)量為m、帶電荷量為－q的粒子(不計(jì)重力)，以相同的速率v從P處沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)區(qū)域．粒子入射方向在與磁場(chǎng)B垂直的平面內(nèi)，且散開在與PC夾角為θ的范圍內(nèi)．則在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的長度為 ()圖4A.eq\f(2mv,qB) B.eq\f(2mvcosθ,qB)C.eq\f(2mv1－sinθ,qB) D.eq\f(2mv1－cosθ,qB)答案D解析屏MN上被粒子擊中的區(qū)域離P點(diǎn)最遠(yuǎn)的距離x1＝2r＝eq\f(2mv,qB)，屏MN上被粒子擊中的區(qū)域離P點(diǎn)最近的距離x2＝2rcosθ＝eq\f(2mvcosθ,qB)，故在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的長度為x1－x2＝eq\f(2mv1－cosθ,qB)，D正確．6.如圖5所示，長為L的通電直導(dǎo)體棒放在光滑水平絕緣軌道上，勁度系數(shù)為k的水平輕彈簧一端固定，另一端拴在棒的中點(diǎn)，且與棒垂直，整個(gè)裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，彈簧伸長x，棒處于靜止?fàn)顟B(tài)．則 ()圖5A．導(dǎo)體棒中的電流方向從b流向aB．導(dǎo)體棒中的電流大小為eq\f(kx,BL)C．若只將磁場(chǎng)方向緩慢順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度，x變大D．若只將磁場(chǎng)方向緩慢逆時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度，x變大答案B解析由左手定則可知，導(dǎo)體棒中的電流方向從a流向b，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由BIL＝kx可得導(dǎo)體棒中的電流大小為I＝eq\f(kx,BL)，選項(xiàng)B正確；若只將磁場(chǎng)方向緩慢順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度或逆時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度，x都變小，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．二、多項(xiàng)選擇題7．如圖6所示，一個(gè)半徑為R的導(dǎo)電圓環(huán)與一個(gè)軸向?qū)ΨQ的發(fā)散磁場(chǎng)處處正交，環(huán)上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小相等，方向均與環(huán)面軸線方向成θ角(環(huán)面軸線為豎直方向)．若導(dǎo)電圓環(huán)上載有如圖所示的恒定電流I，則下列說法正確的是 ()圖6A．導(dǎo)電圓環(huán)有收縮的趨勢(shì)B．導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力方向豎直向上C．導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力的大小為2BIRD．導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力的大小為2πBIRsinθ答案ABD解析若導(dǎo)線圓環(huán)上載有如圖所示的恒定電流I，由左手定則可得導(dǎo)線圓環(huán)上各小段所受安培力斜向內(nèi)，導(dǎo)電圓環(huán)有收縮的趨勢(shì)，導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力方向豎直向上，導(dǎo)電圓環(huán)所受安培力的大小為2πBIRsinθ，選項(xiàng)A、B、D正確．8.如圖7所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有1和2兩個(gè)質(zhì)子在同一平面內(nèi)沿逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑r1>r2并相切于P點(diǎn)，設(shè)T1、T2，v1、v2，a1、a2，t1、t2，分別表示1、2兩個(gè)質(zhì)子的周期，線速度，向心加速度以及各自從經(jīng)過P點(diǎn)算起到第一次通過圖中虛線MN所經(jīng)受的時(shí)間，則 ()圖7A．T1＝T2 B．v1＝v2C．a(chǎn)1>a2 D．t1<t2答案ACD解析對(duì)于質(zhì)子，其eq\f(q,m)相同，又T＝eq\f(2πm,qB)，在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則T1＝T2，選項(xiàng)A正確．又r＝eq\f(mv,qB)，且r1>r2則v1>v2.B錯(cuò)誤．由a＝eq\f(v2,r)，T＝eq\f(2πr,v)，得a＝eq\f(2π,T)v，則a1>a2，C正確．又兩質(zhì)子的周期相同，由題圖知質(zhì)子1從經(jīng)過P點(diǎn)算起到第一次通過圖中虛線MN所轉(zhuǎn)過的圓心角比質(zhì)子2小，由t＝eq\f(θ,360°)T知，t1<t2，D正確．三、非選擇題9.在傾角θ＝30°的斜面上，固定一金屬框，寬l＝0.25m，接入電動(dòng)勢(shì)E＝12V、內(nèi)阻不計(jì)的電池．垂直框面放置一根質(zhì)量m＝0.2kg的金屬棒ab，它與框架間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝eq\f(\r(6),6)，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T、垂直框面對(duì)上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖8所示．當(dāng)調(diào)整滑動(dòng)變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時(shí)，可使金屬棒靜止在框架上？(框架與金屬棒的電阻不計(jì)，g取10m/s2)圖8答案1.4Ω≤R≤8.0Ω解析金屬棒受到四個(gè)力作用：重力mg、垂直框面對(duì)上的支持力FN、沿框面對(duì)上的安培力F安及沿框面的靜摩擦力Ff.金屬棒靜止在框架上時(shí)，靜摩擦力Ff的方向可能沿框面對(duì)上，也可能沿框面對(duì)下，需分兩種狀況考慮：(1)當(dāng)滑動(dòng)變阻器R取值較大時(shí)，I較小，安培力F安較小，在金屬棒重力重量mgsinθ作用下金屬棒有沿框面下滑的趨勢(shì)，金屬棒所受靜摩擦力Ff沿框面對(duì)上，受力狀況如圖所示．此時(shí)金屬棒剛好不下滑，滿足平衡條件：Beq\f(E,Rmax)l＋μmgcosθ－mgsinθ＝0解得Rmax＝eq\f(BEl,mgsinθ－μcosθ)＝8.0Ω(2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器R取值較小時(shí)，I較大，安培力F安較大，會(huì)使金屬棒產(chǎn)生上滑的趨勢(shì)，因此金屬棒所受靜摩擦力Ff沿框面對(duì)下，如圖所示．此時(shí)金屬棒剛好不上滑，滿足平衡條件：Beq\f(E,Rmin)l－μmgcosθ－mgsinθ＝0解得Rmin＝eq\f(BEl,mgsinθ＋μcosθ)＝1.4Ω所以要使金屬棒靜止在框架上，滑動(dòng)變阻器R的取值范圍為1.4Ω≤R≤8.0Ω10．如圖9所示，在坐標(biāo)系xOy中，第一象限內(nèi)布滿著兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)a和b，OP為分界線，在區(qū)域a中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B，方向垂直紙面對(duì)里；在區(qū)域b中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面對(duì)外，P點(diǎn)坐標(biāo)為(4l,3l)．一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向射入?yún)^(qū)域b，經(jīng)過一段時(shí)間后，粒子恰能經(jīng)過原點(diǎn)圖9(1)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的時(shí)間最少是多少？(2)粒子運(yùn)動(dòng)的速度可能是多少？答案(1)eq\f(53πm,60qB)(2)eq\f(25qBl,12nm)(n＝1,2,3，…)解析(1)設(shè)粒子的入射速度為v，用Ra、Rb、Ta、Tb分別表示粒子在磁場(chǎng)a區(qū)和b區(qū)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期，則：Ra＝eq\f(mv,2qB)，Rb＝eq\f(mv,qB)，Ta＝eq\f(2πm,2qB)＝eq\f(πm,qB)，Tb＝eq\f(2πm,qB)粒子先從b區(qū)運(yùn)動(dòng)，后進(jìn)入a區(qū)運(yùn)動(dòng)，然后從O點(diǎn)射出時(shí)，粒子從P運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)所用時(shí)間最短．如圖所示．tanα＝eq