2024-2025學(xué)年高中物理第6章磁吃電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用第2節(jié)磁吃運(yùn)動(dòng)電荷的作用作業(yè)含解析魯科版選修3-1

PAGE5-磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用(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)1．一個(gè)長(zhǎng)螺線管中通有交變電流，讓一個(gè)帶電粒子沿管的軸線射入管中，不計(jì)重力，粒子將在管中()A．做圓周運(yùn)動(dòng)B．沿軸線來(lái)回運(yùn)動(dòng)C．做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D．做勻速直線運(yùn)動(dòng)D[通有交變電流的螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向始終與軸線平行，帶電粒子沿著磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)不受洛倫茲力，所以應(yīng)始終保持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。故選D。]2．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)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。]3．在地球的赤道旁邊，宇宙射線中的一個(gè)帶負(fù)電的粒子垂直于地面射向赤道，那么在地磁場(chǎng)的作用下，該粒子的偏轉(zhuǎn)方向?qū)⑹?)A．向東 B．向西C．向南 D．向北B[地磁場(chǎng)在赤道處方向?yàn)橛赡舷虮?，帶?fù)電的粒子速度豎直向下，依據(jù)左手定則可知洛倫茲力方向向西，則粒子向西偏轉(zhuǎn)，故B對(duì)。]4．帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用。下列表述正確的是()A．洛倫茲力對(duì)帶電粒子做功B．洛倫茲力不變更帶電粒子的動(dòng)能C．洛倫茲力的大小與速度無(wú)關(guān)D．洛倫茲力不變更帶電粒子的速度方向B[帶電粒子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力始終與其運(yùn)動(dòng)方向垂直。故洛倫茲力不會(huì)對(duì)帶電粒子做功，即不變更帶電粒子的動(dòng)能，也不變更帶電粒子的速度大小，只變更其速度方向，A、D錯(cuò)誤，B正確；據(jù)F＝qvB知，洛倫茲力大小與帶電粒子的速度大小有關(guān)，C錯(cuò)誤。故選B。]5．帶電油滴以水平向右的速度v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(shuō)法正確的是()A．油滴必帶正電荷，電荷量為eq\f(mg,v0B)B．油滴必帶正電荷，荷質(zhì)比eq\f(q,m)＝eq\f(g,v0B)C．油滴必帶負(fù)電荷，電荷量為eq\f(mg,v0B)D．油滴帶什么電荷都可以，只要滿意q＝eq\f(mg,v0B)C[由于帶電的油滴進(jìn)入磁場(chǎng)中恰做勻速直線運(yùn)動(dòng)且受到的重力向下，則洛倫茲力方向必定向上。由左手定則可知油滴肯定帶負(fù)電荷，且滿意mg－qv0B＝0。所以q＝eq\f(mg,v0B)，故C正確。]6．如圖所示，在真空中，水平導(dǎo)線中有恒定電流I通過(guò)，導(dǎo)線的正下方有一質(zhì)子初速度方向與電流方向相同，則質(zhì)子可能的運(yùn)動(dòng)狀況是()A．沿路徑a運(yùn)動(dòng) B．沿路徑b運(yùn)動(dòng)C．沿路徑c運(yùn)動(dòng) D．沿路徑d運(yùn)動(dòng)B[由安培定則可知，電流在下方產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向指向紙外，由左手定則可知，質(zhì)子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力方向向上。則質(zhì)子的軌跡必定向上彎曲，因此C、D錯(cuò)誤；由于洛倫茲力方向始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，故其運(yùn)動(dòng)軌跡必定是曲線，則B正確，A錯(cuò)誤。]二、非選擇題(14分)7．如圖所示，運(yùn)動(dòng)電荷電荷量為q＝2×10－8C，電性已在圖中標(biāo)明，運(yùn)動(dòng)速度v＝4×105m/s，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.5T，則三個(gè)電荷受到的洛倫茲力的大小分別為多少？ABC[解析]對(duì)于A、B，雖電性不同，速度方向也不同，但速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都垂直，據(jù)F＝qvB得F1＝2×10－8×4×105×0.5N＝4×10－3N。對(duì)C，v沿垂直于B方向的重量為v′＝vcos30°所受洛倫茲力大小則為F2＝qv′B＝2×10－8×4×105×cos30°×0.5N≈3.5×10－3N。[答案]4×10－3N4×10－3N3.5×10－3N一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．圖中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線，其橫截面位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，導(dǎo)線中通有大小相同的電流，方向如圖所示。一帶正電的粒子從正方形中心O點(diǎn)沿垂直于紙面的方向向外運(yùn)動(dòng)，它所受洛倫茲力的方向是()A．向上 B．向下C．向左 D．向右B[依據(jù)安培定則及磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量疊加，可得O點(diǎn)處的磁場(chǎng)方向向左，再依據(jù)左手定則推斷帶電粒子受到的洛倫茲力的方向向下。]2．如圖所示，一個(gè)帶正電q的小帶電體處于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)垂直紙面對(duì)里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對(duì)水平絕緣面恰好無(wú)壓力，應(yīng)()A．使B增大B．使磁場(chǎng)以速率v＝eq\f(mg,qB)向上移動(dòng)C．使磁場(chǎng)以速率v＝eq\f(mg,qB)向右移動(dòng)D．使磁場(chǎng)以速率v＝eq\f(mg,qB)向左移動(dòng)D[為使帶電體對(duì)水平絕緣面的壓力為零，需使帶電體受到豎直向上、大小等于其重力的洛倫茲力作用，由左手定則可以判定，為滿意這一要求帶電體需向右運(yùn)動(dòng)，可是答案中設(shè)計(jì)的是磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，依據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性可知，磁場(chǎng)應(yīng)當(dāng)水平向左運(yùn)動(dòng)，故選D。]3．(多選)一個(gè)帶正電的小球以速度v0沿光滑的水平絕緣桌面對(duì)右運(yùn)動(dòng)，飛離桌面邊緣后，通過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，落在地板上，磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里(如圖所示)，其水平射程為s1，落地速度為v1，撤去磁場(chǎng)后，其他條件不變，水平射程為s2，落地速度為v2，則()A．s1＝s2 B．s1＞s2C．v1＝v2 D．v1＞v2BC[帶正電的小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中洛倫茲力不做功，據(jù)動(dòng)能定理知，兩種狀況下均有mgh＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，所以v1＝v2，故C正確，D錯(cuò)誤。帶電小球在空中磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力的水平分力做正功，豎直分力做負(fù)功，兩者代數(shù)和為零。但水平速度要增加，落地時(shí)間增大，所以水平射程s1＞s2，B正確，A錯(cuò)誤。]4．如圖所示，電視機(jī)的顯像管的結(jié)構(gòu)示意圖，熒光屏平面位于坐標(biāo)平面xOy，y軸是顯像管的縱軸線，位于顯像管尾部的燈絲被電流加熱后會(huì)有電子逸出，這些電子在加速電壓的作用下以很高的速度沿y軸向＋y方向射出。構(gòu)成了顯像管的“電子槍”。假如沒(méi)有其他力作用，從電子槍放射出的高速電子將做勻速直線運(yùn)動(dòng)打到坐標(biāo)原點(diǎn)O使熒光屏的正中間出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。當(dāng)在顯像管的管頸處的較小區(qū)域(圖中B部分)加沿z方向的磁場(chǎng)(偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng))，亮點(diǎn)將偏離原點(diǎn)O而打在x軸上的某一點(diǎn)，偏離的方向和距離大小依靠于磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。為使熒光屏上出現(xiàn)沿x軸的一條貫穿全屏的水平亮線(電子束的水平掃描運(yùn)動(dòng))，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變更的規(guī)律是圖中()ABCDA[據(jù)題意，假如沒(méi)有其他力的作用，電子將打到坐標(biāo)原點(diǎn)O，為使熒光屏上出現(xiàn)沿x軸的一條貫穿全屏的水平亮線，電子即要能向x軸正向偏轉(zhuǎn)，又要能向x軸負(fù)向偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)來(lái)回掃描，必需加方向周期性變更的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而且電子的偏轉(zhuǎn)距離周期性變更，由半徑公式r＝eq\f(mv,qB)分析得磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小也隨時(shí)間周期性變更，故A正確。]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(12分)一帶電荷量大小為q，質(zhì)量為m的小球，從水平面上a點(diǎn)以初速度v0豎直向上射入如圖所示的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。求：(1)小球帶正電還是負(fù)電？(2)小球運(yùn)動(dòng)到離水平面豎直高度為h的b點(diǎn)時(shí)的速度大??；(3)小球運(yùn)動(dòng)到離水平面豎直高度為h的b點(diǎn)時(shí)，小球所受的磁場(chǎng)力大小。[解析](1)由左手定則可知小球帶正電。(2)從a到b，由動(dòng)能定理得－mgh＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，解得v＝eq\r(v\o\al(2,0)－2gh)。(3)由洛倫茲力公式F＝Bqv，解得F＝qBeq\r(v\o\al(2,0)－2gh)。[答案](1)正電(2)eq\r(v\o\al(2,0)－2gh)(3)qBeq\r(v\o\al(2,0)－2gh)6．(14分)如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一足夠長(zhǎng)的絕緣細(xì)棒OO′在豎直面內(nèi)垂直于磁場(chǎng)方向放置，細(xì)棒與水平面夾角為α。一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋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?，F(xiàn)讓圓環(huán)A由靜止起先下滑，試問(wèn)圓環(huán)在下滑過(guò)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f1，f1＝μFN1。依據(jù)牛頓其次定律，對(duì)圓環(huán)A沿棒的方向：mgsinα－f1＝ma，沿垂直棒的方向：FN1＋qv1B＝mgcosα，所以當(dāng)f1＝0(即FN1＝0)時(shí)，a有最大值am，且am＝gsinα，此時(shí)qv1B＝mgcosα，解得v1＝eq\f(mgcosα