高中物理 3-5 研究洛倫茲力規(guī)范訓(xùn)練 粵教版選修3-1

第5節(jié)研究洛倫茲力(時間：60分鐘)知識點一帶電粒子受到的洛倫茲力的方向[1．(雙選)一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則 ()．A．此空間一定不存在磁場B．此空間可能有磁場，方向與電子速度方向平行C．此空間可能有磁場，方向與電子速度方向垂直D．此空間可能有正交的磁場和電場，它們的方向均與電子速度垂直解析由洛倫茲力公式可知：當v的方向與磁感應(yīng)強度B的方向平行時，運動電荷不受洛倫茲力作用，因此電子未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不能說明此空間一定不存在磁場，只能說明此空間可能有磁場，磁場方向與電子速度方向平行，則選項B正確．此空間也可能有正交的磁場和電場，它們的方向均與電子速度方向垂直，導(dǎo)致電子所受合力為零．則選項D正確．答案BD圖3－5－102．如圖3－5－10所示，將一陰極射線管置于一通電螺線管的正上方且在同一水平面內(nèi)，則陰極射線將 ()．A．向外偏轉(zhuǎn)B．向里偏轉(zhuǎn)[C．向上偏轉(zhuǎn)D．向下偏轉(zhuǎn)解析由右手螺旋定則可知通電螺線管在陰極射線處磁場方向豎直向下，陰極射線帶負電，結(jié)合左手定則可知其所受洛倫茲力垂直于紙面向外．答案A[圖3－5－113．如圖3－5－11所示，一帶負電的滑塊從絕緣粗糙斜面的頂端滑至底端時的速率為v，若加一個垂直紙面向外的勻強磁場，并保證滑塊能滑至底端，則它滑至底端時的速率為 ()．A．變大 B．變小C．不變 D．條件不足，無法判斷解析加上磁場后，滑塊受一垂直斜面向下的洛倫茲力，使滑塊所受摩擦力變大，做負功值變大，而洛倫茲力不做功，重力做功恒定，由能量守恒可知，速率變?。鸢窧知識點二洛倫茲力的大小圖3－5－124．帶電油滴以水平速度v0垂直進入磁場，恰做勻速直線運動，如圖3－5－12所示，若油滴質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強度為B，則下述說法正確的是()．A．油滴必帶正電荷，電荷量為eq\f(2mg,v0B)B．油滴必帶負電荷，比荷eq\f(q,m)＝eq\f(g,v0B)C．油滴必帶正電荷，電荷量為eq\f(mg,v0B)D．油滴帶什么電荷都可以，只要滿足q＝eq\f(mg,v0B)解析油滴水平向右勻速運動，其所受洛倫茲力必向上與重力平衡，故油滴帶正電，其電荷量q＝eq\f(mg,v0B)，C正確．答案C5．用絕緣細線懸掛一個質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小球，讓它處于如圖3－5－13所示的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中．由于磁場運動，小球靜止在如圖所示位置，這時懸線與豎直方向夾角為α，并被拉緊，則磁場的運動速度和方向是 ()．圖3－5－1A．v＝eq\f(mg,qB)，水平向右B．v＝eq\f(mg,qB)，水平向左C．v＝eq\f(mgtanα,qB)，豎直向上D．v＝eq\f(mgtanα,qB)，豎直向下解析當磁場水平向右運動時，帶電小球相對于磁場向左運動，由左手定則，洛倫茲力方向向下，小球無法平衡，故A項錯誤．當磁場以v＝eq\f(mg,qB)水平向左運動時，F(xiàn)＝qvB＝mg，方向水平向上，小球可以平衡，但這時懸線上拉力為零，不會被拉緊，故B項錯誤．當磁場以v＝eq\f(mgtanα,qB)豎直向上運動時，則F＝qvB＝mgtanα，由左手定則，F(xiàn)方向向右，小球可以平衡，故C項正確、D項錯誤．答案C6．來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將 ()．A．豎直向下沿直線射向地面B．相對于預(yù)定地點向東偏轉(zhuǎn)C．相對于預(yù)定地點，稍向西偏轉(zhuǎn)D．相對于預(yù)定地點，稍向北偏轉(zhuǎn)解析地球赤道外地磁場方向由南向北，質(zhì)子是氫原子核，帶正電荷．根據(jù)左手定則可判定，質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東．答案B圖3－5－147．如圖3－5－14所示，一個質(zhì)量為m、帶正電荷量為q的帶電體，緊貼著水平絕緣板的下表面滑動，滑動方向與垂直紙面的勻強磁場垂直，請回答：(1)能沿下表面滑動，物體速度的大小和方向應(yīng)滿足什么條件？(2)若物體以速度v0開始運動，則它沿絕緣面運動的過程中，克服摩擦力做了多少功？解析(1)若物體沿下表面滑動，則洛倫茲力一定向上，根據(jù)左手定則，速度方向向右．當物體沿下表面滑動時，滿足qvB≥mg，解得v≥eq\f(mg,qB).(2)運動過程中，洛倫茲力和重力不做功．當v＝eq\f(mg,qB)時，mg＝qvB，摩擦力消失，由動能定理，克服摩擦力做的功W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)meq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(v\o\al(2,0)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(mg,qB)))2)).答案(1)向右v≥eq\f(mg,qB)(2)eq\f(1,2)meq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(v\o\al(2,0)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(mg,qB)))2))圖3－5－158．質(zhì)量為m，帶電荷量為q的微粒，以速度v與水平方向成45°進入勻強電場和勻強磁場同時存在的空間，如圖3－5－15所示，微粒在電場、磁場、重力場的共同作用下做勻速直線運動，求：(1)電場強度的大??；(2)磁感應(yīng)強度的大小，該帶電粒子帶何種電荷．解析(1)帶電粒子做勻速直線運動，經(jīng)受力分析(受力圖如圖)可知該粒子一定帶正電．由平衡條件得：mgsin45°＝qEsin45°，所以E＝eq\f(mg,q).(2)由平衡條件得eq\f(mg,cos45°)＝qvB所以B＝eq\f(\r(2)mg,qv).答案(1)eq\f(mg,q)(2)eq\f(\r(2)mg,qv)正9．如圖3－5－16所示，套在很長的絕緣直棒上的小球，其質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q，小球可在棒上滑動，將此棒豎直放在正交的勻強電場和勻強磁場中，電場強度是E，磁感應(yīng)強度是B，小球與棒的動摩擦因數(shù)為μ，求小球由靜止沿棒下落到具有最大加速度時的速度和所能達到的最大速度．圖3－5－16解析小球向下運動時，洛倫茲力水平向右，電場力水平向左，當此二力平衡時，小球的加速度最大，設(shè)此時速度大小為v，則qvB＝qE，故v＝eq\f(E,B).當mg＝μN時，小球達到最大速度vm.其中N＝qvmB－qE，所以mg＝μ(qvmB－qE)，vm＝eq\f(mg,μqB)＋eq\f(E,B).答案eq\f(E,B)eq\f(mg,μqB)＋eq\f(E,B)10．如圖3－5－17所示為一速度選擇器，也稱為濾速器的原理圖．K為電子槍，由槍中沿KA方向射出的電子，速率大小圖3－5－17不一．當電子通過方向互相垂直的勻強電場和磁場后，只有一定速率的電子能沿直線前進，并通過小孔S.設(shè)產(chǎn)生勻強電場的平行板間的電壓為300V，間距為5cm，垂直于紙面的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.06T，問：(1)磁場的指向應(yīng)該向里還是向外？(2)速度為多大的電子才能通過小孔S?解析(1)由題圖可知，平行板產(chǎn)生的電場強度E方向向下，帶負電的電子受到的電場力FE＝eE，方向向上．若沒有磁場，電子束將向上偏轉(zhuǎn)，為了使電子能夠穿過小孔S，所加的磁場對電子束的洛倫茲力必須是向下的．根據(jù)左手定則分析得出，B的方向垂直于紙面向里．(2)電子受到的洛倫茲力為：FB＝evB，它的大小與電子速率v有關(guān)．只有那些速率的大小剛好使得洛倫茲力與電場力相平衡的電子，才可沿直線KA通過小孔S.據(jù)題意，能夠通過