【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】2020-2021學(xué)年高中物理人教版選修3-1練習(xí)：3.6-運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力

洛倫茲力的方向1．在陰極射線管中電子流方向由左向右，其上方放置一根通有如圖366所示電流的直導(dǎo)線，導(dǎo)線與陰極射線管平行，則電子將()圖366A．向上偏轉(zhuǎn) B．向下偏轉(zhuǎn)C．向紙里偏轉(zhuǎn) D．向紙外偏轉(zhuǎn)答案B解析由題圖可知，直線電流的方向由左向右，依據(jù)安培定則，可判定直導(dǎo)線下方的磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪庇诩埫鎸?duì)里，而電子運(yùn)動(dòng)方向由左向右，由左手定則知(電子帶負(fù)電荷，四指要指向電子運(yùn)動(dòng)方向的反方向)，電子將向下偏轉(zhuǎn)，故B選項(xiàng)正確．洛倫茲力的大小圖3672．如圖367所示，帶負(fù)電荷的擺球在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中搖擺．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直紙面對(duì)里．?dāng)[球在A、B間搖擺過(guò)程中，由A擺到最低點(diǎn)C時(shí)，擺線拉力大小為F1，擺球加速度大小為a1；由B擺到最低點(diǎn)C時(shí)，擺線拉力大小為F2，擺球加速度大小為a2，則()A．F1＞F2，a1＝a2 B．F1＜F2，a1＝a2C．F1＞F2，a1＞a2 D．F1＜F2，a1＜a2答案B解析由于洛倫茲力不做功，所以從B和A到達(dá)C點(diǎn)的速度大小相等．由a＝eq\f(v2,r)可得a1＝a2.當(dāng)由A運(yùn)動(dòng)到C時(shí)，以小球?yàn)闋?zhēng)辯對(duì)象，受力分析如圖甲所示，F(xiàn)1＋qvB－mg＝ma1.當(dāng)由B運(yùn)動(dòng)到C時(shí)，受力分析如圖乙所示，F(xiàn)2－qvB－mg＝ma2.由以上兩式可得：F2＞F1，故B正確．洛倫茲力的綜合應(yīng)用圖3683．在兩平行金屬板間，有如圖368所示的相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)．α粒子以速度v0從兩板的正中心垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，恰好能沿直線勻速通過(guò)．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從兩板的正中心垂直于電場(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從兩板的正中心垂直于電場(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)方向從兩板正中心射入，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，從兩極正中心射入時(shí)，電子將________．答案(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垂直射入相互正交的勻強(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；所受磁場(chǎng)力方向向上，大小為Bqv0.沿直線勻速通過(guò)時(shí)，明顯有Bqv0＝qE，v0＝eq\f(E,B)，即沿直線勻速通過(guò)時(shí)，帶電粒子的速度與其質(zhì)量、電荷量無(wú)關(guān)．假如粒子帶負(fù)電荷，電場(chǎng)力方向向上，磁場(chǎng)力方向向下，上述結(jié)論仍舊成立．所以，(1)(2)兩小題應(yīng)選A.若質(zhì)子以大于v0的速度射入兩板之間，由于磁場(chǎng)力f＝Bqv，磁場(chǎng)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，所受磁場(chǎng)力f＝Bqv0也增大，電子帶負(fù)電荷，所受磁場(chǎng)力方向向下，將向下偏轉(zhuǎn)，所以第(4)小題應(yīng)選擇C.(時(shí)間：60分鐘)題組一對(duì)洛倫茲力方向的判定1．在以下幾幅圖中，對(duì)洛倫茲力的方向推斷不正確的是()答案C2．一束混合粒子流從一放射源射出后，進(jìn)入如圖369所示的磁場(chǎng)，分別為1、2、3三束，則不正確的是()圖369A．1帶正電 B．1帶負(fù)電C．2不帶電 D．3帶負(fù)電答案B解析依據(jù)左手定則，正電荷粒子左偏，即1；不偏轉(zhuǎn)說(shuō)明不帶電，即2；帶負(fù)電的粒子向右偏，說(shuō)明是3，因此答案為B.3．在學(xué)校操場(chǎng)的上空中停著一個(gè)熱氣球，從它底部脫落一個(gè)塑料小部件，下落過(guò)程中由于和空氣的摩擦而帶負(fù)電，假如沒(méi)有風(fēng)，那么它的著地點(diǎn)會(huì)落在氣球正下方地面位置的()A．偏東B．偏西C．偏南D．偏北答案B解析在我們北半球，地磁場(chǎng)在水平方向上的重量方向是水平向北，氣球帶負(fù)電，依據(jù)左手定則可得氣球受到向西的洛倫茲力，故向西偏轉(zhuǎn)，B正確．4．一個(gè)電子穿過(guò)某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則()A．此空間肯定不存在磁場(chǎng)B．此空間可能有磁場(chǎng)，方向與電子速度方向平行C．此空間可能有磁場(chǎng)，方向與電子速度方向垂直D．此空間可能有正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，它們的方向均與電子速度方向垂直答案BD解析由洛倫茲力公式可知：當(dāng)v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力作用，因此電子未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不能說(shuō)明此空間肯定不存在磁場(chǎng)，只能說(shuō)明此空間可能有磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與電子速度方向平行，則選項(xiàng)B正確．此空間也可能有正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，它們的方向均與電子速度方向垂直，導(dǎo)致電子所受合力為零．則選項(xiàng)D正確．題組二洛倫茲力特點(diǎn)及公式5．帶電荷量為＋q的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，下面說(shuō)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，則洛倫茲力的大小不變C．洛倫茲力方向肯定與電荷速度方向垂直，磁場(chǎng)方向肯定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直D．粒子只受到洛倫茲力的作用，不行能做勻速直線運(yùn)動(dòng)答案BD圖36106．如圖3610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(dòng)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(dòng)B．當(dāng)從b端通入電流時(shí)，電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．不管從哪端通入電流，電子都做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．不管從哪端通入電流，電子都做勻速圓周運(yùn)動(dòng)答案C解析電子的速度v∥B、F洛＝0、電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)．7．關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是()A．帶電粒子沿電場(chǎng)線方向射入，靜電力對(duì)帶電粒子做正功，粒子動(dòng)能肯定增加B．帶電粒子垂直于電場(chǎng)線方向射入，靜電力對(duì)帶電粒子不做功，粒子動(dòng)能不變C．帶電粒子沿磁感線方向射入，洛倫茲力對(duì)帶電粒子做正功，粒子動(dòng)能肯定增加D．不管帶電粒子怎樣射入磁場(chǎng)，洛倫茲力對(duì)帶電粒子都不做功，粒子動(dòng)能不變答案D解析帶電粒子在電場(chǎng)中受到的靜電力F＝qE，只與電場(chǎng)有關(guān)，與粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，做功的正負(fù)由θ角(力與位移方向的夾角)打算．對(duì)選項(xiàng)A，只有粒子帶正電時(shí)才成立；垂直射入勻強(qiáng)電場(chǎng)的帶電粒子，不管帶電性質(zhì)如何，靜電力都會(huì)做正功，動(dòng)能增加．帶電粒子在磁場(chǎng)中的受力——洛倫茲力F＝qvBsinθ，其大小除與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，還與θ角(磁場(chǎng)方向與速度方向之間夾角)有關(guān)，帶電粒子從平行磁感線方向射入，不受洛倫茲力作用，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)．在其他方向上由于洛倫茲力方向始終與速度方向垂直，故洛倫茲力對(duì)帶電粒子始終不做功．綜上所述，正確選項(xiàng)為D.圖36118．顯像管原理的示意圖如圖3611所示，當(dāng)沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，電子束將打在熒光屏正中心的O點(diǎn)，安裝在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)．設(shè)垂直紙面對(duì)里的磁場(chǎng)方向?yàn)檎较?，若使高速電子流打在熒光屏上的位置由a點(diǎn)漸漸移動(dòng)到b點(diǎn)，下列磁場(chǎng)的變化能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是()答案A解析電子偏轉(zhuǎn)到a點(diǎn)時(shí)，依據(jù)左手定則可知，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)外，對(duì)應(yīng)的Bt圖的圖線就在t軸下方；電子偏轉(zhuǎn)到b點(diǎn)時(shí)，依據(jù)左手定則可知，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里，對(duì)應(yīng)的Bt圖的圖線應(yīng)在t軸上方，A正確．題組三帶電物體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題圖36129．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3612所示，若油滴質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則下述說(shuō)法正確的是()A．油滴必帶正電荷，電荷量為eq\f(mg,v0B)B．油滴必帶正電荷，比荷eq\f(q,m)＝eq\f(q,v0B)C．油滴必帶負(fù)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A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，其電荷量q＝eq\f(mg,v0B)，A正確．圖361310．如圖3613所示，在豎直平面內(nèi)放一個(gè)光滑絕緣的半圓形軌道，水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與半圓形軌道所在的平面垂直．一個(gè)帶負(fù)電荷的小滑塊由靜止開頭從半圓軌道的最高點(diǎn)M滑下到最右端，則下列說(shuō)法中正確的是()A．滑塊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度比磁場(chǎng)不存在時(shí)大B．滑塊從M點(diǎn)到最低點(diǎn)的加速度比磁場(chǎng)不存在時(shí)小C．滑塊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力比磁場(chǎng)不存在時(shí)小D．滑塊從M點(diǎn)到最低點(diǎn)所用時(shí)間與磁場(chǎng)不存在時(shí)相等答案D解析由于洛倫茲力不做功，故與磁場(chǎng)不存在時(shí)相比，滑塊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由a＝eq\f(v2,R)，與磁場(chǎng)不存在時(shí)相比，滑塊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的加速度不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由左手定則，滑塊經(jīng)最低點(diǎn)時(shí)受的洛倫茲力向下，而滑塊所受的向心力不變，故滑塊經(jīng)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力比磁場(chǎng)不存在時(shí)大，因此選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于洛倫茲力始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直，在任意一點(diǎn)，滑塊經(jīng)過(guò)時(shí)的速度均不變，選項(xiàng)D正確．圖361411．如圖3614所示，套在足夠長(zhǎng)的絕緣粗糙直棒上的帶正電小球，其質(zhì)量為m，帶電荷量為q，小球可在棒上滑動(dòng)，現(xiàn)將此棒豎直放入沿水平方向且相互垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中，設(shè)小球的電荷量不變，小球由靜止下滑的過(guò)程中()A．小球加速度始終增加B．小球速度始終增加，直到最終勻速C．棒對(duì)小球的彈力始終減小D．小球所受洛倫茲力始終增大，直到最終不變答案BD解析小球由靜止開頭下滑，受到向左的洛倫茲力不斷增加．在開頭階段，洛倫茲力小于向右的靜電力，棒對(duì)小球有向左的彈力，隨著洛倫茲力的增加，棒對(duì)小球的彈力減小，小球受到的摩擦力減小，所以在豎直方向的重力和摩擦力作用下加速運(yùn)動(dòng)的加速度增加．當(dāng)洛倫茲力等于靜電力時(shí)，棒對(duì)小球沒(méi)有彈力，摩擦力隨之消逝，小球受到的合力最大，加速度最大．隨著速度連續(xù)增加，洛倫茲力大于靜電力，棒對(duì)小球又產(chǎn)生向右的彈力，隨著速度增加，洛倫茲力增加，棒對(duì)小球的彈力增加，小球受到的摩擦力增加，于是小球在豎直方向受到的合力減小，加速度減小，小球做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度減小為零時(shí)，小球的速度不再增加，以此時(shí)的速度做勻速運(yùn)動(dòng)．綜上所述，選項(xiàng)B、D正確．圖361512．如圖3615所示，一個(gè)質(zhì)量為m帶正電的帶電體電荷量為q，緊貼著水平絕緣板的下表面滑動(dòng)，滑動(dòng)方向與垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂直，則能沿絕緣面滑動(dòng)的水平速度方向________，大小v應(yīng)不小于________，若從速度v0開頭運(yùn)動(dòng)，則它沿絕緣面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，克服摩擦力做功為________．答案水平向右，eq\f(mg,qB)，eq\f(1,2)meq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(v\o\al(2,0)－\f(mg,qB)2))圖361613．如圖3616所示，某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里，一帶電微粒從a點(diǎn)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)并剛好能沿ab直線向上運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是()A．微粒肯定帶負(fù)電 B．微粒的動(dòng)能肯定減小C．微粒的電勢(shì)能肯定增加 D．微粒的機(jī)械能肯定增加答案AD解析微粒進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后沿直線ab運(yùn)動(dòng)，則微粒受到的合力或者為零，或者合力方向在ab直線上(垂直于運(yùn)動(dòng)方向的合力仍為零)．若微粒所受合力不為零，則必定做變速運(yùn)動(dòng)，由于速度的變化會(huì)導(dǎo)致洛倫茲力變化，則微粒在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的合力不再為零，微粒就不能沿直線運(yùn)動(dòng)，因此微粒所受合力只能為零而做勻速直線運(yùn)動(dòng)；若微粒帶正電，則受力分析如下圖甲所示，合力不行能為零，故微?？隙◣ж?fù)電，受力分析如圖乙所示，故A正確，B錯(cuò)；靜電力做正功，微粒電勢(shì)能減小，機(jī)械能增大，故C錯(cuò)，D正確．圖361714．如圖3617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eq\f(1,4)圓弧軌道上由靜止自A中．已知E＝100V/m，方向水平向右；B＝1T，方向垂直紙面對(duì)里．求：(1)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度；(2)在C點(diǎn)時(shí)滑塊所受洛倫茲