2024-2025學(xué)年高中物理第3章磁場(chǎng)5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力作業(yè)含解析新人教版選修3-1

PAGE6-運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力(時(shí)間：40分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．如圖所示的各圖中，運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電荷的受力方向之間的關(guān)系正確的是()ABCDB[依據(jù)左手定則，A中F方向應(yīng)向上，B中F方向向下，A錯(cuò)誤，B正確。C、D中都是v∥B，F(xiàn)＝0，C、D錯(cuò)誤。]2.如圖所示，在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里。一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過(guò)兩極板。若不計(jì)重力，下列四個(gè)物理量中哪一個(gè)變更時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)變更()A．粒子速度的大小 B．粒子所帶的電荷量C．電場(chǎng)強(qiáng)度 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度B[粒子以某一速度沿水平直線通過(guò)兩極板時(shí)受力平衡，有Eq＝Bqv，則知當(dāng)粒子所帶的電荷量變更時(shí)，粒子所受的合力仍為0，運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)變更，故B項(xiàng)正確。]3．大量的帶電荷量均為＋q的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是()A．只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B．假如把＋q改為－q，且速度反向但大小不變，與磁場(chǎng)方向不平行，則洛倫茲力的大小方向均不變C．只要帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，它肯定受到洛倫茲力作用D．帶電粒子受到的洛倫茲力越小，則該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越小B[帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的磁場(chǎng)力不僅與其速度的大小有關(guān)，還與其速度的方向有關(guān)，當(dāng)速度方向與磁場(chǎng)方向在一條直線上時(shí)，不受磁場(chǎng)力作用，所以A、C、D錯(cuò)誤；依據(jù)左手定則可推斷，B正確。]4．如圖所示，a是豎直平面P上的一點(diǎn)，P前有一條形磁鐵垂直于P，且S極朝向a點(diǎn)。P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場(chǎng)的共同作用下，在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過(guò)a點(diǎn)，在電子經(jīng)過(guò)a點(diǎn)的瞬間，條形磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)該電子的作用力的方向()A．向上B．向下C．向左D．向右A[P前有一條形磁鐵垂直于P，且S極朝向a點(diǎn)，可知條形磁鐵的磁場(chǎng)的方向向外，電子向右運(yùn)動(dòng)，由左手定則可知，電子受到的條形磁鐵對(duì)電子的作用力的方向向上。]5．如圖為電視機(jī)顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖，線圈中心O處的黑點(diǎn)表示電子槍射出的電子，它的方向垂直紙面對(duì)外，當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈中的電流方向如圖所示時(shí)，電子束應(yīng)()A．向左偏轉(zhuǎn) B．向上偏轉(zhuǎn)C．向下偏轉(zhuǎn) D．不偏轉(zhuǎn)C[由安培定則可以推斷出兩個(gè)線圈的左端是N極，磁感線分布如圖所示，再由左手定則推斷出電子束應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)，C正確。]6．如圖所示，在豎直平面內(nèi)放一個(gè)光滑絕緣的半圓形滑道，水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與半圓形軌道所在的平面垂直，一個(gè)帶負(fù)電荷的小滑塊由靜止起先從半圓軌道的最高點(diǎn)M滑下到最右端，則下列說(shuō)法中正確的是()A．滑塊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度比磁場(chǎng)不存在時(shí)大B．滑塊從M點(diǎn)到最低點(diǎn)的加速度比磁場(chǎng)不存在時(shí)小C．滑塊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力比磁場(chǎng)不存在時(shí)小D．滑塊從M點(diǎn)到最低點(diǎn)所用時(shí)間與磁場(chǎng)不存在時(shí)相等D[由于洛倫茲力不做功，故與磁場(chǎng)不存在時(shí)相比，滑塊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度不變，A錯(cuò)誤；由a＝eq\f(v2,R)，與磁場(chǎng)不存在時(shí)相比，滑塊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的加速度不變，B錯(cuò)誤；由左手定則可知，滑塊經(jīng)最低點(diǎn)時(shí)受的洛倫茲力向下，而滑塊所受的向心力不變，故滑塊經(jīng)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力比磁場(chǎng)不存在時(shí)大，C錯(cuò)誤；由于洛倫茲力始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直，滑塊經(jīng)過(guò)隨意一點(diǎn)時(shí)的速度與磁場(chǎng)不存在時(shí)相等，D正確。]二、非選擇題(14分)7．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°角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)同時(shí)存在的空間，如圖所示，微粒在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的共同作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求：(1)電場(chǎng)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。[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(chǎng)力qE，洛倫茲力qvB，由此可知，微粒帶正電，受力如圖所示，qE＝mg，則電場(chǎng)強(qiáng)度E＝eq\f(mg,q)。(2)由于合力為零，則qvB＝eq\r(2)mg，所以B＝eq\f(\r(2)mg,qv)。[答案](1)eq\f(mg,q)正電荷(2)eq\f(\r(2)mg,qv)一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．截面為矩形的載流金屬導(dǎo)線置于磁場(chǎng)中，如圖所示，將出現(xiàn)下列哪種狀況()A．在b表面聚集正電荷，而a表面聚集負(fù)電荷B．在a表面聚集正電荷，而b表面聚集負(fù)電荷C．起先通電時(shí)，電子做定向移動(dòng)并向b偏轉(zhuǎn)D．兩個(gè)表面電勢(shì)不同，a表面電勢(shì)較高A[金屬導(dǎo)體靠電子導(dǎo)電，金屬正離子并沒(méi)有移動(dòng)，而電流由金屬導(dǎo)體中的自由電子的定向移動(dòng)(向左移動(dòng))形成。應(yīng)用左手定則，四指應(yīng)指向電流的方向，讓磁感線垂直穿過(guò)手心，拇指的指向即為自由電子的受力方向。也就是說(shuō)，自由電子受洛倫茲力方向指向a表面一側(cè)，事實(shí)上自由電子在向左移動(dòng)的同時(shí)，受到指向a表面的作用力，并在a表面進(jìn)行聚集，由于整個(gè)導(dǎo)體是呈電中性的(正、負(fù)電荷總量相等)，所以在b的表面“袒露”出正電荷層，并使b表面電勢(shì)高于a表面電勢(shì)。]2．(多選)在如圖所示的正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，有一粒子沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向飛入其中，并沿直線運(yùn)動(dòng)(不考慮重力作用)，則此粒子()A．可能帶正電 B．可能帶負(fù)電C．可能不帶電 D．肯定不帶電ABC[帶電粒子在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力，在磁場(chǎng)中受洛倫茲力，而帶電粒子做直線運(yùn)動(dòng)，依據(jù)電場(chǎng)力方向及洛倫茲力方向判定，可知兩力必反向且與運(yùn)動(dòng)速度垂直，正電、負(fù)電、不帶電粒子都滿意題設(shè)條件，A、B、C正確。]3．如圖所示，在豎直絕緣的水平臺(tái)上，一個(gè)帶正電的小球以水平速度v0拋出，落在地面上的A點(diǎn)，若加一垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，小球仍能落到地面上，則小球的落點(diǎn)()A．仍在A點(diǎn) B．在A點(diǎn)左側(cè)C．在A點(diǎn)右側(cè) D．無(wú)法確定C[小球在運(yùn)動(dòng)中任一位置的受力如圖所示，小球此時(shí)受到了斜向上的洛倫茲力的作用，小球在豎直方向的加速度ay＝eq\f(mg－qvBcosθ,m)＜g，故小球在空中做曲線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間將增加，同時(shí)水平方向上加速，故落點(diǎn)應(yīng)在A點(diǎn)的右側(cè)，選項(xiàng)C正確。]4．(多選)如圖所示，用絲線吊一個(gè)質(zhì)量為m的帶電(絕緣)小球處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，空氣阻力不計(jì)，當(dāng)小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)且兩次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)()A．小球的動(dòng)能相同B．絲線所受的拉力相同C．小球所受的洛倫茲力相同D．小球的向心加速度相同AD[帶電小球受到洛倫茲力和繩的拉力與速度方向時(shí)刻垂直，對(duì)小球不做功，只變更速度方向，不變更速度大小，只有重力做功，故兩次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)速度大小不變，動(dòng)能相同，A正確；小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)且兩次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)速度方向相反，由左手定則可知兩次過(guò)O點(diǎn)洛倫茲力方向相反，繩的拉力大小也就不同，故B、C錯(cuò)誤；由a＝eq\f(v2,R)可知向心加速度相同，D正確。]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(12分)如圖所示，磁流體發(fā)電機(jī)的極板相距d＝0.2m，極板間有垂直于紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，B＝1.0T。外電路中可變負(fù)載電阻R用導(dǎo)線與極板相連。電離氣體以速率v＝1100m/s沿極板垂直于磁場(chǎng)方向射入，極板間電離氣體的等效內(nèi)阻r＝0.1Ω，試求此發(fā)電機(jī)的最大輸出功率為多大？[解析]開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，由離子受力平衡可得qBv＝qE＝eq\f(qU,d)所以板間電壓為U＝Bvd此發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為E源＝U＝Bvd＝1.0×1100×0.2V＝220V當(dāng)可變負(fù)載電阻調(diào)到R＝r＝0.1Ω時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率最大，最大輸出功率為Pmax＝eq\f(E\o\al(2,源),4r)＝eq\f(2202,4×0.1)W＝121kW。[答案]121kW6．(14分)如圖所示，質(zhì)量為m＝1kg、電荷量為q＝5×10－2C的帶正電的小滑塊，從半徑為R＝0.4m的光滑絕緣eq\f(1,4)圓弧軌道上由靜止自A端滑下。整個(gè)裝置處在方向相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)與勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。已知E＝100V/m，水平向右；B＝1T，方向垂直紙面對(duì)里。求：(1)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度；(2)在C點(diǎn)時(shí)滑塊對(duì)軌道的壓力。(g取10m/s2)[解析]以滑塊為探討對(duì)象，自軌道上A點(diǎn)滑到C點(diǎn)的過(guò)程中，受重力mg，方向豎直向下；電場(chǎng)力qE，水平向右；洛倫茲力F洛＝qvB，方向始終垂直于速度方向。(1)滑塊滑動(dòng)過(guò)程中洛倫茲力不做功，由動(dòng)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)