-新教材高中物理课时检测2磁吃运动电荷的作用力含解析新人教版选择性必修第二册

PAGEPAGE7磁场对运动电荷的作用力1．如图所示，a是竖直平面P上的一点。P前有一条形磁铁垂直于P，且S极朝向a点，P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下，在水平面内向右弯曲经过a点。在电子经过a点的瞬间，条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向()A．向上 B．向下C．向左 D．向右解析：选A条形磁铁的磁感线方向在a点为垂直P向外，电子在条形磁铁的磁场中向右运动，所以根据左手定则可得电子受到的洛伦兹力方向向上，A正确。2．如图所示，在长直通电螺线管中通入变化的电流i(电流的方向周期性改变)，并沿着其中心轴线OO′的方向射入一颗速度为v的电子，则此电子在螺线管内部空间运动的情况是()A．匀速直线运动 B．来回往复运动C．变速直线运动 D．曲线运动解析：选A通电螺线管内部的磁场方向与中心轴线平行，故电子进入螺线管后不受洛伦兹力作用，应做匀速直线运动。故A正确。3．[多选]如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹向下偏，则()A．导线中的电流从A流向BB．导线中的电流从B流向AC．若要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关解析：选BC电流的方向与负电荷运动的方向相反，所以阴极射线管内电流的方向向左。由题图可知，电子受到的洛伦兹力的方向向下，所以阴极射线管处磁场的方向垂直于纸面向里，由安培定则可知，AB中电流的方向由B到A，故A错误，B正确；若要使电子束的径迹向上弯曲，则阴极射线管处的磁场的方向需向外，可以通过改变AB中的电流方向来实现，故C正确；由以上的分析可知，电子束的径迹与AB中的电流方向有关，故D错误。4．如图所示，没有磁场时，显像管内电子束打在荧光屏正中的O点，加磁场后电子束打在荧光屏O点上方的P点，则所加磁场的方向可能是()A．垂直于纸面向里 B．垂直于纸面向外C．平行于纸面向上 D．平行于纸面向下解析：选B电子进入磁场后向上偏转，所受的洛伦兹力向上，根据左手定则可以得知，磁场的方向垂直纸面向外，选项B正确。5．每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些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，它将()A．向东偏转 B．向南偏转C．向西偏转 D．向北偏转解析：选A地球周围的磁场由地理南极附近指向地理北极附近，当带正电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来时，根据左手定则可以判断粒子所受洛伦兹力方向向东，所以粒子将向东偏转，选项A正确，选项B、C、D错误。6．[多选]如图所示，用丝线吊一个质量为m的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中，空气阻力不计，若小球分别从A点和B点向最低点O运动，则两次经过O点时()A．小球的动能相同B．丝线所受的拉力相同C．小球所受的洛伦兹力相同D．小球的向心加速度相同解析：选AD带电小球受到的洛伦兹力及丝线的拉力跟速度方向时刻垂直，对小球不做功，只改变速度方向，不改变速度大小，此过程只有重力做功，故两次经过O点时速度大小不变，动能相同，选项A正确；小球分别从A点和B点向最低点O运动，两次经过O点时速度方向相反，由左手定则可知两次经过O点时洛伦兹力方向相反，故丝线的拉力大小不同，选项B、C错误；由a＝eq\f(v2,R)可知向心加速度相同，选项D正确。7．[多选]如图所示，速度为v0、电荷量为q的正离子(不计重力)恰能沿直线飞出速度选择器，则()A．若改为电荷量为2q的正离子(其他条件不变)，离子仍沿直线飞出B．若速度变为2v0(其他条件不变)，离子将往上偏C．若改为电荷量为－q的离子(其他条件不变)，离子将往下偏D．若改为电荷量为－q的离子，则必须从右侧飞入速度选择器，才能沿直线飞出解析：选AB正离子恰能沿直线飞出速度选择器，根据左手定则判断可知，离子受的洛伦兹力方向向上，电场力方向向下，此时洛伦兹力与电场力平衡，有qv0B＝qE，得v0B＝E，该等式与离子的电荷量无关，若只改变电荷量，其他条件不变，则离子仍沿直线运动，A正确，C错误；若改为电荷量为－q的离子，从右侧飞入速度选择器，则受到向上的电场力和向上的洛伦兹力，离子向上偏转，D错误；若速度变为2v0，洛伦兹力增大为原来的2倍，此时，离子受的洛伦兹力方向向上，而电场力不变，所以离子将向上偏转，故B正确。8．截面为矩形的载流金属导体置于磁场中，如图所示，将出现下列哪种情况()A．在b表面聚集正电荷，而a表面聚集负电荷B．在a表面聚集正电荷，而b表面聚集负电荷C．开始通电时，电子做定向移动并向b偏转D．两个表面电势不同，a表面电势较高解析：选A金属导体靠电子导电，金属正离子并没有移动，而电流由金属导体中的自由电子的定向移动(向左移动)形成。应用左手定则，四指应指向电流的方向，让磁感线垂直穿过手心，拇指的指向即为自由电子的受力方向。也就是说，自由电子受洛伦兹力方向指向a表面一侧，实际上自由电子在向左移动的同时，受到指向a表面的作用力，并在a表面进行聚集，由于整个导体是呈电中性的(正、负电荷总量相等)，所以在b的表面“裸露”出正电荷层，并使b表面电势高于a表面电势。故A正确，B、C、D错误。9．医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正、负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为零。在某次监测中，两触点间的距离为3．0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160μV，磁感应强度的大小为0.040T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A．1．3m/s，a正、b负B．2．7m/s，a正、b负C．1．3m/s，a负、b正D．2．7m/s，a负、b正解析：选A血液中的正、负离子在磁场中运动时，根据左手定则可知，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏，则a带正电，b带负电。最终血液中的离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为零，有qeq\f(U,d)＝qvB，所以v＝eq\f(U,Bd)＝eq\f(160×10－6,0.040×3.0×10－3)m/s≈1．3m/s，选项A正确。10．[多选]某空间存在着如图甲所示的足够大的沿水平方向的匀强磁场。在磁场中A、B两个物块叠放在一起，置于光滑水平面上，物块A带正电，物块B不带电且表面绝缘。在t1＝0时刻，水平恒力F作用在物块B上，物块A、B由静止开始做加速度相同的运动。在A、B一起向左运动的过程中，以下说法正确的是()A．图乙可以反映A所受洛伦兹力大小随时间t变化的关系B．图乙可以反映A对B的摩擦力大小随时间t变化的关系C．图乙可以反映A对B的压力大小随时间t变化的关系D．图乙可以反映B对地面压力大小随时间t变化的关系解析：选CD由题意知物块由静止做匀加速运动，速度v＝at，那么洛伦兹力F＝qvB＝qBat，F与t成正比，洛伦兹力大小随时间t的变化关系图线应为过原点的倾斜直线，故A错误；物块A对物块B的摩擦力大小Ff＝mAa，因为a不变，所以Ff随时间t的变化保持不变，故B错误；B受到的压力FN＝mAg＋qvB＝mAg＋qBat，所以FN随时间在均匀增大，故C正确；B对地面的压力FN1＝mAg＋mBg＋qvB＝mAg＋mBg＋qBat，所以FN1随时间在均匀增大，故D正确。11．[多选]磁流体发电机的原理图如图所示。将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，两板间就会产生电压，如果射入的等离子体速度均为v，两金属板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表示数为I，下列说法正确的是()A．上极板A带负电B．两极板间的电动势为IRC．板间等离子体的内阻为eq\f(Bdv,I)－RD．板间等离子体的电阻率为eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))解析：选ACD大量带正电和带负电的微粒进入磁场时，由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向下，正电荷会聚集到B板上，负电荷受到的洛伦兹力向上，负电荷聚集到A板上，故A正确；由闭合电路的欧姆定律可知，两极板间的电动势E＝I(R＋r内)，故B错误；根据qvB＝qeq\f(E,d)得E＝Bdv，根据闭合电路的欧姆定律得r＝eq\f(E,I)－R＝eq\f(Bdv,I)－R，故C正确；由电阻定律R＝ρeq\f(l,S)得等离子体的电阻率ρ＝eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))，故D正确。12．如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O为半圆弧的圆心，在O点存在垂直纸面向里运动的匀速电子束。∠MOP＝60°，在M、N处各有一长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，这时O点处的电子受到的洛伦兹力大小为F1。若将M处长直导线移至P处，则O点的电子受到的洛伦兹力大小为F2，那么F2与F1之比为()A．eq\r(3)∶1 B．eq\r(3)∶2C．1∶1 D．1∶2解析：选B设M、N处的长直导线在O点产生磁场的合磁感应强度大小为B1，由安培定则可知每根导线在O点处产生的磁感应强度大小为eq\f(1,2)B1，方向竖直向下，则电子在O点处受到的洛伦兹力为F1＝evB1；当M处的长直导线移到P处时，O点处的合磁感应强度大小为B2＝2×eq\f(1,2)B1×cos30°＝eq\f(\r(3),2)B1，则电子在O点处受到的洛伦兹力为F2＝evB2＝eq\f(\r(3),2)evB1。所以，F2与F1之比为eq\r(3)∶2，选项B正确。13．如图所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E＝5eq\r(3)N/C，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B＝0.5T。有一带正电的小球，质量m＝1×10－6kg，电荷量q＝2×10－6C，正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象)，取g＝10m/s2。求：(1)小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向；(2)从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t。解析：(1)小球匀速直线运动时受力如图所示，其所受的三个力在同一平面内，合力为零，有qvB＝eq\r(q2E2＋m2g2)①代入数据解得v＝20m/s②速度v的方向与电场E的方向之间的夹角θ满足tanθ＝eq\f(qE,mg)③代入数据解得tanθ＝eq\r(3)θ＝60°。④(2)方法一：撤去磁场，小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动，设其加速度为a，有a＝eq\f(\r(q2E2＋m2g2),m)⑤设撤掉磁场后小球在初速度方向上的分位移为x，有x＝vt⑥设小球在重力与电场力的合力方向上分位移为y，有y＝eq\f(1,2)at2⑦a与mg的夹角和v与E的夹角相同，均为θ，又tanθ＝eq\f(y,x)⑧联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据解得t＝2eq\r(3)s≈3．5s。⑨方法二：撤去磁场后，由于电场力垂直于竖直方向，它对竖直方向的分运动没有影响，以P点为坐标原点，竖直向上为正方向，小球在竖直方向上做匀减速运动，其初速度为vy＝vsinθ⑤若使小球再次穿过P点所在的电场线，仅需小球的竖直方向上分位移为零，则有vyt－eq\f(1,2)gt2＝0⑥联立⑤⑥式，代入数据解得t＝2eq\r(3)s≈3．5s。⑦答案：(1)20m/s，方向与电场方向成60°角斜向上(2)3．5s14．如图所示，斜面上表面光滑绝缘，倾角为θ，斜面上方有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。现有