2023高中物理第3章磁场5运动电荷在磁场中受到的力课时作业新人教版选修3-1

PAGE运动电荷在磁场中受到的力基础夯实一、选择题(1～4题为单项选择题，5、6题为多项选择题)1．(浙江省高二学业水平测试)下面四幅图表示了磁感应强度B、电荷速度v和洛伦兹力F三者方向之间的关系，其中正确的选项是eq\x(导学号50232666)(B)解析：根据左手定那么，A中F方向应向下，B中F方向应向上，故A错、B对。C、D中都是v∥B，F＝0，故C、D都错。2．如下图，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电子在管内的运动应该是eq\x(导学号50232667)(C)A．当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动B．当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动C．不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动D．不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动解析：不管通有什么方向的电流，螺线管内部磁场方向始终与轴线平行，带电粒子沿着磁感线运动时不受洛伦兹力，所以应一直保持原运动状态不变。3．每时每刻都有大量宇宙射线射向地球，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有着十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它的偏转方向和所受洛伦兹力的大小，以下说法中正确的选项是eq\x(导学号50232668)(D)A．向西偏转，不变 B．向南偏转，不变C．向北偏转，减小 D．向东偏转，增大解析：地球外表地磁场的方向由南向北，宇宙射线带电，根据左手定那么可判定，射线自赤道上空竖直下落过程中所受洛伦兹力方向向东，所以向东偏转，越靠近地球磁场越强，所受的洛伦兹力越大，选项D正确。4．(辽宁沈阳二中2022～2022学年高二上学期期末)一个带正电荷的粒子(重力不计)，穿过图中相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域时，恰能沿直线运动，那么欲使粒子向上偏转应采用的方法是eq\x(导学号50232669)(B)A．增大磁感应强度 B．增大粒子质量C．减小粒子的入射速度 D．增大电场强度解析：开始时粒子恰能做直线运动，电场力向下，洛伦兹力向上，合力为零，故：qE＝qvB；增大磁感应强度，那么向上的洛伦兹力增大，合力向上，向上偏转，故A正确；增加质量，那么电场力与洛伦兹力都不变，合力为0，做直线运动，故B错误；减小入射速度，那么洛伦兹力减小，电场力不变，合力向下，向下偏转，故C错误；增大电场强度，那么电场力增大，洛伦兹力不变，合力向下，向下偏转，故D错误。5．(河北正定中学2022～2022学年高二下学期期中)以下图为显像管原理示意图，电子束经电子枪加速后，进入偏转磁场偏转，不加磁场时，电子束打在荧光屏正中的O点。假设要使电子束打在荧光屏上位置由O逐渐向A移动，那么eq\x(导学号50232670)(CD)A．在偏转过程中，洛伦兹力对电子束做正功B．在偏转过程中，电子束做匀加速曲线运动C．偏转磁场的磁感应强度应逐渐变大D．偏转磁场的方向应垂直于纸面向外解析：在偏转过程中，洛伦兹力不做功，A错误；在偏转过程中，加速度的方向要指向圆心，即加速度方向时刻改变，故电子束做变加速曲线运动，B错误；电子束打在荧光屏上的OA之间，即电子受向上偏左的洛伦兹力，由左手定那么可知磁场方向垂直纸面向外，电子束打在荧光屏上的位置由中心O逐渐向A点移动，电子偏转角度越来越大，由f＝qvB知，B逐渐变大；故CD正确。6．(石家庄一中2022～2022学年高二检测)用细线和带电小球做成的摆，把它放置在某匀强磁场中，如下图，在带电小球摆动的过程中，连续两次经过最低点时，相同的物理量是(不计空气阻力)eq\x(导学号50232671)(CD)A．小球受到的洛伦兹力 B．摆线的张力C．小球的向心加速度 D．小球的动能解析：设小球带正电，那么小球向右摆到最低点时，洛伦兹力的方向向上，小球向左摆到最低点时，洛伦兹力的方向向下，故A错误；设摆球所带电量为q，摆线长为r，磁感应强度为B，在最低点时的速度为v，在摆动过程中，洛伦兹力不做功，只有重力做功，机械能守恒，所以到达最低点速度大小相等，小球的动能相等，小球的向心加速度a＝eq\f(v2,r)相等。小球向右摆到最低点时：F1＋Bqv－mg＝meq\f(v2,r)，小球向左摆到最低点时：F2－Bqv－mg＝meq\f(v2,r)，解得：F1<F2，所以摆线的张力不相等，故B错误，C、D正确。二、非选择题7．质量为m，带电量为q的微粒，以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间，如下图，微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动，求：eq\x(导学号50232672)(1)电场强度的大小，该带电粒子带何种电荷。(2)磁感应强度的大小。答案：(1)正电，eq\f(mg,q)(2)eq\f(\r(2)mg,qv)解析：(1)微粒做匀速直线运动，所受合力必为零，微粒受重力mg，电场力qE，洛伦兹力qvB，由此可知，微粒带正电，受力如下图，qE＝mg，那么电场强度E＝eq\f(mg,q)(2)由于合力为零，那么qvB＝eq\r(2)mg，所以B＝eq\f(\r(2)mg,qv)。能力提升一、选择题(1、2题为单项选择题，3～5题为多项选择题)1．(江苏苏州中学2022～2022学年高二上学期期末)一个带正电的小球沿光滑绝缘的桌面向右运动，速度方向垂直于一个水平向里的匀强磁场，如下图，球飞离桌面后落到地板上，设飞行时间为t1，水平射程为x1，着地速度为v1。撤去磁场，其余的条件不变，小球飞行时间为t2，水平射程为x2，着地速度为v2，那么以下论述错误的选项是eq\x(导学号50232673)(D)A．x1>x2 B．t1>t2C．v1和v2大小相等 D．v1和v2方向相同解析：当桌面右边存在磁场时，由左手定那么可知，带正电的小球在飞行过程中受到斜向右上方的洛伦兹力作用，此力在水平方向上的分量向右，竖直分量向上，因此小球水平方向上存在加速度，竖直方向上的加速度a<g，所以t1>t2，x1>x2，A、B对；又因为洛伦兹力不做功，故C对；两次小球着地时速度方向不同，D错。2．目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如下图表示了它的发电原理：将一束等离子体喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体的初速度为v，两金属板的板长(沿初速度方向)为L，板间距离为d，金属板的正对面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于离子初速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表的示数为I，那么板间电离气体的电阻率为eq\x(导学号50232674)(B)A．eq\f(S,d)(eq\f(Bdv,I)－R) B．eq\f(S,d)(eq\f(BLv,I)－R)C.eq\f(S,L)(eq\f(Bdv,I)－R) D．eq\f(S,L)(eq\f(BLv,I)－R)解析：发电机稳定工作时，离子所受电场力等于洛伦兹力eq\f(U,d)q＝qvB得：U＝Bvd，又R＋R1＝eq\f(U,I)，R1为板间电离气体的电阻，且R1＝ρeq\f(d,S)，联立得到电阻率ρ的表达式为ρ＝eq\f(S,d)(eq\f(Bdv,I)－R)，应选A。3．如下图，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直纸面向里的匀强磁场，现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左加速运动，在加速运动阶段eq\x(导学号50232675)(AD)A．a、b一起运动的加速度减小B．a、b一起运动的加速度增大C．a、b物块间的摩擦力不变D．a、b物块间的摩擦力减小解析：(1)以a为研究对象，分析a的受力情况a向左加速→受洛伦兹力方向向下→对b的压力增大(2)以a、b整体为研究对象，分析整体受的合外力b对地面压力增大→b受的摩擦力增大→整体合外力减小→加速度减小(3)再分析a，b对a的摩擦力是a的合外力a的加速度减小→a的合外力减小→a、b间的摩擦力减小。应选项AD正确。4．(北京十二中2022～2022学年高二上学期期末)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如下图的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。假设用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，以下说法中正确的选项是eq\x(导学号50232676)(BD)A．假设污水中正离子较多，那么前外表比后外表电势高B．前外表的电势一定低于后外表的电势，与哪种离子多无关C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关解析：根据左手定那么，正离子向后外表偏转，负离子向前外表偏转，所以后外表的电势高于前外表的电势，与离子的多少无关。故A错误、B正确。最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有：qvB＝qeq\f(U,b)，解得U＝vBb，电压表的示数与离子浓度无关，v＝eq\f(U,bB)，那么流量Q＝vbc＝eq\f(cU,B)，与U成正比，与a、b无关，故D正确，C错误。5．(南京外国语学校2022～2022学年高二期中)如下图，两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场E和匀强磁场B，有一个带正电的小球(电荷量为＋q，质量为m)从电磁复合场上方的某一高度处自由落下，那么，带电小球可能沿直线通过的电磁复合场是eq\x(导学号50232677)(CD)解析：在A图中刚进入复合场时，带电小球受到方向向左的电场力、向右的洛伦兹力、竖直向下的重力，在重力的作用下，小球的速度要变大，洛伦兹力也会变大，所以水平方向受力不可能总是平衡，A选项错误；B图中小球要受到向下的重力、向上的电场力、向外的洛伦兹力，小球要向外偏转，不可能沿直线通过复合场，B选项错误；C图中小球受到向下的重力、向右的洛伦兹力、沿电场方向的电场力，假设三力的合力恰好为零，那么小球将沿直线匀速通过复合场，C正确；D图中小球只受到竖直向下的重力和竖直向上的电场力，可以沿直线通过复合场，D正确。二、非选择题6．如下图的装置，左半局部为速度选择器，右半局部为匀强的偏转电场。一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E的偏转电场，最后打在照相底片D上。同位素离子的电荷量为q(q>0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场，照相底片D与狭缝S1、S2的连线平行且距离为L，忽略重力的影响。eq\x(导学号50232678)(1)求从狭缝S2射出的离子速度v0的大小；(2)假设打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为