2024-2025學(xué)年高中物理第三章磁場(chǎng)5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力課時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-11

PAGE9-運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力(20分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)電荷和磁場(chǎng)的說(shuō)法中正確的是 ()A.運(yùn)動(dòng)電荷在某點(diǎn)不受洛倫茲力作用,該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度必為零B.電荷運(yùn)動(dòng)的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和電荷所受洛倫茲力的方向肯定兩兩垂直C.電子由于受到垂直于它的磁場(chǎng)作用而偏轉(zhuǎn),這是洛倫茲力對(duì)電子做功的結(jié)果D.電荷與磁場(chǎng)沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),電荷就肯定不受磁場(chǎng)的作用力【解析】選D。運(yùn)動(dòng)電荷處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為零處,所受洛倫茲力為零,但當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向和磁場(chǎng)的方向在一條直線上時(shí)(同向或反向),也不受洛倫茲力的作用;運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力垂直于磁場(chǎng)的方向和電荷的運(yùn)動(dòng)方向所確定的平面,即洛倫茲力既垂直于磁場(chǎng)方向,也垂直于電荷的運(yùn)動(dòng)方向,但磁場(chǎng)的方向和電荷的運(yùn)動(dòng)方向不肯定垂直;因?yàn)槁鍌惼澚隙ù怪庇陔姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向,所以洛倫茲力不做功;運(yùn)動(dòng)的電荷才會(huì)受洛倫茲力的作用,這里的運(yùn)動(dòng)是指電荷與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。綜上可知,選項(xiàng)D正確。2.(多選)一個(gè)電子穿過(guò)某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn),則()A.此空間肯定不存在磁場(chǎng)B.此空間可能有磁場(chǎng),方向與電子速度方向平行C.此空間可能有磁場(chǎng),方向與電子速度方向垂直D.此空間可能有正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng),它們的方向均與電子速度垂直【解析】選B、D。由洛倫茲力公式可知:當(dāng)v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí),運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力作用,因此電子未發(fā)生偏轉(zhuǎn),不能說(shuō)明此空間肯定不存在磁場(chǎng),只能說(shuō)明此空間可能有磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向與電子速度方向平行,則選項(xiàng)B正確。此空間也可能有正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng),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(xiàng)D正確。3.如圖所示,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】選A。由右手螺旋定則可知通電螺線管在陰極射線處磁場(chǎng)方向豎直向下,陰極射線帶負(fù)電,結(jié)合左手定則可知其所受洛倫茲力垂直于紙面對(duì)外。4.如圖所示,一帶負(fù)電的滑塊從絕緣粗糙斜面的頂端滑至底端時(shí)的速率為v,若加一個(gè)垂直紙面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),并保證滑塊能滑至底端,則它滑至底端時(shí)的速率為 ()A.變大 B.變小C.不變 D.條件不足,無(wú)法推斷【解析】選B。加上磁場(chǎng)后,滑塊受一垂直斜面對(duì)下的洛倫茲力,使滑塊所受摩擦力變大,做負(fù)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,速率變小。5.有一個(gè)帶正電荷的離子,沿垂直于電場(chǎng)方向射入帶電平行板的勻強(qiáng)電場(chǎng)。離子飛出電場(chǎng)后的動(dòng)能為Ek,當(dāng)在平行金屬板間再加入一個(gè)垂直紙面對(duì)內(nèi)的如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,離子飛出電場(chǎng)后的動(dòng)能為E′k,磁場(chǎng)力做功為W,則下面各推斷正確的是 ()A.Ek<E′k,W=0 B.Ek>E′k,W>0C.Ek=E′k,W=0 D.Ek>E′k,W=0【解析】選D。首先依據(jù)洛倫茲力與速度方向垂直,洛倫茲力不做功,即W=0;其次第一種狀況下電場(chǎng)力是全部用來(lái)做功,其次種狀況:洛倫茲力可以分解為豎直方向和水平方向,電場(chǎng)力的一部分要用來(lái)平衡洛倫茲力豎直方向的分力,因而不能全部用來(lái)做功,導(dǎo)致Ek>E′k,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。6.(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【解析】選A、D。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);由a=可知向心加速度相同,D正確。二、非選擇題(14分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)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°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。(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,該帶電粒子帶何種電荷?！窘馕觥?1)帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)受力分析(受力圖如圖)可知該粒子肯定帶正電。由平衡條件得:mgsin45°=Eqsin45°,所以E=。(2)由平衡條件得=qvB,所以B=。答案:(1)(2)正(25分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.長(zhǎng)方體金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有電流通過(guò)金屬塊,如圖所示,則下面說(shuō)法正確的是 ()A.金屬塊上下表面電勢(shì)相等B.金屬塊上表面電勢(shì)高于下表面電勢(shì)C.金屬塊上表面電勢(shì)低于下表面電勢(shì)D.無(wú)法比較兩表面的電勢(shì)凹凸【解析】選C。由左手定則知自由電子所受洛倫茲力方向向上,即自由電子向上偏,所以上表面電勢(shì)比下表面低。2.(多選)電子以垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的速度v從a點(diǎn)進(jìn)入長(zhǎng)為d、寬為L(zhǎng)的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,偏轉(zhuǎn)后從b點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng),如圖所示。若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,那么 ()A.電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=B.電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=C.洛倫茲力對(duì)電子做的功是W=Bev2tD.電子在b點(diǎn)的速度大小也為v【解析】選B、D。由于電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=>,故A錯(cuò)誤,B正確;洛倫茲力方向與速度方向始終垂直,對(duì)電子不做功,故C錯(cuò)誤;洛倫茲力不做功,電子的動(dòng)能不變,則其速率不變,故D正確。故選B、D。3.(多選)如圖甲所示,某空間存在著足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)沿水平方向。磁場(chǎng)中有A、B兩個(gè)物塊疊放在一起,置于光滑水平面上。物塊A帶正電,物塊B不帶電且表面絕緣。在t=0時(shí)刻,水平恒力F作用在物塊B上,物塊A、B由靜止起先做加速度相同的運(yùn)動(dòng)。在物塊A、B一起運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,圖乙反映的可能是 ()A.物塊A所受洛倫茲力大小隨時(shí)間t變更的關(guān)系B.物塊A對(duì)物塊B的摩擦力大小隨時(shí)間t變更的關(guān)系C.物塊A對(duì)物塊B的壓力大小隨時(shí)間t變更的關(guān)系D.物塊B對(duì)地面壓力大小隨時(shí)間t變更的關(guān)系【解析】選C、D。物塊A受到的洛倫茲力F洛=qvB=qBat,t=0時(shí),F洛=0,A錯(cuò)誤;物塊A對(duì)B的摩擦力大小Ff=mAa,所以Ff隨時(shí)間t的變更保持不變,B錯(cuò)誤;A對(duì)B的壓力=mAg+qvB=mAg+qBat,C正確;B對(duì)地面的壓力FNB=(mA+mB)g+qBat,D正確。4.如圖所示,某空間勻強(qiáng)電場(chǎng)豎直向下,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面對(duì)里,一金屬棒AB從高h(yuǎn)處自由下落,則 ()A.A端先著地 B.B端先著地C.兩端同時(shí)著地 D.以上說(shuō)法均不正確【解析】選B。AB棒中自由電子隨棒一起下落,有向下的速度,并受到向左的洛倫茲力,故自由電子往左端集中,因此A端帶負(fù)電,B端帶正電。A端受到向上靜電力,B端受到向下靜電力,B端先著地。5.(多選)如圖所示,a為帶正電的小物塊,b是一不帶電的絕緣物體,a、b疊放于粗糙的水平地面上,地面上方有垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),現(xiàn)用水平恒力F拉b物塊,使a、b一起無(wú)相對(duì)滑動(dòng)地向左加速運(yùn)動(dòng),在加速運(yùn)動(dòng)階段 ()A.a、b一起運(yùn)動(dòng)的加速度減小B.a、b一起運(yùn)動(dòng)的加速度增大C.a、b物塊間的摩擦力減小D.a、b物塊間的摩擦力增大【解析】選A、C。(1)以a為探討對(duì)象,分析a的受力狀況,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整體為探討對(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。6.(多選)如圖所示,兩個(gè)半徑相同的半圓形光滑軌道置于豎直平面內(nèi),左右兩端點(diǎn)等高,分別處于沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。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為軌道的最低點(diǎn),則下列說(shuō)法中正確的是 ()A.兩個(gè)小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)的速度vM<vNB.兩個(gè)小球第一次經(jīng)過(guò)軌道最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力FM>FNC.小球第一次到達(dá)M點(diǎn)的時(shí)間大于小球第一次到達(dá)N點(diǎn)的時(shí)間D.在磁場(chǎng)中小球能到達(dá)軌道的另一端最高處,在電場(chǎng)中小球不能到達(dá)軌道另一端最高處【解析】選B、D。對(duì)左圖,依據(jù)動(dòng)能定理得,mgR=m,解得vM=對(duì)右圖,依據(jù)動(dòng)能定理得,mgR-qER=m,解得vN=,所以vM>vN。故A錯(cuò)誤。小球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)vM>vN,且左圖小球在最低點(diǎn)時(shí)受到豎直向下的洛倫茲力,右圖小球始終受到水平向左的電場(chǎng)力,故FM>FN。故B正確。左圖在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,只有重力做功,右圖在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,除重力做功外,還有電場(chǎng)力做負(fù)功,起阻礙作用,所以小球第一次到達(dá)M點(diǎn)的時(shí)間小于小球第一次到達(dá)N點(diǎn)的時(shí)間。故C錯(cuò)誤。若在磁場(chǎng)中小球能運(yùn)動(dòng)到另一端的最高處,依據(jù)動(dòng)能定理知,在電場(chǎng)中,電場(chǎng)力始終做負(fù)功,小球不能到達(dá)最高點(diǎn)。故D正確。故選B、D?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】一個(gè)帶正電的微粒(重力不計(jì))穿過(guò)如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域時(shí),恰能沿直線運(yùn)動(dòng),則欲使電荷向下偏轉(zhuǎn)應(yīng)采納的方法是 ()A.增大電荷質(zhì)量 B.增大電荷電荷量C.減小入射速度 D.增大磁感應(yīng)強(qiáng)度【解析】選C。粒子在穿過(guò)這個(gè)區(qū)域時(shí)所受的力為:豎直向下的電場(chǎng)力Eq和豎直向上的洛倫茲力qvB,且此時(shí)Eq=qvB。若要使電荷向下偏轉(zhuǎn),需使Eq>qvB,則減小速度v、減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B或增大電場(chǎng)強(qiáng)度E均可。二、非選擇題(14分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)7.一種測(cè)量血管中血流速度儀器的原理如圖所示,在動(dòng)脈血管左右兩側(cè)加有勻強(qiáng)磁場(chǎng),上下兩側(cè)安裝電極并連接電壓表,設(shè)血管直徑是2.0mm,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.08T,電壓表測(cè)出的電壓為0.10mV,則血流速度大小為多少?(【解析】血液中的運(yùn)動(dòng)電荷在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn),在血管壁上聚集,在血管內(nèi)形成一個(gè)電場(chǎng),其方向與磁場(chǎng)方向垂直,運(yùn)動(dòng)電荷受的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí),達(dá)到了一種穩(wěn)定狀態(tài)。q=qvB,所以v==≈0.63m/s。答案:0.63【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示為一速度選擇器,也稱(chēng)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,速率大小不一。當(dāng)電子通過(guò)方向相互垂直的勻稱(chēng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)后,只有肯定速率的電子能沿直線前進(jìn),并通過(guò)小孔S。設(shè)產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)的平行板間的電壓為300V,間距為5cm,垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.06T,(1)磁場(chǎng)的方向應(yīng)當(dāng)垂直紙面對(duì)里還是向外?(2)速度為多大的電子才能通過(guò)小孔S?【解析】(1)由題圖可知,平行板產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E方向向下,使帶負(fù)電的電子受到的電場(chǎng)力FE=eE方向向上。若沒(méi)有磁場(chǎng),電子束將向上偏轉(zhuǎn)。為了使電子能