2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 課時提升作業(yè)二十 3.5 運(yùn)動電荷在磁場中受到的力 新人教版選修3-1

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1、課時提升作業(yè) 二十 運(yùn)動電荷在磁場中受到的力 (40分鐘　100分) 一、選擇題(本題共8小題，每小題7分，共56分) 1.下面四幅圖表示了磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電荷速度v和洛倫茲力F三者方向之間的關(guān)系，其中正確的是 (　　) 【解析】選B。根據(jù)左手定則，A中F方向應(yīng)向下，B中F方向應(yīng)向上，故A錯、B對；C中F方向應(yīng)垂直紙面向外，D中v∥B，F(xiàn)=0，故C、D都錯。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (多選)以下四個圖是表示磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B、負(fù)電荷運(yùn)動方向v和磁場對負(fù)電荷洛倫茲力F的相互關(guān)系圖，這四個圖中畫得正確的是(B、v、F兩兩垂直) (　　) 【解析】選A、B、C。由左手定則可知四指指向

2、正電荷運(yùn)動的方向，當(dāng)負(fù)電荷在運(yùn)動時，四指指向的方向應(yīng)與負(fù)電荷運(yùn)動方向相反，進(jìn)而判斷出A、B、C正確。 2.每時每刻都有大量帶電的宇宙射線向地球射來，地球磁場可以有效地改變這些射線中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動方向，使它們不能到達(dá)地面，這對地球上的生命有十分重要的意義。假設(shè)有一個帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來(如圖所示，地球由西向東轉(zhuǎn)，虛線表示地球自轉(zhuǎn)軸，上方為地球北極)，在地球磁場的作用下，它將 (　　) A.向東偏轉(zhuǎn)　　　　　　　　　　B.向南偏轉(zhuǎn) C.向西偏轉(zhuǎn) D.向北偏轉(zhuǎn) 【解析】選A。地球表面地磁場方向由南向北，帶正電的粒子自赤道上空下落過程所受洛倫茲力可由

3、左手定則判知向東，故A正確。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 　　在學(xué)校操場的上空中停著一個熱氣球，從它底部脫落一個塑料小部件，下落過程中由于和空氣的摩擦而帶負(fù)電，如果沒有風(fēng)，那么它的著地點會落在熱氣球正下方地面位置的 (　　) A.偏東　　 　B.偏西　　 　C.偏南　 　　D.偏北 【解析】選B。在北半球，地磁場在水平方向上的分量方向是水平向北，塑料小部件帶負(fù)電，根據(jù)左手定則可得塑料小部件受到向西的洛倫茲力，故向西偏轉(zhuǎn)，選項B正確。 3.如圖所示是電視機(jī)顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖。電流方向如圖所示，試判斷正對讀者而來的電子束將向哪邊偏轉(zhuǎn) (　　) A.向上　　 　B.向下　　　

4、C.向左　　　 D.向右 【解析】選C。由安培定則判斷可知，O點磁場方向向下，再根據(jù)左手定則判斷可知，電子在該處受到向左的洛倫茲力，偏轉(zhuǎn)方向向左，選項C正確。 4.初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向開始運(yùn)動，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動方向如圖所示，則 (　　) A.電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變 B.電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變 C.電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變 D.電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變 【解析】選A。直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場在其右側(cè)垂直紙面向里，由左手定則知電子向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且洛倫茲力不做功，則速率不變，則選項A正確。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 　　長直導(dǎo)線AB附近，有一帶正電的

5、小球，用絕緣絲線懸掛在M點，當(dāng)導(dǎo)線AB通以如圖所示的恒定電流時，下列說法正確的是 (　　) A.小球受磁場力作用，方向與導(dǎo)線AB垂直且指向紙里 B.小球受磁場力作用，方向與導(dǎo)線AB垂直且指向紙外 C.小球受磁場力作用，方向與導(dǎo)線AB垂直向左 D.小球不受磁場力作用 【解析】選D。電場對其中的靜止電荷、運(yùn)動電荷都有力的作用，而磁場只對其中的運(yùn)動電荷才有力的作用，且運(yùn)動方向不能與磁場方向平行，所以D選項正確。 5.如圖所示，在真空中勻強(qiáng)電場的方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，三個油滴a、b、c帶有等量同種電荷，其中a靜止，b向右做勻速運(yùn)動，c向左做勻速運(yùn)動。比較它們的重力G

6、a、Gb、Gc的關(guān)系，正確的是 (　　) A.Ga最大　 B.Gb最大　 C.Gc最大　 D.Gc最小 【解析】選C。因帶電油滴a靜止，故a不受洛倫茲力作用，只受重力和靜電力作用；根據(jù)平衡條件可知油滴一定帶負(fù)電，設(shè)油滴帶電荷量為q，則Ga=qE ① 帶電油滴b除受重力和豎直向上的靜電力作用外，還受到豎直向下的洛倫茲力 F洛，因做勻速運(yùn)動，故根據(jù)平衡條件可得Gb=qE-F洛 ② 帶電油滴c除受重力和豎直向上的靜電力作用外，還受到豎直向上的洛倫茲力 F洛，因做勻速運(yùn)動，故根據(jù)平衡條件可得Gc=qE+F洛 ③ 比較①②③式可以看出Gc>Ga>Gb，選項C正確。 【補(bǔ)償訓(xùn)

7、練】 三個完全相同的小球a、b、c帶有相同電荷量的正電荷，從同一高度由靜止開始下落，當(dāng)落下h1高度后a球進(jìn)入水平向左的勻強(qiáng)電場，b球進(jìn)入垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，它們到達(dá)水平面上的速度大小分別用va、vb、vc表示，它們的關(guān)系是 (　　) A.va>vb=vc　　　　 B.va=vb=vc C.va>vb>vc D.va=vb>vc 【解析】選A。a球下落時，重力和靜電力都對a做正功；b球下落時，只有重力做功，c球下落時只有重力做功。根據(jù)動能定理可知外力對a球所做的功最多，即a球落地時的動能最大，b、c球落地時的動能相等，故選項A正確。 6.(多選)(2018·拉

8、薩高二檢測)將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而從整體上來說呈電中性)噴入磁場，由于等離子體在磁場力的作用下運(yùn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁場中的兩塊金屬板A和B上就會聚集電荷，從而在兩板間產(chǎn)生電壓。在圖示磁極配置的情況下，下列表述正確的是 (　　) A.金屬板A的電勢較高 B.通過電阻R的電流方向是b→R→a C.等離子體在A、B間運(yùn)動時，磁場力對等離子體做正功 D.等離子體在A、B間運(yùn)動時，磁場力對等離子體不做功 【解析】選A、D。大量帶正電和帶負(fù)電的微粒射入磁場時，由左手定則可以判斷正電荷受到的洛倫茲力向上，所以正電荷會聚集到A板上，負(fù)電荷受到的洛倫茲力向下

9、，負(fù)電荷聚集到B板上，故A板相當(dāng)于電源的正極，B板相當(dāng)于電源的負(fù)極，所以通過電阻R的電流由a經(jīng)R到b，金屬板A的電勢高于金屬板B的電勢，所以A正確，B錯誤；等離子體在A、B間運(yùn)動時，磁場力總是與等離子體運(yùn)動方向垂直，所以磁場力不做功，選項C錯誤，選項D正確。 7.帶正電粒子(不計重力)以水平向右的初速度v0，先通過勻強(qiáng)電場E，后通過勻強(qiáng)磁場B，如圖甲所示，電場和磁場對該粒子做功為W1。若把該電場和磁場正交疊加，如圖乙所示，再讓該帶電粒子仍以水平向右的初速度v0(v0<)穿過疊加場區(qū)，在這個過程中電場和磁場對粒子做功為W2，則 (　　) A.W1

10、.W1>W2 D.無法判斷 【解析】選C。在乙圖中，由于v0<，電場力qE大于洛倫茲力qBv0。根據(jù)左手定則判斷可知：洛倫茲力有與電場力方向相反的分力；而在甲圖中帶電粒子只受電場力qE。則在甲圖的情況下，粒子沿電場方向的位移較大，電場力做功較多，所以選項A、B、D錯誤，選項C正確。 8.醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度。電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場是均勻的。使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示。由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場中運(yùn)動，電極a、b之間會有微小電勢差。在達(dá)

11、到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看作是勻強(qiáng)電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零。在某次監(jiān)測中，兩觸點間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 μV，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T。則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為 (　　) A.1.3 m/s，a正、b負(fù)　　　　　B.2.7 m/s，a正、b負(fù) C.1.3 m/s，a負(fù)、b正 D.2.7 m/s，a負(fù)、b正 【解析】選A。血液中的離子在達(dá)到平衡時，其所受電場力與洛倫茲力平衡，即q=qvB，v=1.3 m/s，根據(jù)左手定則知，電極a正、b負(fù)。 二、非選擇題(本題共2小題，共44分。要有必

12、要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位) 9.(22分)如圖所示，套在很長的絕緣直棒上的小球，其質(zhì)量為m、帶電荷量為+q，小球可在棒上滑動，將此棒豎直放在正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，電場強(qiáng)度是E，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，小球與棒的動摩擦因數(shù)為μ，求小球由靜止沿棒下落到具有最大加速度時的速度和所能達(dá)到的最大速度。 【解析】小球向下運(yùn)動時，洛倫茲力水平向右，電場力水平向左，當(dāng)此二力平衡時，小球的加速度最大，設(shè)此時速度大小為v，則qvB=qE，故v=。當(dāng)mg=μFN時，小球達(dá)到最大速度vm，其中FN=qvmB-qE，所以mg=μ(qvmB-qE)，vm=+ 答案：　+ 【總結(jié)提升】

13、(1)正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為E、B，有一帶電粒子以一定的速度垂直電、磁場的方向射入電、磁場中，能勻速穿過電、磁場的條件是帶電粒子的速度為：v=，與帶電粒子的質(zhì)量、 電荷量、電性等皆無關(guān)，換句話說，帶電粒子能否勻速垂直穿過電、磁場與粒子帶電荷量、帶電性質(zhì)、粒子的質(zhì)量無關(guān)。 (2)速度選擇器選擇的是粒子的“速度”而非“速率”，只有當(dāng)粒子以特定速率v=，以確定的方向才可沿直線通過速度選擇器。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 　　有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球停在絕緣平面上，并且處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，為了使小球飄離平面，勻強(qiáng)磁場在紙面內(nèi)

14、移動的最小速度應(yīng)為__________，方向__________。? 【解析】為了使小球飄離平面，則小球所受洛倫茲力與重力相等，即qvB=mg，洛倫茲力豎直向上，則小球相對于磁場向右運(yùn)動，所以磁場水平向左運(yùn)動。 答案：　水平向左 10.(22分)如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一與磁感線垂直且水平放置的長為L的擺線，拉一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的擺球。試求擺球向左通過最低位置時繩上的拉力F。 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號05136250 【解析】擺球在最低點時，根據(jù)牛頓第二定律得F-F洛-mg=m ① 擺球由初始位置到最低點的過程中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律mgL=mv2 ② 由洛倫茲

15、力公式得F洛=qvB ③ 由①②③聯(lián)立得 F=3 mg+Bq。 答案：3 mg+qB 【能力挑戰(zhàn)區(qū)】 1. (多選)如圖所示，平行金屬板M、N之間的距離為d，其中勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向外，有帶電量相同的正、負(fù)離子組成的等離子束，以速度v沿著水平方向由左端連續(xù)射入，電容器的電容為C，當(dāng)S閉合且電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，平行金屬板M、N之間的內(nèi)阻為r，電容器的帶電量為Q，則下列說法正確的是 (　　) A.當(dāng)S斷開時，電容器的充電電荷量Q>CBdv B.當(dāng)S斷開時，電容器的充電電荷量Q=CBdv C.當(dāng)S閉合時，電容器的充電電荷量Q=CBdv D.當(dāng)S閉合時，電容器

16、的充電電荷量Q>CBdv 【解析】選B、C。等離子束射入磁場中，受到洛倫茲力，離子將打到兩極板上而產(chǎn)生電場，當(dāng)后來的離子所受的洛倫茲力與電場力平衡時，電容器的電壓和電量都穩(wěn)定，由平衡條件得qvB=q，得U=Bvd，穩(wěn)定時U是一定的，與開關(guān)是否閉合無關(guān)。則電容器的電量為Q=CU=BvdC，故B、C正確。 2. (多選)如圖所示，下端封閉、上端開口、內(nèi)壁光滑的細(xì)玻璃管豎直放置，管底有一帶電的小球，整個裝置水平勻速向右運(yùn)動，垂直于磁場方向進(jìn)入方向水平的勻強(qiáng)磁場，由于外力的作用，玻璃管在磁場中的速度保持不變，最終小球從上端口飛出，則 A.小球帶正電荷 B.小球從進(jìn)入磁場到飛出上端口前的過程中

17、小球做類平拋運(yùn)動 C.小球從進(jìn)入磁場到飛出上端口前的過程中洛倫茲力對小球做正功 D.小球從進(jìn)入磁場到飛出上端口前的過程中管壁的彈力對小球做正功 【解析】 選A、B、D。小球從管口上端飛出，則小球在玻璃管中所受洛倫茲力方向豎直向上，由圖可知磁場垂直于紙面向里，小球沿水平方向向右運(yùn)動，由左手定則可以知道，小球帶正電，所以A正確；洛倫茲力方向總是與小球的速度方向垂直，對小球不做功，設(shè)小球豎直分速度為vy、水平分速度為v。以小球為研究對象，受力如圖所示，因為小球隨玻璃管在水平方向做勻速直線運(yùn)動，則豎直方向的洛倫茲力F1=qvB是恒力，由牛頓第二定律可得：qvB-mg=ma，a=-g，小球的加速度不隨時間變化，恒定不變，即小球做勻變速運(yùn)動，故合運(yùn)動是類平拋運(yùn)動，所以B正確，C錯誤；小球從進(jìn)入磁場到飛出上端口前的過程中，重力做負(fù)功，洛倫茲力對小球不做功，由機(jī)械能守恒定律知，管壁的彈力對小球做正功，D正確。 9