2023高中物理第一章安培力與洛倫茲力12磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力【基礎(chǔ)鞏固】1.(2021·廣東肇慶)(多選)下列情形中,關(guān)于安培力或洛倫茲力方向的描述正確的是 ()A.導(dǎo)體棒靜止,磁場方向垂直于斜面向上B.導(dǎo)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(dǎo)線正上方運(yùn)動(dòng)D.電子在通電螺線管中心正上方運(yùn)動(dòng)解析:根據(jù)左手定則可判斷選項(xiàng)A正確;B圖中安培力方向應(yīng)該與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直,即安培力方向應(yīng)沿水平方向,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)安培定則可知,圖中通電直導(dǎo)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(xiàng)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(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:AC2.帶電油滴以水平速度v0垂直進(jìn)入磁場,恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),如圖所示,若油滴質(zhì)量為m,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,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(fù)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(yùn)動(dòng),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(xué)家安德森在研究宇宙射線時(shí),在云室里觀察到一個(gè)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(xué)獎(jiǎng).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(yùn)動(dòng)方向垂直,是變力,所以運(yùn)動(dòng)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(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里,故選項(xiàng)D正確.答案:D4.帶負(fù)電的小球用絕緣絲線懸掛于O點(diǎn),在勻強(qiáng)磁場中擺動(dòng),不計(jì)空氣阻力,當(dāng)小球每次通過最低點(diǎn)時(shí) ()A.擺球受到的磁場力相同B.擺球的動(dòng)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(dá)最低點(diǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)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(xiàng)A錯(cuò)誤.小球運(yùn)動(dòng)過程中,拉力與洛倫茲力不做功,僅重力做功,小球機(jī)械能守恒,所以小球分別從左右兩側(cè)向最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)速度大小相等,方向不同,動(dòng)能相同,故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.小球每次通過最低點(diǎn)時(shí)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(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:B5.如圖所示,彈簧測力計(jì)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(qiáng)磁場中,線框通有圖示方向的電流,且線框處于靜止?fàn)顟B(tài).若此時(shí)彈簧測力計(jì)示數(shù)大小為F,已知該線框單位長度自由電子個(gè)數(shù)為n,自由落體加速度為g,則電子定向移動(dòng)對(duì)應(yīng)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(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E的方向豎直向上,勻強(qiáng)磁場中磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)由靜止滑下,經(jīng)P點(diǎn)進(jìn)入板間后恰好沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng).現(xiàn)使小球從較低的C點(diǎn)由靜止滑下,經(jīng)P點(diǎn)進(jìn)入板間,則小球在板間運(yùn)動(dòng)過程中 ()A.動(dòng)能將會(huì)增大 B.電勢(shì)能將會(huì)減小C.所受靜電力將會(huì)增大 D.所受洛倫茲力將會(huì)增大解析:小球從A點(diǎn)由靜止滑下進(jìn)入疊加場區(qū)域時(shí)沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng),則小球受力平衡,經(jīng)判斷可知小球帶正電,則有mg=qE+qvB,當(dāng)小球從C點(diǎn)由靜止滑下剛進(jìn)入疊加場區(qū)域時(shí),其速度小于從A點(diǎn)滑下時(shí)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(fù)功,因?yàn)閙g>qE,則合力做正功,小球的電勢(shì)能和動(dòng)能均增大,且所受的洛倫茲力也增大,故選項(xiàng)A、D正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由于板間是勻強(qiáng)電場,則小球所受靜電力恒定,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.答案:AD7.如圖所示,一個(gè)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(shí)的速度為v.若加上一個(gè)垂直于紙面向外的磁場,則物體滑到底端時(shí)()A.v變大 B.v變小C.v不變 D.不能確定解析:未加磁場時(shí),根據(jù)動(dòng)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(duì)斜面的壓力變小,摩擦力變小,摩擦力做的功變小,根據(jù)動(dòng)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(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中,電場強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,小環(huán)與棒間的動(dòng)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(cuò)誤的是()A.小環(huán)從靜止釋放瞬間加速度a0=gμEqB.小環(huán)運(yùn)動(dòng)過程的最大加速度am=gC.小環(huán)運(yùn)動(dòng)過程中最大速度vm=ED.當(dāng)摩擦力增大到與重力平衡時(shí),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(xiàng)A說法正確.當(dāng)摩擦力為0時(shí),qE=Bv1q,此時(shí)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(xiàng)B說法正確.當(dāng)摩擦力增大到與重力平衡時(shí),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(dǎo)線,其橫截面位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上,導(dǎo)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(diǎn)沿垂直于紙面的方向向外運(yùn)動(dòng),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(dǎo)線電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度正好相互抵消,而a與c導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度正好相互疊加,由右手螺旋定則得磁場方向水平向左.當(dāng)一帶正電的粒子從正方形中心O點(diǎn)沿垂直于紙面的方向向外運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)左手定則可知,它所受洛倫茲力的方向向下.故選項(xiàng)B正確.答案:B10.如圖所示,兩個(gè)平行金屬板M、N間為一個(gè)正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)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(diǎn)射入,沿直線OO'通過場區(qū),不計(jì)帶電粒子的重力,則下列說法錯(cuò)誤的是 ()A.電荷量為q的粒子以v從O點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)沿OO'射入,粒子能勻速通過場區(qū)D.保持電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變,方向均與原來相反,粒子以v從O點(diǎn)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(guān),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(xiàng)A、C說法正確.若粒子仍以速率v從右側(cè)的O'點(diǎn)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(xiàng)B說法錯(cuò)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(dá)的最大高度為ha;帶電小球b在水平方向的勻強(qiáng)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(qiáng)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(jì)空氣阻力,三個(gè)小球的質(zhì)量相等,則()甲乙丙A.它們上升的最大高度關(guān)系為ha=hb=hcB.它們上升的最大高度關(guān)系為hb<ha=hcC.到達(dá)最大高度時(shí),b小球動(dòng)能最小D.到達(dá)最大高度時(shí),c小球機(jī)械能最大解析:甲圖,由豎直上拋運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得小球a上升的最大高度ha=v022g.丙圖,由運(yùn)動(dòng)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(dāng)小球在磁場中運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),小球有水平速度,設(shè)此時(shí)球的動(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)速度減為0.若在整個(gè)空間加一個(gè)垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場,物體運(yùn)動(dòng)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(dá)A點(diǎn)上方B.物體仍以初速度v0沖上斜面,不能到達(dá)A點(diǎn)C.將物體從A點(diǎn)由靜止釋放,到達(dá)斜面底端時(shí)速率一定大于v0D.將物體從A點(diǎn)由靜止釋放,到達(dá)斜面底端時(shí)速率一定小于v0解析:未加磁場時(shí),根據(jù)動(dòng)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(duì)斜面的壓力增大,摩擦力增大,摩擦力做的功增大,根據(jù)動(dòng)能定理,有mgh'Wf'=012mv02,Wf'>Wf,故物體不能到達(dá)A點(diǎn),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確.未加磁場時(shí),根據(jù)動(dòng)能定理有mghWf=012mv02,即mgh+Wf=12mv02.加磁場后向下滑動(dòng)的過程中,物體受洛倫茲力,洛倫茲力不做功,根據(jù)動(dòng)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(qiáng)電場和水平勻強(qiáng)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(dòng)摩擦因數(shù)為μ,電場強(qiáng)度為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,小球由靜止開始下滑,設(shè)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(shí)的速度大小;(3)小球下滑速度為最大下滑速度一半時(shí)的加速度大小.解析:(1)小球剛開始下滑時(shí)速度較小,有mgμ(qEqBv)=ma,當(dāng)qvB=qE時(shí)a達(dá)到最大,為am=g.(2)在a達(dá)到am之前,隨v的增大,qvB增大,當(dāng)a=g2時(shí),速度為v1=2在a達(dá)到am后,qvB>qE,之后隨v增大,qvB增大,有mgμ(qvBqE)=ma,當(dāng)