人教版(新教材)高中物理选择性必修2课时作业9：1 2 磁场对运动电荷的作用力

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE1第2节磁场对运动电荷的作用力(限时40分钟)题组一洛伦兹力的方向1.带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时，在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴，从而显示粒子的径迹，这是云室的原理，如图所示是云室的拍摄照片，云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场，图中Oa、Ob、Oc、Od是从O点发出的四种粒子的径迹，下列说法中正确的是()A．四种粒子都带正电B．四种粒子都带负电C．打到a、b点的粒子带正电D．打到c、d点的粒子带正电〖答案〗D〖解析〗由左手定则知打到a、b点的粒子带负电，打到c、d点的粒子带正电，D正确。2．下列四幅图关于各物理量方向间的关系中，正确的是()〖答案〗B〖解析〗A图中，由左手定则可知，安培力的方向总是与磁感应强度的方向垂直，故A错误；B图中，磁场的方向向下，电流的方向垂直纸面向里，由左手定则可知安培力的方向向左，故B正确；C图中，由左手定则可知，洛伦兹力的方向与磁感应强度的方向垂直，应为垂直纸面向外，故C错误；D图中，通电螺线管内部产生的磁场的方向沿螺线管的轴线的方向，可知电荷运动的方向与磁感线的方向平行，不受洛伦兹力，故D错误。题组二洛伦兹力的大小3．两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则两带电粒子所受洛伦兹力之比为()A．2∶1 B．1∶1C．1∶2 D．1∶4〖答案〗C〖解析〗带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB与电荷量成正比，与质量无关，C项正确。4.如图所示，一个带负电的物体从绝缘粗糙斜面顶端滑到底端时的速度为v，若加上一个垂直纸面向外的匀强磁场，则滑到底端时()A．v变大 B．v变小C．v不变 D．不能确定v的变化〖答案〗B〖解析〗未加磁场时，根据动能定理有mgh－Wf＝eq\f(1,2)mv2－0。加磁场后，多了洛伦兹力，方向垂直斜面向下，洛伦兹力不做功，但正压力变大，摩擦力变大，克服摩擦力做功变大，根据动能定理，有mgh－Wf′＝eq\f(1,2)mv′2－0，Wf＜Wf′，所以v′＜v，B正确。5．带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，则下述说法正确的是()A．油滴必带正电荷，电荷量为eq\f(2mg,v0B)B．油滴必带负电荷，比荷eq\f(q,m)＝eq\f(g,v0B)C．油滴必带正电荷，电荷量为eq\f(mg,v0B)D．油滴带什么电荷都可以，只要满足q＝eq\f(mg,v0B)〖答案〗C〖解析〗油滴水平向右匀速运动，其所受洛伦兹力必向上与重力平衡，故带正电，由qv0B＝mg得q＝eq\f(mg,v0B)，C正确。题组三磁偏转的应用6．如图所示为磁流体发电机发电原理示意图，将一束等离子体(高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒)射入磁场，磁场中有两块金属板P、Q，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。两金属板的板长为L1，板间距离为L2，匀强磁场的磁感应强度为B且平行于两金属板，等离子体充满两板间的空间。等离子体的初速度v与磁场方向垂直，当发电机稳定发电时，P板和Q板间电势差UPQ为()A．vBL1 B．vBL2C.eq\f(vBL2,L1) D.eq\f(vBL1,L2)〖答案〗B〖解析〗等离子体进入两金属板间，在洛伦兹力作用下带正电的离子向P板运动、带负电的离子向Q板运动，平行板间形成一个向下的匀强电场，并且场强越来越大，当离子受到的洛伦兹力和电场力平衡时，正、负离子便做匀速直线运动通过金属板，发电机便稳定发电了。则有qE＝qvB，又UPQ＝EL2，可得UPQ＝vBL2，选项B正确。7．2020年爆发了新冠肺炎疫情，新型冠状病毒传染性非常强，因此研究新冠肺炎病毒株的实验室必须是全程都在高度无接触物理防护性条件下操作。武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出。流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是()A．带电离子所受洛伦兹力方向水平向左B．正、负离子所受洛伦兹力方向相同C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速D．只需要测量M、N两点间电压就能够推算废液的流量〖答案〗D〖解析〗根据左手定则，正电荷受到竖直向下的洛伦兹力，负电荷受到竖直向上的洛伦兹力，A、B错误；不带电液体在磁场中流动时，由于没有自由电荷，不能形成电场，M、N两点间没有电势差，因此无法测出流速，C错误；根据qvB＝qeq\f(U,d)，可得废液的流速v＝eq\f(U,Bd)，废液的流量Q＝Sv＝eq\f(πd2,4)·eq\f(U,Bd)＝eq\f(πUd,4B)，故只需要测量M、N两点间电压就能够推算废液的流量，D正确。8．在两平行金属板间，有如图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场。α粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过。供下列各小题选择的〖答案〗有：A．不偏转 B．向上偏转C．向下偏转 D．向纸内或纸外偏转(1)若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将________。(2)若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将________。(3)若质子以大于v0的速度，沿垂直于电场方向和磁场方向从两板正中央射入时，质子将________。(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两板正中央射入时，电子将________。〖答案〗(1)A(2)A(3)B(4)C〖解析〗设带电粒子的质量为m，带电荷量为q，匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为B。带电粒子以速度v0垂直射入互相正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正电荷，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受洛伦兹力方向向上，大小为qv0B。沿直线匀速通过时，显然有qv0B＝qE，v0＝eq\f(E,B)，即沿直线匀速通过时，带电粒子的速度与其质量、电荷量无关。如果粒子带负电荷，则所受电场力方向向上，洛伦兹力方向向下，上述结论仍然成立。所以，(1)(2)两小题应选A。若质子以大于v0的速度v射入两板之间，由于洛伦兹力F洛＝qvB，洛伦兹力将大于电场力，质子带正电荷，将向上偏转，第(3)小题应选B。磁场的磁感应强度B增大时，电子射入的其他条件不变，所受洛伦兹力F洛＝qv0B也增大，电子带负电荷，所受洛伦兹力方向向下，将向下偏转，所以第(4)小题应选择C。9．(多选)(2021·山西大同市高二期末)关于静电场和磁场对电荷的作用力，下列说法正确的是()A．带电粒子在电场中一定受电场力的作用，在磁场中也一定受洛伦兹力的作用B．带电粒子在电场中运动时电场力可能不做功，在磁场中运动时洛伦兹力一定不做功C．运动的正电荷受电场力的方向与电场强度方向相同，受洛伦兹力的方向与磁感应强度方向相同D．运动的负电荷受电场力的方向与电场强度方向相反，受洛伦兹力的方向与磁感应强度方向垂直〖答案〗BD〖解析〗带电粒子在电场中一定会受电场力，磁场只对运动电荷有洛伦兹力作用，且运动电荷的速度方向与磁场方向不平行，A错误；带电粒子在电场中沿等势面运动时电场力不做功，因为洛伦兹力的方向和运动电荷的速度垂直，洛伦兹力对运动电荷一定不做功，B正确；运动的正电荷受电场力的方向与电场强度方向相同，受洛伦兹力的方向与磁感应强度方向垂直，C错误；运动的负电荷受电场力的方向与电场强度方向相反，受洛伦兹力的方向与磁感应强度方向垂直，D正确。10．(2021·广东深圳市高二期末)如图所示，从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中都含有大量的高能带电粒子，这些高能带电粒子到达地球会对地球上的生命带来危害，但是由于地球周围存在地磁场，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对地球上的生命起到保护作用，那么()A．宇宙射线受到地磁场施加的与运动方向相反的排斥力B．垂直射向地球表面的带电粒子在两极处受磁场的偏转作用最强C．带正电的离子垂直射向赤道时会向东偏转D．带负电的离子垂直射向赤道时会向南极偏转〖答案〗C〖解析〗宇宙射线受到地磁场施加的力与运动方向垂直，当宇宙射线的运动方向与磁感应强度方向平行时，此时受到的洛伦兹力为零，故A错误；垂直射向地球表面的带电粒子在两极处运动方向与磁场方向平行，故不受洛伦兹力，故B错误；由左手定则可知，带正电的离子垂直射向赤道时会向东偏转，故C正确；带负电的离子垂直射向赤道时会向西偏转，故D错误。11．为了测量某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，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，在垂直于上下表面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面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。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法正确的是()A．若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧面电势高B．前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势，与污水中离子种类无关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与电压U成正比，与a、b有关〖答案〗B〖解析〗由左手定则可知，若污水中为正离子，则正离子向里偏，前内侧面电势低于后内侧面电势，若污水中为负离子，则负离子向外偏，仍然是前内侧面电势低于后内侧面的电势，故A错误，B正确；污水稳定流动时，对任一离子有qvB＝qE＝eq\f(qU,b)，所以U＝Bbv，电压表的示数与离子浓度无关，故C错误；流量Q＝Sv＝bc·eq\f(U,Bb)＝eq\f(cU,B)，可以看出流量Q与a、b均无关，故D错误。12．如图所示，一带正电的物体固定在小车的底板上，其中底板绝缘，整个装置静止在水平地面上，在空间施加一垂直纸面向里的匀强磁场，如果保持小车不动，将匀强磁场沿水平方向向左匀速运动。则下列说法正确的是()A．带电物体所受的洛伦兹力为零B．带电物体受洛伦兹力且方向竖直向上C．小车对地面的压力变大D．地面对小车的摩擦力方向向左〖答案〗B〖解析〗受洛伦兹力的带电物体的速度不是相对地面而言，而是相对磁场。题中匀强磁场向左匀速运动相当于小车水平向右匀速运动，由左手定则可知，带电物体所受的洛伦兹力方向竖直向上，B正确，A错误；由于小车水平方向不受力，所以摩擦力为零，D错误；对小车及带电物体整体分析可知，地面对小车的支持力变小，由牛顿第三定律可知小车对地面的压力变小，C错误。13．(多选)如图所示，一个带正电的滑环套在水平且足够长的粗糙绝缘杆上，整个装置处在与杆垂直的水平方向的匀强磁场中，现使滑环获得向右的初速度，滑环在杆上的运动情况可能是()A．始终做匀速运动B．先做加速运动，后做匀速运动C．先做减速运动，后做匀速运动D．先做减速运动，最后静止在杆上〖答案〗ACD〖解析〗分析滑环的受力情况，受到重力、洛伦兹力、杆的支持力和摩擦力作用，如果洛伦兹力等于物体的重力，滑环不受支持力和摩擦力作用，将做匀速直线运动，选项A正确；如果重力小于洛伦兹力，滑环在水平方向上受到摩擦力作用，做减速运动，当洛伦兹力等于重力时，做匀速运动，选项C正确，B错误；如果重力大于洛伦兹力，滑环受到摩擦力，将做减速运动，最终速度为零，选项D正确。14．两个完全相同的带等量的正电荷的小球a和b，从同一高度自由落下，分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁场，如图所示，然后再落到地面上，设两球运动所用的总时间分别为ta、tb，则()A．ta＝tb B．ta＞tbC．ta＜tb D．条件不足，无法比较〖答案〗C〖解析〗a球进入匀强电场后，始终受到水平向右的电场力F电＝qE作用，这个