人教版(新教材)高中物理選擇性必修2課時(shí)作業(yè)9：1 2 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE1第2節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力(限時(shí)40分鐘)題組一洛倫茲力的方向1.帶電粒子(重力不計(jì))穿過飽和蒸汽時(shí)，在它走過的路徑上飽和蒸汽便凝成小液滴，從而顯示粒子的徑跡，這是云室的原理，如圖所示是云室的拍攝照片，云室中加了垂直于照片向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中Oa、Ob、Oc、Od是從O點(diǎn)發(fā)出的四種粒子的徑跡，下列說法中正確的是()A．四種粒子都帶正電B．四種粒子都帶負(fù)電C．打到a、b點(diǎn)的粒子帶正電D．打到c、d點(diǎn)的粒子帶正電〖答案〗D〖解析〗由左手定則知打到a、b點(diǎn)的粒子帶負(fù)電，打到c、d點(diǎn)的粒子帶正電，D正確。2．下列四幅圖關(guān)于各物理量方向間的關(guān)系中，正確的是()〖答案〗B〖解析〗A圖中，由左手定則可知，安培力的方向總是與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，故A錯(cuò)誤；B圖中，磁場(chǎng)的方向向下，電流的方向垂直紙面向里，由左手定則可知安培力的方向向左，故B正確；C圖中，由左手定則可知，洛倫茲力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，應(yīng)為垂直紙面向外，故C錯(cuò)誤；D圖中，通電螺線管內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向沿螺線管的軸線的方向，可知電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感線的方向平行，不受洛倫茲力，故D錯(cuò)誤。題組二洛倫茲力的大小3．兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩粒子質(zhì)量之比為1∶4，電荷量之比為1∶2，則兩帶電粒子所受洛倫茲力之比為()A．2∶1 B．1∶1C．1∶2 D．1∶4〖答案〗C〖解析〗帶電粒子的速度方向與磁感線方向垂直時(shí)，洛倫茲力F＝qvB與電荷量成正比，與質(zhì)量無關(guān)，C項(xiàng)正確。4.如圖所示，一個(gè)帶負(fù)電的物體從絕緣粗糙斜面頂端滑到底端時(shí)的速度為v，若加上一個(gè)垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則滑到底端時(shí)()A．v變大 B．v變小C．v不變 D．不能確定v的變化〖答案〗B〖解析〗未加磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)動(dòng)能定理有mgh－Wf＝eq\f(1,2)mv2－0。加磁場(chǎng)后，多了洛倫茲力，方向垂直斜面向下，洛倫茲力不做功，但正壓力變大，摩擦力變大，克服摩擦力做功變大，根據(jù)動(dòng)能定理，有mgh－Wf′＝eq\f(1,2)mv′2－0，Wf＜Wf′，所以v′＜v，B正確。5．帶電油滴以水平速度v0垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，恰做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖所示，若油滴質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則下述說法正確的是()A．油滴必帶正電荷，電荷量為eq\f(2mg,v0B)B．油滴必帶負(fù)電荷，比荷eq\f(q,m)＝eq\f(g,v0B)C．油滴必帶正電荷，電荷量為eq\f(mg,v0B)D．油滴帶什么電荷都可以，只要滿足q＝eq\f(mg,v0B)〖答案〗C〖解析〗油滴水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，其所受洛倫茲力必向上與重力平衡，故帶正電，由qv0B＝mg得q＝eq\f(mg,v0B)，C正確。題組三磁偏轉(zhuǎn)的應(yīng)用6．如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)發(fā)電原理示意圖，將一束等離子體(高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒)射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有兩塊金屬板P、Q，這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓。兩金屬板的板長為L1，板間距離為L2，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B且平行于兩金屬板，等離子體充滿兩板間的空間。等離子體的初速度v與磁場(chǎng)方向垂直，當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，P板和Q板間電勢(shì)差UPQ為()A．vBL1 B．vBL2C.eq\f(vBL2,L1) D.eq\f(vBL1,L2)〖答案〗B〖解析〗等離子體進(jìn)入兩金屬板間，在洛倫茲力作用下帶正電的離子向P板運(yùn)動(dòng)、帶負(fù)電的離子向Q板運(yùn)動(dòng)，平行板間形成一個(gè)向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，并且場(chǎng)強(qiáng)越來越大，當(dāng)離子受到的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡時(shí)，正、負(fù)離子便做勻速直線運(yùn)動(dòng)通過金屬板，發(fā)電機(jī)便穩(wěn)定發(fā)電了。則有qE＝qvB，又UPQ＝EL2，可得UPQ＝vBL2，選項(xiàng)B正確。7．2020年爆發(fā)了新冠肺炎疫情，新型冠狀病毒傳染性非常強(qiáng)，因此研究新冠肺炎病毒株的實(shí)驗(yàn)室必須是全程都在高度無接觸物理防護(hù)性條件下操作。武漢病毒研究所是我國防護(hù)等級(jí)最高的P4實(shí)驗(yàn)室，在該實(shí)驗(yàn)室中有一種污水流量計(jì)，其原理可以簡(jiǎn)化為如圖所示模型：廢液內(nèi)含有大量正、負(fù)離子，從直徑為d的圓柱形容器右側(cè)流入，左側(cè)流出。流量值Q等于單位時(shí)間通過橫截面的液體的體積?？臻g有垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，下列說法正確的是()A．帶電離子所受洛倫茲力方向水平向左B．正、負(fù)離子所受洛倫茲力方向相同C．污水流量計(jì)也可以用于測(cè)量不帶電的液體的流速D．只需要測(cè)量M、N兩點(diǎn)間電壓就能夠推算廢液的流量〖答案〗D〖解析〗根據(jù)左手定則，正電荷受到豎直向下的洛倫茲力，負(fù)電荷受到豎直向上的洛倫茲力，A、B錯(cuò)誤；不帶電液體在磁場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)，由于沒有自由電荷，不能形成電場(chǎng)，M、N兩點(diǎn)間沒有電勢(shì)差，因此無法測(cè)出流速，C錯(cuò)誤；根據(jù)qvB＝qeq\f(U,d)，可得廢液的流速v＝eq\f(U,Bd)，廢液的流量Q＝Sv＝eq\f(πd2,4)·eq\f(U,Bd)＝eq\f(πUd,4B)，故只需要測(cè)量M、N兩點(diǎn)間電壓就能夠推算廢液的流量，D正確。8．在兩平行金屬板間，有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)。α粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，恰好能沿直線勻速通過。供下列各小題選擇的〖答案〗有：A．不偏轉(zhuǎn) B．向上偏轉(zhuǎn)C．向下偏轉(zhuǎn) D．向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn)(1)若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，質(zhì)子將________。(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，電子將________。(3)若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向從兩板正中央射入時(shí)，質(zhì)子將________。(4)若增大勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向，從兩板正中央射入時(shí)，電子將________?！即鸢浮?1)A(2)A(3)B(4)C〖解析〗設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m，帶電荷量為q，勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。帶電粒子以速度v0垂直射入互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，若粒子帶正電荷，則所受電場(chǎng)力方向向下，大小為qE；所受洛倫茲力方向向上，大小為qv0B。沿直線勻速通過時(shí)，顯然有qv0B＝qE，v0＝eq\f(E,B)，即沿直線勻速通過時(shí)，帶電粒子的速度與其質(zhì)量、電荷量無關(guān)。如果粒子帶負(fù)電荷，則所受電場(chǎng)力方向向上，洛倫茲力方向向下，上述結(jié)論仍然成立。所以，(1)(2)兩小題應(yīng)選A。若質(zhì)子以大于v0的速度v射入兩板之間，由于洛倫茲力F洛＝qvB，洛倫茲力將大于電場(chǎng)力，質(zhì)子帶正電荷，將向上偏轉(zhuǎn)，第(3)小題應(yīng)選B。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大時(shí)，電子射入的其他條件不變，所受洛倫茲力F洛＝qv0B也增大，電子帶負(fù)電荷，所受洛倫茲力方向向下，將向下偏轉(zhuǎn)，所以第(4)小題應(yīng)選擇C。9．(多選)(2021·山西大同市高二期末)關(guān)于靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)電荷的作用力，下列說法正確的是()A．帶電粒子在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力的作用，在磁場(chǎng)中也一定受洛倫茲力的作用B．帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力可能不做功，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力一定不做功C．運(yùn)動(dòng)的正電荷受電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，受洛倫茲力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同D．運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反，受洛倫茲力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直〖答案〗BD〖解析〗帶電粒子在電場(chǎng)中一定會(huì)受電場(chǎng)力，磁場(chǎng)只對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有洛倫茲力作用，且運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向不平行，A錯(cuò)誤；帶電粒子在電場(chǎng)中沿等勢(shì)面運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力不做功，因?yàn)槁鍌惼澚Φ姆较蚝瓦\(yùn)動(dòng)電荷的速度垂直，洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷一定不做功，B正確；運(yùn)動(dòng)的正電荷受電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，受洛倫茲力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，C錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反，受洛倫茲力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，D正確。10．(2021·廣東深圳市高二期末)如圖所示，從太陽或其他星體上放射出的宇宙射線中都含有大量的高能帶電粒子，這些高能帶電粒子到達(dá)地球會(huì)對(duì)地球上的生命帶來危害，但是由于地球周圍存在地磁場(chǎng)，地磁場(chǎng)能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)地球上的生命起到保護(hù)作用，那么()A．宇宙射線受到地磁場(chǎng)施加的與運(yùn)動(dòng)方向相反的排斥力B．垂直射向地球表面的帶電粒子在兩極處受磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)作用最強(qiáng)C．帶正電的離子垂直射向赤道時(shí)會(huì)向東偏轉(zhuǎn)D．帶負(fù)電的離子垂直射向赤道時(shí)會(huì)向南極偏轉(zhuǎn)〖答案〗C〖解析〗宇宙射線受到地磁場(chǎng)施加的力與運(yùn)動(dòng)方向垂直，當(dāng)宇宙射線的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行時(shí)，此時(shí)受到的洛倫茲力為零，故A錯(cuò)誤；垂直射向地球表面的帶電粒子在兩極處運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行，故不受洛倫茲力，故B錯(cuò)誤；由左手定則可知，帶正電的離子垂直射向赤道時(shí)會(huì)向東偏轉(zhuǎn)，故C正確；帶負(fù)電的離子垂直射向赤道時(shí)會(huì)向西偏轉(zhuǎn)，故D錯(cuò)誤。11．為了測(cè)量某化肥廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下表面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說法正確的是()A．若污水中正離子較多，則前內(nèi)側(cè)面比后內(nèi)側(cè)面電勢(shì)高B．前內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)一定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)，與污水中離子種類無關(guān)C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與電壓U成正比，與a、b有關(guān)〖答案〗B〖解析〗由左手定則可知，若污水中為正離子，則正離子向里偏，前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面電勢(shì)，若污水中為負(fù)離子，則負(fù)離子向外偏，仍然是前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)，故A錯(cuò)誤，B正確；污水穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，對(duì)任一離子有qvB＝qE＝eq\f(qU,b)，所以U＝Bbv，電壓表的示數(shù)與離子濃度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；流量Q＝Sv＝bc·eq\f(U,Bb)＝eq\f(cU,B)，可以看出流量Q與a、b均無關(guān)，故D錯(cuò)誤。12．如圖所示，一帶正電的物體固定在小車的底板上，其中底板絕緣，整個(gè)裝置靜止在水平地面上，在空間施加一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如果保持小車不動(dòng)，將勻強(qiáng)磁場(chǎng)沿水平方向向左勻速運(yùn)動(dòng)。則下列說法正確的是()A．帶電物體所受的洛倫茲力為零B．帶電物體受洛倫茲力且方向豎直向上C．小車對(duì)地面的壓力變大D．地面對(duì)小車的摩擦力方向向左〖答案〗B〖解析〗受洛倫茲力的帶電物體的速度不是相對(duì)地面而言，而是相對(duì)磁場(chǎng)。題中勻強(qiáng)磁場(chǎng)向左勻速運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于小車水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，由左手定則可知，帶電物體所受的洛倫茲力方向豎直向上，B正確，A錯(cuò)誤；由于小車水平方向不受力，所以摩擦力為零，D錯(cuò)誤；對(duì)小車及帶電物體整體分析可知，地面對(duì)小車的支持力變小，由牛頓第三定律可知小車對(duì)地面的壓力變小，C錯(cuò)誤。13．(多選)如圖所示，一個(gè)帶正電的滑環(huán)套在水平且足夠長的粗糙絕緣桿上，整個(gè)裝置處在與桿垂直的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，現(xiàn)使滑環(huán)獲得向右的初速度，滑環(huán)在桿上的運(yùn)動(dòng)情況可能是()A．始終做勻速運(yùn)動(dòng)B．先做加速運(yùn)動(dòng)，后做勻速運(yùn)動(dòng)C．先做減速運(yùn)動(dòng)，后做勻速運(yùn)動(dòng)D．先做減速運(yùn)動(dòng)，最后靜止在桿上〖答案〗ACD〖解析〗分析滑環(huán)的受力情況，受到重力、洛倫茲力、桿的支持力和摩擦力作用，如果洛倫茲力等于物體的重力，滑環(huán)不受支持力和摩擦力作用，將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確；如果重力小于洛倫茲力，滑環(huán)在水平方向上受到摩擦力作用，做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)洛倫茲力等于重力時(shí)，做勻速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C正確，B錯(cuò)誤；如果重力大于洛倫茲力，滑環(huán)受到摩擦力，將做減速運(yùn)動(dòng)，最終速度為零，選項(xiàng)D正確。14．兩個(gè)完全相同的帶等量的正電荷的小球a和b，從同一高度自由落下，分別穿過高度相同的水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，然后再落到地面上，設(shè)兩球運(yùn)動(dòng)所用的總時(shí)間分別為ta、tb，則()A．ta＝tb B．ta＞tbC．ta＜tb D．條件不足，無法比較〖答案〗C〖解析〗a球進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后，始終受到水平向右的電場(chǎng)力F電＝qE作用，這個(gè)