2023高中物理第3章磁場5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力課時(shí)作業(yè)新人教版選修3-1

PAGE運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力基礎(chǔ)夯實(shí)一、選擇題(1～4題為單項(xiàng)選擇題，5、6題為多項(xiàng)選擇題)1．(浙江省高二學(xué)業(yè)水平測試)下面四幅圖表示了磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電荷速度v和洛倫茲力F三者方向之間的關(guān)系，其中正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232666)(B)解析：根據(jù)左手定那么，A中F方向應(yīng)向下，B中F方向應(yīng)向上，故A錯(cuò)、B對(duì)。C、D中都是v∥B，F(xiàn)＝0，故C、D都錯(cuò)。2．如下圖，一束電子流沿管的軸線進(jìn)入螺線管，忽略重力，電子在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232667)(C)A．當(dāng)從a端通入電流時(shí)，電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B．當(dāng)從b端通入電流時(shí)，電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．不管從哪端通入電流，電子都做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．不管從哪端通入電流，電子都做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解析：不管通有什么方向的電流，螺線管內(nèi)部磁場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)一直保持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。3．每時(shí)每刻都有大量宇宙射線射向地球，地磁場可以改變射線中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，使它們不能到達(dá)地面，這對(duì)地球上的生命有著十分重要的意義。假設(shè)有一個(gè)帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來，在地磁場的作用下，它的偏轉(zhuǎn)方向和所受洛倫茲力的大小，以下說法中正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232668)(D)A．向西偏轉(zhuǎn)，不變 B．向南偏轉(zhuǎn)，不變C．向北偏轉(zhuǎn)，減小 D．向東偏轉(zhuǎn)，增大解析：地球外表地磁場的方向由南向北，宇宙射線帶電，根據(jù)左手定那么可判定，射線自赤道上空豎直下落過程中所受洛倫茲力方向向東，所以向東偏轉(zhuǎn)，越靠近地球磁場越強(qiáng)，所受的洛倫茲力越大，選項(xiàng)D正確。4．(遼寧沈陽二中2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期期末)一個(gè)帶正電荷的粒子(重力不計(jì))，穿過圖中相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場區(qū)域時(shí)，恰能沿直線運(yùn)動(dòng)，那么欲使粒子向上偏轉(zhuǎn)應(yīng)采用的方法是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232669)(B)A．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度 B．增大粒子質(zhì)量C．減小粒子的入射速度 D．增大電場強(qiáng)度解析：開始時(shí)粒子恰能做直線運(yùn)動(dòng)，電場力向下，洛倫茲力向上，合力為零，故：qE＝qvB；增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，那么向上的洛倫茲力增大，合力向上，向上偏轉(zhuǎn)，故A正確；增加質(zhì)量，那么電場力與洛倫茲力都不變，合力為0，做直線運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；減小入射速度，那么洛倫茲力減小，電場力不變，合力向下，向下偏轉(zhuǎn)，故C錯(cuò)誤；增大電場強(qiáng)度，那么電場力增大，洛倫茲力不變，合力向下，向下偏轉(zhuǎn)，故D錯(cuò)誤。5．(河北正定中學(xué)2022～2022學(xué)年高二下學(xué)期期中)以下圖為顯像管原理示意圖，電子束經(jīng)電子槍加速后，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場偏轉(zhuǎn)，不加磁場時(shí)，電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)。假設(shè)要使電子束打在熒光屏上位置由O逐漸向A移動(dòng)，那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232670)(CD)A．在偏轉(zhuǎn)過程中，洛倫茲力對(duì)電子束做正功B．在偏轉(zhuǎn)過程中，電子束做勻加速曲線運(yùn)動(dòng)C．偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)逐漸變大D．偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)垂直于紙面向外解析：在偏轉(zhuǎn)過程中，洛倫茲力不做功，A錯(cuò)誤；在偏轉(zhuǎn)過程中，加速度的方向要指向圓心，即加速度方向時(shí)刻改變，故電子束做變加速曲線運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；電子束打在熒光屏上的OA之間，即電子受向上偏左的洛倫茲力，由左手定那么可知磁場方向垂直紙面向外，電子束打在熒光屏上的位置由中心O逐漸向A點(diǎn)移動(dòng)，電子偏轉(zhuǎn)角度越來越大，由f＝qvB知，B逐漸變大；故CD正確。6．(石家莊一中2022～2022學(xué)年高二檢測)用細(xì)線和帶電小球做成的擺，把它放置在某勻強(qiáng)磁場中，如下圖，在帶電小球擺動(dòng)的過程中，連續(xù)兩次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，相同的物理量是(不計(jì)空氣阻力)eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232671)(CD)A．小球受到的洛倫茲力 B．?dāng)[線的張力C．小球的向心加速度 D．小球的動(dòng)能解析：設(shè)小球帶正電，那么小球向右擺到最低點(diǎn)時(shí)，洛倫茲力的方向向上，小球向左擺到最低點(diǎn)時(shí)，洛倫茲力的方向向下，故A錯(cuò)誤；設(shè)擺球所帶電量為q，擺線長為r，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在最低點(diǎn)時(shí)的速度為v，在擺動(dòng)過程中，洛倫茲力不做功，只有重力做功，機(jī)械能守恒，所以到達(dá)最低點(diǎn)速度大小相等，小球的動(dòng)能相等，小球的向心加速度a＝eq\f(v2,r)相等。小球向右擺到最低點(diǎn)時(shí)：F1＋Bqv－mg＝meq\f(v2,r)，小球向左擺到最低點(diǎn)時(shí)：F2－Bqv－mg＝meq\f(v2,r)，解得：F1<F2，所以擺線的張力不相等，故B錯(cuò)誤，C、D正確。二、非選擇題7．質(zhì)量為m，帶電量為q的微粒，以速度v與水平方向成45°角進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場同時(shí)存在的空間，如下圖，微粒在電場、磁場、重力場的共同作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求：eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232672)(1)電場強(qiáng)度的大小，該帶電粒子帶何種電荷。(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。答案：(1)正電，eq\f(mg,q)(2)eq\f(\r(2)mg,qv)解析：(1)微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所受合力必為零，微粒受重力mg，電場力qE，洛倫茲力qvB，由此可知，微粒帶正電，受力如下圖，qE＝mg，那么電場強(qiáng)度E＝eq\f(mg,q)(2)由于合力為零，那么qvB＝eq\r(2)mg，所以B＝eq\f(\r(2)mg,qv)。能力提升一、選擇題(1、2題為單項(xiàng)選擇題，3～5題為多項(xiàng)選擇題)1．(江蘇蘇州中學(xué)2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期期末)一個(gè)帶正電的小球沿光滑絕緣的桌面向右運(yùn)動(dòng)，速度方向垂直于一個(gè)水平向里的勻強(qiáng)磁場，如下圖，球飛離桌面后落到地板上，設(shè)飛行時(shí)間為t1，水平射程為x1，著地速度為v1。撤去磁場，其余的條件不變，小球飛行時(shí)間為t2，水平射程為x2，著地速度為v2，那么以下論述錯(cuò)誤的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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：當(dāng)桌面右邊存在磁場時(shí)，由左手定那么可知，帶正電的小球在飛行過程中受到斜向右上方的洛倫茲力作用，此力在水平方向上的分量向右，豎直分量向上，因此小球水平方向上存在加速度，豎直方向上的加速度a<g，所以t1>t2，x1>x2，A、B對(duì)；又因?yàn)槁鍌惼澚Σ蛔龉?，故C對(duì)；兩次小球著地時(shí)速度方向不同，D錯(cuò)。2．目前，世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)。如下圖表示了它的發(fā)電原理：將一束等離子體噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓。如果射入的等離子體的初速度為v，兩金屬板的板長(沿初速度方向)為L，板間距離為d，金屬板的正對(duì)面積為S，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于離子初速度方向，負(fù)載電阻為R，電離氣體充滿兩板間的空間。當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，電流表的示數(shù)為I，那么板間電離氣體的電阻率為eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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：發(fā)電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)，離子所受電場力等于洛倫茲力eq\f(U,d)q＝qvB得：U＝Bvd，又R＋R1＝eq\f(U,I)，R1為板間電離氣體的電阻，且R1＝ρeq\f(d,S)，聯(lián)立得到電阻率ρ的表達(dá)式為ρ＝eq\f(S,d)(eq\f(Bdv,I)－R)，應(yīng)選A。3．如下圖，a為帶正電的小物塊，b是一不帶電的絕緣物塊(設(shè)a、b間無電荷轉(zhuǎn)移)，a、b疊放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)用水平恒力F拉b物塊，使a、b一起無相對(duì)滑動(dòng)地向左加速運(yùn)動(dòng)，在加速運(yùn)動(dòng)階段eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232675)(AD)A．a(chǎn)、b一起運(yùn)動(dòng)的加速度減小B．a(chǎn)、b一起運(yùn)動(dòng)的加速度增大C．a(chǎn)、b物塊間的摩擦力不變D．a(chǎn)、b物塊間的摩擦力減小解析：(1)以a為研究對(duì)象，分析a的受力情況a向左加速→受洛倫茲力方向向下→對(duì)b的壓力增大(2)以a、b整體為研究對(duì)象，分析整體受的合外力b對(duì)地面壓力增大→b受的摩擦力增大→整體合外力減小→加速度減小(3)再分析a，b對(duì)a的摩擦力是a的合外力a的加速度減小→a的合外力減小→a、b間的摩擦力減小。應(yīng)選項(xiàng)AD正確。4．(北京十二中2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期期末)為了測量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如下圖的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。假設(shè)用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，以下說法中正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232676)(BD)A．假設(shè)污水中正離子較多，那么前外表比后外表電勢高B．前外表的電勢一定低于后外表的電勢，與哪種離子多無關(guān)C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與U成正比，與a、b無關(guān)解析：根據(jù)左手定那么，正離子向后外表偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子向前外表偏轉(zhuǎn)，所以后外表的電勢高于前外表的電勢，與離子的多少無關(guān)。故A錯(cuò)誤、B正確。最終離子在電場力和洛倫茲力作用下平衡，有：qvB＝qeq\f(U,b)，解得U＝vBb，電壓表的示數(shù)與離子濃度無關(guān)，v＝eq\f(U,bB)，那么流量Q＝vbc＝eq\f(cU,B)，與U成正比，與a、b無關(guān)，故D正確，C錯(cuò)誤。5．(南京外國語學(xué)校2022～2022學(xué)年高二期中)如下圖，兩虛線之間的空間內(nèi)存在著正交或平行的勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B，有一個(gè)帶正電的小球(電荷量為＋q，質(zhì)量為m)從電磁復(fù)合場上方的某一高度處自由落下，那么，帶電小球可能沿直線通過的電磁復(fù)合場是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232677)(CD)解析：在A圖中剛進(jìn)入復(fù)合場時(shí)，帶電小球受到方向向左的電場力、向右的洛倫茲力、豎直向下的重力，在重力的作用下，小球的速度要變大，洛倫茲力也會(huì)變大，所以水平方向受力不可能總是平衡，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；B圖中小球要受到向下的重力、向上的電場力、向外的洛倫茲力，小球要向外偏轉(zhuǎn)，不可能沿直線通過復(fù)合場，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；C圖中小球受到向下的重力、向右的洛倫茲力、沿電場方向的電場力，假設(shè)三力的合力恰好為零，那么小球?qū)⒀刂本€勻速通過復(fù)合場，C正確；D圖中小球只受到豎直向下的重力和豎直向上的電場力，可以沿直線通過復(fù)合場，D正確。二、非選擇題6．如下圖的裝置，左半局部為速度選擇器，右半局部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場。一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場垂直的方向，立即進(jìn)入場強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場，最后打在照相底片D上。同位素離子的電荷量為q(q>0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場，照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L，忽略重力的影響。eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)50232678)(1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大?。?2)假設(shè)打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為