2024年高考物理選修二專題練習(xí)第2節(jié) 磁場對運(yùn)動電荷的作用力

《模型畫法·物理課堂》馮考必勝第2節(jié)磁場對運(yùn)動電荷的作用力【刷基礎(chǔ)】【題型1洛倫茲力的方向(左手定則的應(yīng)用)】1．[湖南郴州湘南中學(xué)2020高二上期中]在如圖所示的四幅圖中，正確標(biāo)明了帶正電的粒子所受洛倫茲力F方向的是()答案：B解析：由左手定則可知，A圖中粒子所受洛倫茲力豎直向下，故A錯誤；B圖中粒子所受洛倫茲力豎直向上，故B正確；C圖中粒子所受洛倫茲力垂直紙面向里，故C錯誤；D圖中粒子所受洛倫茲力垂直紙面向外，故D錯誤．2．[廣東珠海2021高二上期末]陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在其間的高電壓下加速飛向陽極，如圖所示．若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場的方向應(yīng)為()A．平行于紙面向左B．平行于紙面向上C．垂直于紙面向里D．垂直于紙面向外答案：D解析：陰極射線是高速電子流，帶負(fù)電，若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，則電子所受洛倫茲力方向向上，由左手定則知，所加磁場的方向應(yīng)垂直于紙面向外，D正確，A、B、C錯誤．3．[江蘇南通海安高級中學(xué)2021高二上期中]四川省稻城縣海子山“高海拔宇宙射線觀測站”(LHAASO)，是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的宇宙射線探測裝置．假設(shè)來自宇宙的電子流沿著與地球表面垂直的方向射向這個觀測站，由于地磁場的作用(忽略其他阻力的影響)，電子到達(dá)觀測站時將沿()A．豎直向下沿直線射向觀測站B．豎直方向稍偏東一些射向觀測站C．豎直方向稍偏西一些射向觀測站D．豎直方向稍偏北一些射向觀測站答案：C解析：由于地磁場的方向從地理南極指向地理北極，由左手定則知，電子受到的洛倫茲力方向向西，故電子到達(dá)觀測站時將沿豎直方向稍偏西一些射向觀測站，C正確．【題型2洛倫茲力的大小】4．一帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中沿著磁感線方向運(yùn)動，現(xiàn)將該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大一倍，則帶電粒子受到的洛倫茲力()A．增大兩倍B．增大一倍C．減小一半D．依然為零答案：D解析：若帶電粒子的速度方向與磁場方向平行，則帶電粒子受到的洛倫茲力為零，故A、B、C錯誤，D正確．5．[陜西漢中2021高二上期末](多選)如圖所示，紙面內(nèi)的△OPQ為等邊三角形(OP邊水平)，在O、P兩點放有垂直于紙面的直導(dǎo)線(圖中未畫出)，O點處導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外，P點處導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里，每根導(dǎo)線在Q點產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B.若某時刻有一電子(電荷量為e)正好經(jīng)過Q點，速度大小為v，方向垂直紙面向里，則該電子經(jīng)過Q點時所受的洛倫茲力()A．方向水平向左B．方向水平向右C．大小為evBD．大小為eq\r(3)evB答案：AC解析：O點處導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外，P點處導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里，由安培定則知，兩導(dǎo)線在Q點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向夾角為120°，如圖所示，則Q點處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度B′＝B，則電子在Q點所受的洛倫茲力大小為F＝evB，根據(jù)左手定則知，電子經(jīng)過Q點時所受的洛倫茲力方向水平向左，A、C正確，B、D錯誤．【題型3電子束的磁偏轉(zhuǎn)(電視顯像管的工作原理)】6．顯像管的工作原理圖如圖所示，圖中陰影區(qū)域沒有磁場時，從電子槍發(fā)出的電子打在熒光屏正中的O點．為使電子在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上的A點，陰影區(qū)域所加磁場的方向是()A．豎直向上B．豎直向下C．垂直于紙面向內(nèi)D．垂直于紙面向外答案：D解析：電子向上偏，根據(jù)左手定則可知，陰影區(qū)域所加磁場的方向垂直于紙面向外，故選D.【題型4洛倫茲力的綜合應(yīng)用】7．如圖所示，斜面上表面光滑絕緣，傾角為θ，斜面上方有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，現(xiàn)有一個質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小球在斜面上無初速度釋放，假設(shè)斜面足夠長，則小球從釋放開始，下滑多遠(yuǎn)后離開斜面．解析：小球沿斜面下滑，在離開斜面前，受到的洛倫茲力F垂直于斜面向上，受力分析如圖所示．沿斜面方向有mgsinθ＝ma，垂直斜面方向有F＋FN－mgcosθ＝0，其中洛倫茲力為F＝Bqv，設(shè)下滑距離x后小球離開斜面，此時斜面對小球的支持力FN＝0，由運(yùn)動學(xué)公式有v2＝2ax，聯(lián)立以上各式解得x＝eq\f(m2gcos2θ,2q2B2sinθ).【刷易錯】【易錯點易混淆洛倫茲力和電場力】8．[安徽合肥肥東二中2021高二上期末](多選)有關(guān)電荷受電場力和洛倫茲力的說法中，正確的是()A．電荷在磁場中一定受洛倫茲力的作用B．電荷在電場中一定受電場力的作用C．電荷受電場力的方向與該處電場方向相同D．電荷若受洛倫茲力，則受力方向與該處磁場方向垂直答案：BD解析：電荷在磁場中不一定受洛倫茲力的作用，如相對磁場靜止的電荷在磁場中不受洛倫茲力，電荷的運(yùn)動方向與磁場平行時也不受洛倫茲力，A錯誤；電荷在電場中一定受電場力的作用，B正確；正電荷受電場力的方向與該處電場方向相同，負(fù)電荷受電場力的方向與該處電場方向相反，C錯誤；洛倫茲力總是與電荷的速度方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，D正確．【刷提升】1．(多選)一個帶電粒子以某一初速度射入勻強(qiáng)磁場中，不考慮其他力的作用，粒子在磁場中不可能做()A．勻速直線運(yùn)動B．勻變速直線運(yùn)動C．勻變速曲線運(yùn)動D．勻速圓周運(yùn)動答案：BC解析：粒子進(jìn)入磁場，若只受洛倫茲力，則一定是變加速運(yùn)動，B、C不可能，D可能；或者v與B平行不受洛倫茲力，粒子做勻速運(yùn)動，A可能．2．[浙江諸暨2021高二上期末]平行放置的長直導(dǎo)線分別通以等大反向的電流I.某帶正電粒子以一定速度從兩導(dǎo)線的正中間射入，第一次如圖甲所示，粒子平行導(dǎo)線方向射入，第二次如圖乙所示，垂直導(dǎo)線方向射入．不計粒子重力，下列說法正確的是()A．第一次粒子做勻速直線運(yùn)動B．第二次粒子做勻速圓周運(yùn)動C．第一次粒子將向上偏轉(zhuǎn)，且速度大小保持不變D．第二次粒子做直線運(yùn)動，且速度先增大后減小答案：C解析：由安培定則知，圖甲中，兩導(dǎo)線中間所處位置的磁場方向垂直紙面向里，根據(jù)左手定則知，帶電粒子向上偏轉(zhuǎn)，由于洛倫茲力不做功，粒子速率不變，A錯誤，C正確；由安培定則知，圖乙中，兩導(dǎo)線連線的中垂線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向右，粒子速度方向與磁場方向平行，粒子不受洛倫茲力，所以粒子將做勻速直線運(yùn)動，B、D錯誤．3．[湖北十堰2020高二上期末]如圖所示，三根通電長直導(dǎo)線P、Q、R互相平行，垂直紙面放置，其間距均為a，電流大小均為I，方向垂直紙面向里(已知電流為I的長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中，距離導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(kI,r)，其中k為常數(shù))．某時刻有一電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)正好經(jīng)過坐標(biāo)原點O，速度大小為v，方向沿y軸正方向，則電子此時所受磁場力()A．方向垂直紙面向里，大小為eq\f(2\r(3)evkI,3a)B．方向指向x軸正方向，大小為eq\f(2\r(3)evkI,3a)C．方向垂直紙面向里，大小為eq\f(\r(3)evkI,3a)D．方向指向x軸正方向，大小為eq\f(\r(3)evkI,3a)答案：A解析：P、Q兩根導(dǎo)線到O點的距離相等，根據(jù)安培定則，在O點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，大小相等，合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，所以O(shè)點實際磁感應(yīng)強(qiáng)度等于R在O點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)安培定則，O點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿x軸負(fù)方向，又r＝RO＝eq\f(\r(3),2)a，則O點磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B＝eq\f(kI,r)＝eq\f(2\r(3)kI,3a)，根據(jù)左手定則，電子所受洛倫茲力方向垂直紙面向里，大小為F＝evB＝eq\f(2\r(3)evkI,3a)，故A正確，B、C、D錯誤．4．[廣東梅州2021高二上期末](多選)如圖所示，a為帶正電的小物塊，b為不帶電的絕緣物塊，a、b疊放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)用水平恒力F拉b物塊，使a、b一起無相對滑動地向左加速運(yùn)動，在加速運(yùn)動階段()A．a(chǎn)、b一起運(yùn)動的加速度減小B．a(chǎn)、b一起運(yùn)動的加速度增大C．a(chǎn)、b物塊間的摩擦力減小D．a(chǎn)、b物塊間的摩擦力增大答案：AC解析：對整體受力分析，由牛頓第二定律可得F－μN(yùn)＝(Ma＋Mb)a，N＝(Ma＋Mb)g＋Bqv，隨著v增大，則N增大，a減小，所以整體做加速度減小的加速運(yùn)動，故A正確，B錯誤；對a隔離分析，a＝eq\f(f,Ma)，所以a、b物塊間的摩擦力減小，故C正確，D錯誤．5．[山東菏澤巨野一中2020高二上月考]如圖所示，一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的圓環(huán)可在水平放置的足夠長的粗糙細(xì)桿上滑動，細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，不計空氣阻力，現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0，在以后的運(yùn)動過程中，圓環(huán)運(yùn)動的v－t圖像可能是圖中的()A．②③B．①③C．②④D．①④答案：D解析：若在剛開始運(yùn)動時，圓環(huán)所受的洛倫茲力恰好等于圓環(huán)重力，即Bv0q＝mg，此時沒有支持力，即也沒有摩擦力，所以圓環(huán)做勻速直線運(yùn)動，圖像①有可能；若剛開始速度較大，洛倫茲力較大，則圓環(huán)所受支持力向下，摩擦力阻礙圓環(huán)運(yùn)動，速度變小，則支持力變小，加速度也減小，當(dāng)洛倫茲力等于重力時，圓環(huán)做勻速直線運(yùn)動，所以圖像④有可能；若剛開始洛倫茲力小于重力，則圓環(huán)所受支持力向上，摩擦力使得圓環(huán)速度越來越小，直到停止，此過程支持力增大，摩擦力增大，加速度增大，圖像②、③不可能，故選D.6．[遼寧沈陽市郊聯(lián)體2021高二下開學(xué)考試](多選)如圖，固定的足夠長粗糙絕緣斜面處于方向垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一帶正電的小滑塊從斜面頂端由靜止釋放后沿斜面下滑．若滑塊電荷量不變，則在滑塊下滑的過程中()A．滑塊所受摩擦力的大小先增大后保持不變B．當(dāng)B很大時，滑塊最終可能靜止在斜面上C．滑塊滑到斜面底端時的動能大小與B的大小有關(guān)D．滑塊的機(jī)械能先減小后保持不變答案：AC解析：設(shè)滑塊質(zhì)量為m，斜面的傾角為θ，滑塊所帶的電荷量為q，滑塊由靜止釋放后沿斜面下滑，滑塊所受合力沿斜面向下，滑塊做加速運(yùn)動．滑塊所受摩擦力的大小為f＝μ(mgcosθ＋qvB)，滑塊速度增大，則滑塊所受摩擦力增大，當(dāng)f＝mgsinθ時，滑塊做勻速直線運(yùn)動，其所受的摩擦力不變，A正確；當(dāng)滑塊靜止時，滑塊不受洛倫茲力作用，且mgsinθ>μmgcosθ，B錯誤；由f＝μ(mgcosθ＋qvB)知，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，摩擦力就越大，克服摩擦力做功就越多，由動能定理知，滑塊滑到斜面底端時的動能就越小，C正確；滑塊下滑過程中摩擦力做負(fù)功，由功能關(guān)系知，滑塊的機(jī)械能一直在減小，D錯誤．7．如圖甲，一帶電物塊無初速度地放在傳送帶底端，皮帶輪以恒定大小的速率沿順時針方向傳動，該裝置處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，物塊由底端E運(yùn)動至皮帶輪頂端F的過程中，其v－t圖像如圖乙所示，物塊全程運(yùn)動的時間為4.5s，關(guān)于帶電物塊及運(yùn)動過程的說法正確的是()A．該物塊帶負(fù)電B．傳送帶的傳動速度大小一定為1m/sC．若已知傳送帶的長度，可求出該過程中物塊與傳送帶發(fā)生的相對位移D．在2～4.5s內(nèi)，物塊與傳送帶仍有可能相對運(yùn)動答案：D解析：由題圖乙可知，物塊先做加速度減小的加速運(yùn)動再做勻速運(yùn)動，物塊的最大速度是1m/s.對物塊進(jìn)行受力分析可知，開始時物塊受到重力、支持力和摩擦力的作用，設(shè)動摩擦因數(shù)為μ，沿斜面方向有μFN－mgsinθ＝ma；物塊運(yùn)動后，又受到洛倫茲力的作用，加速度逐漸減