2024-2025學(xué)年新教材高中物理第一章安培力與洛倫茲力2磁吃運(yùn)動(dòng)電荷的作用力課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選擇性必修2

PAGE9-磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.在陰極射線管中電子流方向由左向右,其上方置一根通有如圖所示電流的直導(dǎo)線,導(dǎo)線與陰極射線管平行,則陰極射線將會(huì)()A.向上偏轉(zhuǎn)B.向下偏轉(zhuǎn)C.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) D.向紙外偏轉(zhuǎn)【解析】選B。由題意可知,直導(dǎo)線電流的方向由左向右,依據(jù)安培定則,可判定直導(dǎo)線下方的磁場方向?yàn)榇怪庇诩埫鎸?而陰極射線電子運(yùn)動(dòng)方向由左向右,由左手定則知(電子帶負(fù)電,四指要指向其運(yùn)動(dòng)方向的反方向),陰極射線將向下偏轉(zhuǎn),故B選項(xiàng)正確。2.關(guān)于靜電力、安培力與洛倫茲力,下列說法正確的是 ()A.電荷放入靜電場中肯定會(huì)受靜電力,靜電力的方向與該處電場強(qiáng)度的方向相同B.通電導(dǎo)線放入磁場中肯定受安培力,安培力的方向與該處磁場方向垂直C.電荷放入磁場中就會(huì)受到洛倫茲力,洛倫茲力的方向與該處磁場方向垂直D.當(dāng)電荷的速度方向與磁場方向垂直時(shí)受到的洛倫茲力最大,方向與磁場方向垂直【解析】選D。電荷放入靜電場中肯定會(huì)受靜電力,正電荷受到的靜電力的方向與該處電場強(qiáng)度的方向相同,負(fù)電荷受到的靜電力的方向與該處電場強(qiáng)度的方向相反,故A錯(cuò)誤;通電導(dǎo)線放入磁場中不肯定受安培力,例如電流方向與磁場方向平行時(shí)不受安培力,故B錯(cuò)誤;靜止的電荷放入磁場中不受洛倫茲力,運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁感應(yīng)線平行時(shí)也不受洛倫茲力,故C錯(cuò)誤;當(dāng)電荷的速度方向與磁場方向垂直時(shí)受到的洛倫茲力最大,即F=qvB,方向與磁場方向垂直,故D正確。3.高大建筑上都有一直立的避雷針,用以把聚集在云層中的電荷導(dǎo)入大地。在赤道某地兩建筑上空,有一團(tuán)帶負(fù)電的烏云經(jīng)過其正上方時(shí),發(fā)生放電現(xiàn)象,如圖所示。則此過程中地磁場對避雷針的作用力的方向是 ()A.向東B.向南C.向西D.向北【解析】選C。當(dāng)帶有負(fù)電的烏云經(jīng)過避雷針上方時(shí),避雷針起先放電形成瞬間電流,負(fù)電荷從上而下通過避雷針,所以電流的方向?yàn)閺南露?磁場的方向從南向北,依據(jù)左手定則,安培力的方向向西,故C正確。4.如圖所示,一個(gè)帶正電q的小帶電體處于垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,若小帶電體的質(zhì)量為m,為了使它對水平絕緣面正好無壓力,應(yīng)當(dāng)()A.使B的數(shù)值增大B.使磁場以速率v=向上移動(dòng)C.使磁場以速率v=向右移動(dòng)D.使磁場以速率v=向左移動(dòng)【解析】選D。為使小帶電體對平面無壓力,則應(yīng)使它受到的洛倫茲力剛好平衡重力,磁場不動(dòng)而只增大B,靜止小帶電體在磁場里不受洛倫茲力,A錯(cuò)誤;磁場向上移動(dòng)相當(dāng)于小帶電體向下運(yùn)動(dòng),受洛倫茲力向右,不行能平衡重力;磁場以v向右移動(dòng),等同于小帶電體以速率v向左運(yùn)動(dòng),此時(shí)洛倫茲力向下,也不行能平衡重力,故B、C錯(cuò)誤;磁場以v向左移動(dòng),等同于小帶電體以速率v向右運(yùn)動(dòng),此時(shí)洛倫茲力向上,當(dāng)qvB=mg時(shí),帶電體對水平絕緣面無壓力,即v=,選項(xiàng)D正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】帶電油滴以水平速度v0垂直進(jìn)入磁場,恰做勻速直線運(yùn)動(dòng),如圖所示,若油滴質(zhì)量為m,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則下述說法正確的是 ()A.油滴必帶正電荷,電荷量為B.油滴必帶正電荷,比荷=C.油滴必帶負(fù)電荷,電荷量為D.油滴帶什么電荷都可以,只要滿意q=【解析】選A。油滴水平向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),其所受洛倫茲力必向上與重力平衡,故帶正電,由mg=qv0B得其電荷量q=,故A正確,C錯(cuò)誤;油滴的比荷=,故B錯(cuò)誤;油滴若帶負(fù)電,其所受洛倫茲力必向下,油滴受力就不能平衡,油滴就不能做勻速直線運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤。5.(多選)如圖所示,兩個(gè)半徑相同的半圓形光滑軌道分別豎直放在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中,軌道兩端在同一高度上,軌道是光滑的。兩個(gè)相同的帶正電小球同時(shí)從兩軌道左端最高點(diǎn)由靜止釋放,M、N分別為兩軌道的最低點(diǎn),則()A.兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)的速度vM=vNB.兩小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)的速度vM>vNC.在磁場和電場中小球均能到達(dá)軌道的另一端D.在磁場中小球能到達(dá)軌道的另一端,在電場中小球不能到達(dá)軌道的另一端【解析】選B、D。小球在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力不做功,所以滿意機(jī)械能守恒。在電場中受的電場力向左,下滑過程中電場力做負(fù)功,所以到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)速度關(guān)系為vM>vN,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;整個(gè)過程小球在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力不做功,所以滿意機(jī)械能守恒,能到達(dá)軌道的另一端;在電場中受的電場力向左,整個(gè)過程中電場力都做負(fù)功,機(jī)械能削減,小球不能到達(dá)軌道的另一端,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。6.如圖,一束負(fù)離子從S點(diǎn)沿水平方向射出,在沒有電、磁場時(shí)恰好擊中熒光屏上的坐標(biāo)原點(diǎn)O;若同時(shí)加上電場和磁場后,負(fù)離子束最終打在熒光屏上坐標(biāo)系的第Ⅲ象限中,則所加電場E和磁場B的方向可能是(不計(jì)離子重力及相互作用力)()A.E向上,B向上 B.E向下,B向下C.E向上,B向下 D.E向下,B向上【解析】選A。由題意可知,電子在電場中受力應(yīng)向下,故電場方向應(yīng)向上;而粒子在磁場作用下向左偏轉(zhuǎn),故說明洛倫茲力向左,由左手定則可知,B應(yīng)向上,故A正確。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)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)電場和勻強(qiáng)磁場同時(shí)存在的空間,如圖所示,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:(1)電場強(qiáng)度的大小以及該帶電微粒帶何種電荷。(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小?！窘馕觥?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,受力分析如圖所示,故由幾何關(guān)系可知qE=mg,則電場強(qiáng)度E=。(2)由于合力為零,則qvB=mg,所以B=。答案:(1)正電荷(2)8.(12分)用一根長L=0.8m的懸線,吊一質(zhì)量為m=1g的帶電小球,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1T,方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場中,將小球拉到與懸點(diǎn)等高處由圖示位置靜止釋放,小球便在垂直于磁場的豎直面內(nèi)搖擺,當(dāng)球第一次擺到最低點(diǎn)時(shí),懸線的張力恰好為零(重力加速度g=10m/s2),小球其次次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí),懸線對小球的拉力多大?【解析】設(shè)小球第一次到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度為v,則由動(dòng)能定理可得:mgL=mv2,解得v=4m/s;因?yàn)閼揖€張力為零,所以qvB-mg=代入數(shù)據(jù)得q=7.5×10-2C,其次次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí),速度大小與第一次相同,F-qvB-mg=m;代入數(shù)據(jù)得:F=0.06N答案:0.06N(15分鐘·40分)9.(7分)如圖所示,M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點(diǎn),O為半圓弧的圓心,在O點(diǎn)存在著垂直紙面對里運(yùn)動(dòng)的勻速電子束。∠MOP=60°,在M、N處各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面,導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流,方向如圖所示,這時(shí)O點(diǎn)的電子受到的洛倫茲力大小為F1。若將M處長直導(dǎo)線移至P處,則O點(diǎn)的電子受到的洛倫茲力大小為F2,那么F2與F1之比為()A.∶1 B.∶2 C.1∶1 D.1∶2【解析】選B。依題意,設(shè)每根導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為,方向豎直向下,則電子在О點(diǎn)受到的洛倫茲力為F1=B1ev;當(dāng)M處長直導(dǎo)線移至P點(diǎn)時(shí),O點(diǎn)合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2=2×B1×cos30°=B1,則電子在O點(diǎn)受到的洛倫茲力大小為F2=B2ev=B1ev,則F2與F1之比為∶2。故選B。10.(7分)如圖所示,帶電小球以肯定的初速度v0豎直向上拋出,未加磁場時(shí)上升最大高度為H1,若加上水平方向的勻強(qiáng)磁場,且保持初速度仍為v0,最大高度為H2,若不計(jì)空氣阻力,則()A.H1>H2 B.H1<H2C.H1=H2 D.無法比較【解析】選A。由豎直上拋運(yùn)動(dòng)的最大高度公式得:H1=。加磁場時(shí),由于洛倫茲力變更速度的方向,當(dāng)小球在磁場中運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),小球應(yīng)有水平速度,設(shè)此時(shí)的球的動(dòng)能為Ek,則由能量守恒得:mgH2+Ek=m,又由于m=mgH1,所以H1>H2,故A正確。11.(7分)(多選)如圖所示為一個(gè)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(dòng),細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,不計(jì)空氣阻力,現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0,在以后的運(yùn)動(dòng)過程中,圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的速度圖像可能是下圖中的()【解析】選A、D。帶電圓環(huán)在磁場中受到向上的洛倫茲力,當(dāng)重力與洛倫茲力相等時(shí),圓環(huán)將做勻速直線運(yùn)動(dòng),A正確;當(dāng)洛倫茲力大于重力時(shí),圓環(huán)受到摩擦力的作用,并且隨著速度的減小,洛倫茲力減小,摩擦力減小,圓環(huán)將做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),最終洛倫茲力減小到與重力相等,做勻速直線運(yùn)動(dòng),D正確;假如重力大于洛倫茲力,圓環(huán)也受摩擦力作用,且隨著速度減小,摩擦力越來越大,圓環(huán)將做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng),故B、C錯(cuò)誤。12.(19分)如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中,有一足夠長的絕緣細(xì)棒OO′在豎直面內(nèi)垂直磁場方向放置,細(xì)棒與水平面夾角為α。一質(zhì)量為m、帶電荷為+q的圓環(huán)A套在OO′棒上,圓環(huán)與棒間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,且μ<tanα。現(xiàn)讓圓環(huán)A由靜止起先下滑,試問圓環(huán)在下滑過程中:(1)圓環(huán)A的最大加速度為多大?獲得最大加速度時(shí)的速度為多大?(2)圓環(huán)A能夠達(dá)到的最大速度為多大?【解析】(1)由于μ<tanα,所以環(huán)將由靜止起先沿棒下滑。環(huán)A沿棒運(yùn)動(dòng)的速度為v1時(shí),受到重力mg、洛倫茲力qv1B、桿的彈力FN1和摩擦力Ff1=μFN1。依據(jù)牛頓其次定律,沿棒的方向有mgsinα-Ff1=ma垂直棒的方向有FN1+qv1B=mgcosα所以當(dāng)Ff1=0,即FN1=0時(shí),a有最大值am,且am=gsinα此時(shí)qv1B=mgcosα解得v1=(2)設(shè)當(dāng)環(huán)A的速度達(dá)到最大值vm時(shí),環(huán)受桿的彈力為FN2,方向垂直于桿向下,摩擦力為Ff2=μFN2。此時(shí)應(yīng)有a=0,即mgsinα=Ff2FN2+mgcosα=qvmB解得vm=答案:(1)gsinα(2)【補(bǔ)償訓(xùn)練】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)電場與勻強(qiáng)磁場中。已知E=100V/m,水平向右;B=1T,方向垂直紙面對里。求:(1)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度。(2)在C點(diǎn)時(shí)滑塊對軌道的壓力。(g取10m/s2)【解析】以滑塊為探討對象,自軌道上A點(diǎn)滑到C點(diǎn)的過程中,受重力mg,方向豎直向下;電場