2024-2025学年高中物理第3章磁场5运动电荷在磁场中受到的力作业含解析新人教版选修3-1

PAGE6-运动电荷在磁场中受到的力(时间：40分钟分值：100分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．如图所示的各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是()ABCDB[依据左手定则，A中F方向应向上，B中F方向向下，A错误，B正确。C、D中都是v∥B，F＝0，C、D错误。]2.如图所示，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面对里。一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板。若不计重力，下列四个物理量中哪一个变更时，粒子运动轨迹不会变更()A．粒子速度的大小 B．粒子所带的电荷量C．电场强度 D．磁感应强度B[粒子以某一速度沿水平直线通过两极板时受力平衡，有Eq＝Bqv，则知当粒子所带的电荷量变更时，粒子所受的合力仍为0，运动轨迹不会变更，故B项正确。]3．大量的带电荷量均为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是()A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B．假如把＋q改为－q，且速度反向但大小不变，与磁场方向不平行，则洛伦兹力的大小方向均不变C．只要带电粒子在磁场中运动，它肯定受到洛伦兹力作用D．带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度就越小B[带电粒子在磁场中运动时受到的磁场力不仅与其速度的大小有关，还与其速度的方向有关，当速度方向与磁场方向在一条直线上时，不受磁场力作用，所以A、C、D错误；依据左手定则可推断，B正确。]4．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A[P前有一条形磁铁垂直于P，且S极朝向a点，可知条形磁铁的磁场的方向向外，电子向右运动，由左手定则可知，电子受到的条形磁铁对电子的作用力的方向向上。]5．如图为电视机显像管的偏转线圈示意图，线圈中心O处的黑点表示电子枪射出的电子，它的方向垂直纸面对外，当偏转线圈中的电流方向如图所示时，电子束应()A．向左偏转 B．向上偏转C．向下偏转 D．不偏转C[由安培定则可以推断出两个线圈的左端是N极，磁感线分布如图所示，再由左手定则推断出电子束应向下偏转，C正确。]6．如图所示，在竖直平面内放一个光滑绝缘的半圆形滑道，水平方向的匀强磁场与半圆形轨道所在的平面垂直，一个带负电荷的小滑块由静止起先从半圆轨道的最高点M滑下到最右端，则下列说法中正确的是()A．滑块经过最低点时的速度比磁场不存在时大B．滑块从M点到最低点的加速度比磁场不存在时小C．滑块经过最低点时对轨道的压力比磁场不存在时小D．滑块从M点到最低点所用时间与磁场不存在时相等D[由于洛伦兹力不做功，故与磁场不存在时相比，滑块经过最低点时的速度不变，A错误；由a＝eq\f(v2,R)，与磁场不存在时相比，滑块经过最低点时的加速度不变，B错误；由左手定则可知，滑块经最低点时受的洛伦兹力向下，而滑块所受的向心力不变，故滑块经最低点时对轨道的压力比磁场不存在时大，C错误；由于洛伦兹力始终与运动方向垂直，滑块经过随意一点时的速度与磁场不存在时相等，D正确。]二、非选择题(14分)7．质量为m、带电荷量为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，如图所示，微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动，求：(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。[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，受力如图所示，qE＝mg，则电场强度E＝eq\f(mg,q)。(2)由于合力为零，则qvB＝eq\r(2)mg，所以B＝eq\f(\r(2)mg,qv)。[答案](1)eq\f(mg,q)正电荷(2)eq\f(\r(2)mg,qv)一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)1．截面为矩形的载流金属导线置于磁场中，如图所示，将出现下列哪种状况()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．起先通电时，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，事实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“袒露”出正电荷层，并使b表面电势高于a表面电势。]2．(多选)在如图所示的正交电场和磁场中，有一粒子沿垂直于电场和磁场的方向飞入其中，并沿直线运动(不考虑重力作用)，则此粒子()A．可能带正电 B．可能带负电C．可能不带电 D．肯定不带电ABC[带电粒子在电场中受电场力，在磁场中受洛伦兹力，而带电粒子做直线运动，依据电场力方向及洛伦兹力方向判定，可知两力必反向且与运动速度垂直，正电、负电、不带电粒子都满意题设条件，A、B、C正确。]3．如图所示，在竖直绝缘的水平台上，一个带正电的小球以水平速度v0抛出，落在地面上的A点，若加一垂直纸面对里的匀强磁场，小球仍能落到地面上，则小球的落点()A．仍在A点 B．在A点左侧C．在A点右侧 D．无法确定C[小球在运动中任一位置的受力如图所示，小球此时受到了斜向上的洛伦兹力的作用，小球在竖直方向的加速度ay＝eq\f(mg－qvBcosθ,m)＜g，故小球在空中做曲线运动的时间将增加，同时水平方向上加速，故落点应在A点的右侧，选项C正确。]4．(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，当小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过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AD[带电小球受到洛伦兹力和绳的拉力与速度方向时刻垂直，对小球不做功，只变更速度方向，不变更速度大小，只有重力做功，故两次经过O点时速度大小不变，动能相同，A正确；小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时速度方向相反，由左手定则可知两次过O点洛伦兹力方向相反，绳的拉力大小也就不同，故B、C错误；由a＝eq\f(v2,R)可知向心加速度相同，D正确。]二、非选择题(本题共2小题，共26分)5．(12分)如图所示，磁流体发电机的极板相距d＝0.2m，极板间有垂直于纸面对里的匀强磁场，B＝1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v＝1100m/s沿极板垂直于磁场方向射入，极板间电离气体的等效内阻r＝0.1Ω，试求此发电机的最大输出功率为多大？[解析]开关S断开时，由离子受力平衡可得qBv＝qE＝eq\f(qU,d)所以板间电压为U＝Bvd此发电机的电动势为E源＝U＝Bvd＝1.0×1100×0.2V＝220V当可变负载电阻调到R＝r＝0.1Ω时，发电机的输出功率最大，最大输出功率为Pmax＝eq\f(E\o\al(2,源),4r)＝eq\f(2202,4×0.1)W＝121kW。[答案]121kW6．(14分)如图所示，质量为m＝1kg、电荷量为q＝5×10－2C的带正电的小滑块，从半径为R＝0.4m的光滑绝缘eq\f(1,4)圆弧轨道上由静止自A端滑下。整个装置处在方向相互垂直的匀强电场与匀强磁场中。已知E＝100V/m，水平向右；B＝1T，方向垂直纸面对里。求：(1)滑块到达C点时的速度；(2)在C点时滑块对轨道的压力。(g取10m/s2)[解析]以滑块为探讨对象，自轨道上A点滑到C点的过程中，受重力mg，方向竖直向下；电场力qE，水平向右；洛伦兹力F洛＝qvB，方向始终垂直于速度方向。(1)滑块滑动过程中洛伦兹力不做功，由动能定理得mgR－qER＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)得vC＝eq\r(\f(2mg－qER,m))＝2m/s，方向水平向左。(2)