2024-2025版高中物理第三章磁場5運(yùn)動電荷在磁場中受到的力課時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-1

PAGE7-運(yùn)動電荷在磁場中受到的力(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.在赤道上某處有一支避雷針,當(dāng)帶有負(fù)電的烏云經(jīng)過避雷針上方時(shí),避雷針起先放電形成瞬間電流,則地磁場對避雷針的作用力的方向?yàn)?()A.正東 B.正西C.正南 D.正北【解析】選B。地球的磁場方向?yàn)橛赡蠘O指向北極,烏云中的負(fù)電通過避雷針進(jìn)入地球,則電流方向豎直向上,由左手定則可知,避雷針中的電流受到的安培力的方向是正西,故B正確,A、C、D錯誤。2.如圖所示,一束電子流沿管的軸線進(jìn)入螺線管,忽視重力,電子在管內(nèi)的運(yùn)動應(yīng)當(dāng)是 ()A.當(dāng)從a端通入電流時(shí),電子做勻加速直線運(yùn)動B.當(dāng)從b端通入電流時(shí),電子做勻加速直線運(yùn)動C.不管從哪端通入電流,電子都做勻速直線運(yùn)動D.不管從哪端通入電流,電子都做勻速圓周運(yùn)動【解析】選C。不管通有什么方向的電流,螺線管內(nèi)部磁場方向始終與軸線平行,帶電粒子沿著磁感線運(yùn)動時(shí)不受洛倫茲力,所以應(yīng)始終保持原運(yùn)動狀態(tài)不變。3.如圖所示,一個帶正電荷q的小帶電體處于垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,若小帶電體的質(zhì)量為m,為了使它對水平絕緣面正好無壓力,應(yīng)當(dāng)()A.使B的數(shù)值增大B.使磁場以速率v=向上移動C.使磁場以速率v=向右移動D.使磁場以速率v=向左移動【解析】選D。為使小帶電體對平面無壓力,則應(yīng)使它受到的洛倫茲力剛好與重力平衡,磁場不動而只增大B,則靜止電荷在磁場中不受洛倫茲力,選項(xiàng)A錯誤。磁場向上移動相當(dāng)于電荷向下運(yùn)動,洛倫茲力向右,也不行能平衡重力,故選項(xiàng)B錯誤。磁場以速度v向左移動,等同于電荷以速度v向右運(yùn)動,此時(shí)洛倫茲力向上;當(dāng)qvB=mg時(shí),帶電體對絕緣水平面無壓力,則v=,選項(xiàng)D正確,C錯誤。4.兩個質(zhì)量相同、所帶電荷量相等的帶電粒子a、b,以不同的速率對準(zhǔn)圓心O沿著AO方向射入圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,其運(yùn)動軌跡如圖所示。若不計(jì)粒子的重力,則下列說法正確的是 ()A.a粒子帶正電,b粒子帶負(fù)電B.a粒子在磁場中所受洛倫茲力較大C.b粒子的動能較大D.b粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)間較長【解析】選C。由左手定則可知,a粒子帶負(fù)電,b粒子帶正電,A錯誤;由qvB=m得r=,故運(yùn)動的軌跡半徑越大,對應(yīng)的速率越大,所以b粒子的速率較大,在磁場中所受洛倫茲力較大,B錯誤;由Ek=mv2可得b粒子的動能較大,C正確;由T=可知兩者的周期相同,b粒子運(yùn)動的軌跡對應(yīng)的圓心角小于a粒子運(yùn)動的軌跡對應(yīng)的圓心角,所以b粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)間較短,D錯誤。故選C。5.如圖所示,在真空中,水平導(dǎo)線中有恒定電流I通過,導(dǎo)線的正下方有一質(zhì)子初速度方向與電流方向相同,則質(zhì)子可能的運(yùn)動狀況是 ()A.沿路徑a運(yùn)動B.沿路徑b運(yùn)動C.沿路徑c運(yùn)動 D.沿路徑d運(yùn)動【解析】選B。由安培定則,電流在下方產(chǎn)生的磁場方向指向紙外,由左手定則,質(zhì)子剛進(jìn)入磁場時(shí)所受洛倫茲力方向向上。則質(zhì)子的軌跡必定向上彎曲,因此A、C、D錯誤,B正確?！炯庸逃?xùn)練】下列說法中正確的是 ()A.只要速度大小相同,所受洛倫茲力就相同B.假如把+q改為-q,且速度反向,大小不變,則洛倫茲力的大小、方向均不變C.洛倫茲力方向肯定與電荷速度方向垂直,磁場方向肯定與電荷運(yùn)動方向垂直D.粒子在只受到洛倫茲力作用下運(yùn)動的動能、速度均不變【解析】選B。因?yàn)槁鍌惼澚Φ拇笮〔坏c粒子速度大小有關(guān),而且與粒子速度的方向有關(guān),如當(dāng)粒子速度與磁場垂直時(shí)F=qvB,當(dāng)粒子速度與磁場平行時(shí)F=0。又由于洛倫茲力的方向恒久與粒子的速度方向垂直,因而速度方向不同時(shí),洛倫茲力的方向也不同,故A錯誤;因?yàn)?q改為-q且速度反向,由左手定則可知洛倫茲力方向不變,再由F=qvB知大小也不變,故B正確;因?yàn)殡姾蛇M(jìn)入磁場時(shí)的速度方向可以與磁場方向成隨意夾角,故C錯誤;因?yàn)槁鍌惼澚偱c速度方向垂直,因此,洛倫茲力不做功,粒子動能不變,但洛倫茲力可變更粒子的運(yùn)動方向,使粒子速度的方向不斷變更,故D錯誤。6.用絕緣細(xì)線懸掛一個質(zhì)量為m,帶電荷量為+q的小球,讓它處于如圖所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。由于磁場的運(yùn)動,小球靜止在如圖位置,這時(shí)懸線與豎直方向夾角為α,并被拉緊,則磁場的運(yùn)動速度大小和方向可能是()A.v=,水平向右B.v=,水平向左C.v=,豎直向上D.v=,豎直向下【解析】選C。當(dāng)磁場向右運(yùn)動時(shí),相當(dāng)于磁場不動,小球向左運(yùn)動,利用左手定則可以得知,小球所受洛倫茲力方向豎直向下,不行能如題所述處于平衡狀態(tài),故A項(xiàng)錯誤。當(dāng)磁場向左運(yùn)動時(shí),相當(dāng)于磁場不動,小球向右運(yùn)動,利用左手定則可以得知,小球所受洛倫茲力方向豎直向上,當(dāng)繩子沒有拉力且洛倫茲力等于重力時(shí),小球處于平衡狀態(tài),則有:Bqv=mg,解得:v=,由于繩子被拉緊,存在拉力,故B項(xiàng)錯誤。當(dāng)磁場向上運(yùn)動時(shí),相當(dāng)于磁場不動,小球向下運(yùn)動,利用左手定則可以得知,小球所受洛倫茲力方向水平向右,當(dāng)洛倫茲力與拉力的合力與重力相等時(shí),則處于平衡狀態(tài),則有:Bqv=mgtanα,解得:v=,故C項(xiàng)正確。若磁場的運(yùn)動方向豎直向下,則小球相對磁場豎直向上運(yùn)動,由左手定則可知,洛倫茲力方向水平向左,則不行能處于平衡狀態(tài),故D項(xiàng)錯誤。故選C。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)如圖所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面對外,質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球在傾角為α的光滑斜面上由靜止起先下滑。若帶電小球下滑后某個時(shí)刻對斜面的壓力恰好為零,問:(1)小球的帶電性質(zhì)如何?(2)此時(shí)小球下滑的速度和位移分別為多大?【解析】(1)小球沿斜面下滑,某個時(shí)刻其對斜面的壓力為零,說明此時(shí)其受到的洛倫茲力應(yīng)垂直斜面對上,依據(jù)左手定則可推斷小球帶正電。(2)當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí),有mgcosα=qvB,得小球此時(shí)的速度為v=。由于小球沿斜面方向做勻加速運(yùn)動,加速度為a=gsinα,由勻變速直線運(yùn)動的位移公式v2=2ax得x=。答案:(1)帶正電(2)8.(12分)一細(xì)棒處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,棒與磁場垂直,磁感線方向垂直紙面對里,如圖所示,棒上套一個可在其上滑動的帶負(fù)電的小環(huán)c,小環(huán)質(zhì)量為m,電荷量為q,環(huán)與棒間無摩擦。讓小環(huán)從靜止滑下,下滑中某時(shí)刻環(huán)對棒的作用力恰好為零,則此時(shí)環(huán)的速度為多大?【解析】小環(huán)沿棒下滑,對環(huán)進(jìn)行受力分析如圖所示,當(dāng)環(huán)對棒的作用力為零時(shí),其所受洛倫茲力大小F洛=qvB,方向垂直于棒斜向上,應(yīng)有F洛=mgcosθ,得v=綜上所述本題答案是:v=答案:(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)如圖所示為速度選擇器裝置,場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場相互垂直。一帶電量為+q,質(zhì)量為m的粒子(不計(jì)重力)以速度v水平向右射入,粒子恰好沿直線穿過,則下列說法正確的是 ()A.若帶電粒子帶電量為+2q,粒子將向下偏轉(zhuǎn)B.若帶電粒子帶電量為-2q,粒子仍能沿直線穿過C.若帶電粒子速度為2v,粒子不與極板相碰,則從右側(cè)射出時(shí)電勢能肯定增加D.若帶電粒子從右側(cè)水平射入,粒子仍能沿直線穿過【解析】選B、C。粒子恰沿直線穿過,電場力和洛倫茲力均垂直于速度,故合力為零,粒子做勻速直線運(yùn)動,依據(jù)平衡條件,有qvB=qE,解得v=,只要粒子速度為,就能沿直線勻速通過選擇器,若帶電粒子帶電量為+2q,速度不變,仍舊沿直線勻速通過選擇器,選項(xiàng)A錯誤;若帶電粒子帶電量為-2q,只要粒子速度為,電場力與洛倫茲力仍舊平衡,仍舊沿直線勻速通過選擇器,選項(xiàng)B正確;若帶電粒子速度為2v,電場力不變,洛倫茲力變?yōu)?倍,故會偏轉(zhuǎn),克服電場力做功,電勢能增加,選項(xiàng)C正確;若帶電粒子從右側(cè)水平射入,電場力方向不變,洛倫茲力方向反向,故粒子肯定偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)D錯誤。故選B、C。10.(6分)(多選)如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖,ab為兩極板的平分線,板間分布有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場,兩極間可視為勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度大小為E。假如粒子具有速率為v=,那么 ()A.帶正電粒子必需沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場區(qū),才能沿直線通過B.帶負(fù)電粒子必需沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場區(qū),才能沿直線通過C.不論粒子電性如何,沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場區(qū),都能沿直線通過D.不論粒子電性如何,沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場區(qū),都能沿直線通過【解析】選A、C。帶正電粒子沿ab從左側(cè)進(jìn)入場區(qū),所受電場力大小為qE,方向向下,所受洛倫茲力大小為qvB=qE,方向向上,選項(xiàng)A正確;同理可推斷,選項(xiàng)C正確,B、D錯誤。故選A、C。11.(6分)(多選)如圖所示,一軌道由兩等長的光滑斜面AB和BC組成,兩斜面在B處用一光滑小圓弧相連接,P是BC的中點(diǎn),豎直線BD右側(cè)存在垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場,B處可認(rèn)為處在磁場中,一帶電小球從A點(diǎn)由靜止釋放后能沿軌道來回運(yùn)動,C點(diǎn)為小球在BD右側(cè)運(yùn)動的最高點(diǎn),則下列說法正確的是 ()A.C點(diǎn)與A點(diǎn)在同一水平線上B.小球向右或向左滑過B點(diǎn)時(shí),對軌道壓力相等C.小球向上或向下滑過P點(diǎn)時(shí),其所受洛倫茲力相同D.小球從A到B的時(shí)間是從C到P時(shí)間的倍【解析】選A、D。小球在運(yùn)動過程中受重力、洛倫茲力和軌道支持力作用,因洛倫茲力永不做功,支持力始終與小球運(yùn)動方向垂直,也不做功,即只有重力做功,滿意機(jī)械能守恒,因此C點(diǎn)與A點(diǎn)等高,在同一水平線上,選項(xiàng)A正確;小球向右或向左滑過B點(diǎn)時(shí)速度等大反向,即洛倫茲力等大反向,小球?qū)壍赖膲毫Σ坏?選項(xiàng)B錯誤;同理小球向上或向下滑過P點(diǎn)時(shí),洛倫茲力也等大反向,選項(xiàng)C錯誤;因洛倫茲力始終垂直BC,小球在AB段和BC段(斜面傾角均為θ)的加速度均由重力沿斜面的分力產(chǎn)生,大小為gsinθ,由x=at2得小球從A到B的時(shí)間是從C到P的時(shí)間的倍,選項(xiàng)D正確。12.(22分)如圖所示,質(zhì)量為m=1kg,電荷量為q=5×10-2C的帶正電的小滑塊,從半徑為R=0.4m的光滑絕緣圓軌道上由靜止自A端滑下。整個裝置處在方向相互垂直的勻強(qiáng)電場與勻強(qiáng)磁場中。已知E=100V/m,水平向右;B=1T,方向垂直紙面對里。求(g取10m/s2):(1)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度大小;(2)在C點(diǎn)時(shí)滑塊對軌道的壓力大小?！窘馕觥恳曰瑝K為探討