2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)作業(yè)17研究洛倫茲力含解析粵教版選修3-1

PAGE6-課時(shí)分層作業(yè)(十七)探討洛倫茲力(時(shí)間：40分鐘分值：100分)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．一個(gè)長(zhǎng)直螺線管中通有大小和方向都隨時(shí)間改變的交變電流，把一個(gè)帶電粒子沿如圖所示的方向沿管軸線射入管中，則粒子將在管中()A．做勻速圓周運(yùn)動(dòng) B．沿軸線來(lái)回振動(dòng)C．做勻加速直線運(yùn)動(dòng) D．做勻速直線運(yùn)動(dòng)D[通有交變電流的螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)方向始終與軸線平行，帶電粒子沿著磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)不受洛倫茲力，所以應(yīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)．]2．宇宙中的電子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn)，則這些電子在進(jìn)入地球四周的空間時(shí)，將()A．豎直向下沿直線射向地面B．相對(duì)于預(yù)定地面對(duì)東偏轉(zhuǎn)C．相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn)D．相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn)C[地球表面的磁場(chǎng)方向由南向北，電子帶負(fù)電，依據(jù)左手定則可判定，電子自赤道上空豎直下落過(guò)程中受洛倫茲力方向向西，故C項(xiàng)正確．]3．如圖所示，電視顯像管中有一個(gè)電子槍，工作時(shí)它能放射電子，熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光．在偏轉(zhuǎn)區(qū)有垂直于紙面的磁場(chǎng)B1和平行紙面上下的磁場(chǎng)B2，就是靠這樣的磁場(chǎng)來(lái)使電子束偏轉(zhuǎn)，使整個(gè)熒光屏發(fā)光．經(jīng)檢測(cè)僅有一處故障：磁場(chǎng)B1不存在，則熒光屏上()A．不亮 B．僅有一個(gè)中心亮點(diǎn)C．僅有一條水平亮線 D．僅有一條豎直亮線C[由圖可知，電子運(yùn)動(dòng)的方向向右，則等效電流的方向向左；當(dāng)磁場(chǎng)B1不存在，只存在平行紙面上下的磁場(chǎng)B2時(shí)，依據(jù)左手定則可知，電子只受到與B2垂直的垂直于紙面對(duì)里或垂直于紙面對(duì)外的洛倫茲力的作用，則電子打在熒光屏上的點(diǎn)是沿水平方向的線，則熒光屏上僅有一條水平亮線．故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．]4.如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通電時(shí)銅板中電流方向向下，由于磁場(chǎng)的作用，則()A．板左側(cè)聚積較多的電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì)B．板左側(cè)聚積較多的電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)C．板右側(cè)聚積較多的電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D．板右側(cè)聚積較多的電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì)C[銅板靠電子導(dǎo)電，電子運(yùn)動(dòng)方向向上，依據(jù)左手定則，電子受洛倫茲力向右，所以板右側(cè)聚積較多的電子，電勢(shì)較低．]5.一根中空的絕緣圓管放在光滑的水平桌面上．圓管底端有一個(gè)帶正電的光滑小球．小球的直徑略小于圓管的內(nèi)徑．空間存在一個(gè)垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示．現(xiàn)用一拉力F拉圓管并維持圓管以某速度水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，則在圓管水平向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中()A．小球做類平拋運(yùn)動(dòng)，且洛倫茲力不做功B．小球做類平拋運(yùn)動(dòng)，且洛倫茲力做正功C．小球所受洛倫茲力始終沿圓管向管口方向D．小球的運(yùn)動(dòng)很困難，以上說(shuō)法都不對(duì)A[洛倫茲力總是與速度垂直，不做功；設(shè)圓管運(yùn)動(dòng)速度為v1，小球垂直于圓管向右的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)．小球沿圓管方向受到洛倫茲力的分力F1＝qv1B，q、v1、B均不變，F(xiàn)1不變，則小球沿圓管做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．與平拋運(yùn)動(dòng)類似，小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線，洛倫茲力方向不斷改變，由于洛倫茲力和速度方向相互垂直，故洛倫茲力不做功，故B、C、D錯(cuò)誤，A正確．]6．如圖所示，一個(gè)粗糙且足夠長(zhǎng)的斜面體靜止于水平面上，并處于方向垂直紙面對(duì)外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為m、帶電荷量為＋Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑，在滑塊下滑的過(guò)程中，斜面體靜止不動(dòng)，下列推斷正確的是()A．滑塊受到的摩擦力漸漸增大B．滑塊沿斜面對(duì)下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．滑塊最終要離開斜面D．滑塊最終可能靜止于斜面上C[小滑塊帶正電，由左手定則推斷知，滑塊受到的洛倫茲力方向垂直于斜面對(duì)上，故垂直于斜面方向：N＋qvB＝mgcosθ，平行于斜面方向：mgsinθ－f＝ma，其中f＝μN(yùn)，聯(lián)立得到f＝μ(mgcosθ－qvB)，a＝gsinθ－eq\f(μ（mgcosθ－qvB）,m)，由于a與v同向，故v增大，f減小，a增加，故A錯(cuò)誤，B錯(cuò)誤；當(dāng)洛倫茲力等于重力垂直斜面分力時(shí)，支持力為零，此后滑塊離開斜面，故C正確，D錯(cuò)誤．]二、非選擇題(14分)7．如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一長(zhǎng)為L(zhǎng)的懸線，拉一質(zhì)量為m、帶有＋q的電荷量的小球，將擺球與懸線拉至右側(cè)與磁感線垂直的水平位置由靜止釋放，試求擺球通過(guò)最低位置時(shí)繩上的拉力．[解析]由左手定則推斷擺球所受洛倫茲力方向向下，依據(jù)牛頓其次定律：F－Bqv－mg＝meq\f(v2,L)依據(jù)動(dòng)能定理：mgL＝eq\f(1,2)mv2，聯(lián)立得：F＝3mg＋Bqeq\r(2gL).[答案]3mg＋Bqeq\r(2gL)[實(shí)力提升練]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分)1．圖中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線，其橫截面位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，導(dǎo)線中通有大小相等的電流，方向如圖所示．一帶負(fù)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A[依據(jù)題意，由右手螺旋定則知b與d導(dǎo)線電流產(chǎn)生磁場(chǎng)正好相互抵消，而a與c導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)正好相互疊加，由右手螺旋定則得磁場(chǎng)方向水平向左，當(dāng)一帶負(fù)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)，依據(jù)左手定則可知，它所受洛倫茲力的方向向上．故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．]2．(多選)如圖所示，一個(gè)帶負(fù)電的滑環(huán)套在水平且足夠長(zhǎng)的粗糙的絕緣桿上，整個(gè)裝置處于方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中．現(xiàn)給滑環(huán)一個(gè)水平向右的瞬時(shí)速度，使其由靜止起先運(yùn)動(dòng)，則滑環(huán)在桿上的運(yùn)動(dòng)狀況可能是()A．始終做勻速運(yùn)動(dòng)B．起先做減速運(yùn)動(dòng)，最終靜止于桿上C．先做加速運(yùn)動(dòng)，最終做勻速運(yùn)動(dòng)D．先做減速運(yùn)動(dòng)，最終做勻速運(yùn)動(dòng)ABD[帶電滑環(huán)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)所受洛倫茲力方向向上，其大小與滑環(huán)初速度大小有關(guān)．由于滑環(huán)初速度的大小未詳細(xì)給定，因而洛倫茲力與滑環(huán)重力可出現(xiàn)三種不同的關(guān)系：(1)當(dāng)洛倫茲力等于重力，則滑環(huán)做勻速運(yùn)動(dòng)．(2)當(dāng)洛倫茲力起先時(shí)小于重力，滑環(huán)將做減速運(yùn)動(dòng)，最終停在桿上．(3)當(dāng)洛倫茲力起先時(shí)大于重力，滑環(huán)所受的洛倫茲力隨速度減小而減小，滑環(huán)與桿之間的擠壓力將漸漸減小，因而滑環(huán)所受的摩擦力減小，當(dāng)擠壓力為零時(shí)，摩擦力為零，滑環(huán)做勻速運(yùn)動(dòng)．故正確答案為A、B、D.]3.如圖所示，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的物塊，在水平方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，沿著豎直絕緣墻壁由靜止下滑，已知物塊與墻壁間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，下列說(shuō)法正確的是()A．物塊不受磁場(chǎng)力B．盡管物塊受到磁場(chǎng)力作用，但磁場(chǎng)力不做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒C．物塊下滑的最大速度為eq\f(mg,μqB)D．物塊下滑的加速度為重力加速度gC[物塊速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，物塊受磁場(chǎng)力，A錯(cuò)誤；物塊受到的摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能不守恒，B錯(cuò)誤；物塊加速下滑，洛倫茲力增大，N＝qvB，而f＝μN(yùn)，故摩擦力增大，當(dāng)mg＝f時(shí)，a＝0，速度達(dá)到最大，vmax＝eq\f(mg,μqB)，C正確，D錯(cuò)誤．]4．如圖甲所示，水平傳送帶足夠長(zhǎng)，沿順時(shí)針?lè)较騽蛩龠\(yùn)動(dòng)，某絕緣帶電物塊無(wú)初速度的從最左端放上傳送帶．該裝置處于垂直紙面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，物塊運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖乙所示．物塊帶電量保持不變，下列說(shuō)法正確的是()甲乙A．物塊帶正電B．1s后物塊與傳送帶共速，所以傳送帶的速度為0.5m/sC．傳送帶的速度可能比0.5m/s大D．若增大傳送帶的速度，其它條件不變，則物體最終達(dá)到的最大速度也會(huì)增大C[從v-t圖象可以看出，滑塊的加速度漸漸減小，依據(jù)牛頓其次定律，有μ(mg－qvB)＝ma，說(shuō)明洛倫茲力向上，依據(jù)左手定則，物塊帶負(fù)電荷，故A錯(cuò)誤；1s后物塊的速度最大，加速度為零，說(shuō)明摩擦力為零，可能是mg－qvB＝0，也可能是物塊與傳送帶共速，故B錯(cuò)誤；假如是洛倫茲力與重力平衡，即mg－qvB＝0，則傳送帶的速度可能比0.5m/s大，故C正確；假如是洛倫茲力與重力平衡，即mg－qvB＝0，則最大速度與傳送帶無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤．]二、非選擇題(26分)5．(10分)一細(xì)棒處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒與磁場(chǎng)垂直，磁感線方向垂直紙面對(duì)里，如圖所示，棒上套一個(gè)可在其上滑動(dòng)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(wú)摩擦．讓小環(huán)從靜止滑下，下滑中某時(shí)刻環(huán)對(duì)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(duì)環(huán)進(jìn)行受力分析可知，當(dāng)環(huán)對(duì)棒的作用力為零時(shí)如圖所示，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＝eq\f(mgcosθ,qB).[答案]eq\f(mgcosθ,qB)6．(16分)如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m、帶正電荷量為q的帶電體，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)垂直，請(qǐng)回答：(1)能沿下表面滑動(dòng)，物體速度的大小和方向應(yīng)滿意什么條件？(2)若物體以速度v0起先運(yùn)動(dòng)，則它沿絕緣面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，克服摩擦力做了多少功？[解析](1)若物體沿下表面滑動(dòng)，則洛倫茲力肯定向上，依據(jù)左手定則，速度方向向右．當(dāng)物體沿下表面滑動(dòng)時(shí)，滿意qvB≥mg解得v≥eq\f(mg,qB).(2)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，洛倫茲力和重力不做功．當(dāng)v＝eq\f(mg,qB)時(shí)，mg＝qvB，摩擦力消逝，由動(dòng)能定理，克服摩擦力做的功W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)meq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c