高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-1第三章 磁场5 电荷在磁场中受到的力随堂练习题

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-1第三章 磁场5 电荷在磁场中受到的力随堂练习题，共5页。试卷主要包含了选择题，计算题等内容，欢迎下载使用。



一、选择题


1．下列说法中正确的是( )


A．电荷在磁场中一定受到洛伦兹力


B．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力


C．某运动电荷在某处未受到洛伦兹力，该处的磁感应强度一定为零


D．洛伦兹力可以改变运动电荷的运动方向


答案：D


2．一个长螺线管中通有交变电流，把一个带电粒子沿管轴线射入管中，不计重力，粒子将在管中( )


A．做圆周运动


B．沿轴线来回运动


C．做匀加速直线运动


D．做匀速直线运动


答案：D


3．如图3－5－19所示，用丝线





图3－5－19


吊一个质量为m的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中，空气阻力不计，当小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时( )


A．小球的动能相同


B．丝线所受的拉力相同


C．小球所受的洛伦兹力相同


D．小球的向心加速度相同


解析：选AD.带电小球受到洛伦兹力和绳的拉力与速度方向时刻垂直，对小球不做功，只改变速度方向，不改变速度大小，只有重力做功，故两次经过O点时速度大小不变，动能相同，A正确；小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时速度方向相反，由左手定则可知两次过O点洛伦兹力方向相反，绳的拉力大小也就不同，故B、C错；由a＝eq \f(v2,R)可知向心加速度相同，D正确．


4.





图3－5－20


长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图3－5－20所示，则下面说法正确的是( )


A．金属块上下表面电势相等


B．金属块上表面电势高于下表面电势


C．金属块上表面电势低于下表面电势


D．无法比较两表面的电势高低


解析：选C.由左手定则知自由电子所受洛伦兹力方向向上，即自由电子向上偏，所以上表面电势比下表面低．


5.





图3－5－21


在方向如图3－5－21所示的匀强电场(场强为E)和匀强磁场(磁感应强度为B)共存的场区中，一电子沿垂直电场线和磁感线的方向以速度v0射入场区，设电子射出场区时的速度为v，则( )


A．若v0＞E/B，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v＞v0


B．若v0＞E/B，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v＜v0


C．若v0＜E/B，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v＞v0


D．若v0＜E/B，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v＜v0


解析：选BC.不计电子的重力，电子受到向上的电场力qE和向下的洛伦兹力qv0B，当v0＞eq \f(E,B)，即qv0B＞qE时，电子将向下偏，轨迹为Ⅱ，电场力做负功，洛伦兹力不做功，射出场区时，速度v＜v0；当v0＜eq \f(E,B)时，电子向上偏，轨迹为Ⅰ，电场力做正功，射出场区时，速度v＞v0，当v0＝eq \f(E,B)时，电子将沿直线水平向右飞出．故答案为B、C.


6.





图3－5－22


如图3－5－22所示，一个带正电荷的小球沿水平光滑绝缘的桌面向右运动，飞离桌子边缘A，最后落到地板上．设有磁场时飞行时间为t1，水平射程为x1，着地速度大小为v1；若撤去磁场，其余条件不变时，小球飞行时间为t2，水平射程为x2，着地速度大小为v2.则下列结论不正确的是( )


A．x1＞x2 B．t1＞t2


C．v1＞v2 D．v1和v2相同


答案：CD


7.





图3－5－23


如图3－5－23所示，某空间匀强电场竖直向下，匀强磁场垂直纸面向里，一金属棒AB从高h处自由下落，则( )


A．A端先着地


B．B端先着地


C．两端同时着地


D．以上说法均不正确


解析：选B.AB棒中自由电子随棒一起下落，有向下的速度，并受到向左的洛伦兹力，故自由电子往左端集中，因此A端带负电，B端带正电．A端受到向上静电力，B端受到向下静电力，B端先着地．


8.





如图3－5－24所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物体，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直纸面向里的匀强磁场，现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左加速运动，在加速运动阶段( )


A．a、b一起运动的加速度减小


B．a、b一起运动的加速度增大


C．a、b物块间的摩擦力减小


D．a、b物块间的摩擦力增大


解析：选AC.(1)以a为研究对象，分析a的受力情况


a向左加速，受洛伦兹力方向向下，对b的压力增大


(2)以a、b整体为研究对象，分析整体受的合外力


b对地面压力增大，b受的摩擦力增大，整体合外力减小，加速度减小；


(3)再分析a、b对a的摩擦力是a的合外力


a的加速度减小，a的合外力减小，a、b间的摩擦力减小．


9.





图3－5－25


如图3－5－25所示，一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上，整个装置处于方向如图所示的匀强磁场B中．现给滑环施以一个水平向右的瞬时速度，使其由静止开始运动，则滑环在杆上的运动情况可能是( )


A．始终做匀速运动


B．开始做减速运动，最后静止于杆上


C．先做加速运动，最后做匀速运动


D．先做减速运动，最后做匀速运动


解析：选ABD.带电滑环向右运动所受洛伦兹力方向向上，其大小与滑环初速度大小有关．由于滑环初速度的大小未具体给定，因而洛伦兹力与滑环重力可出现三种不同的关系：


(1)当洛伦兹力等于重力时，则滑环做匀速运动；


(2)当洛伦兹力小于重力时，滑环将做减速运动，最后停在杆上；


(3)当洛伦兹力开始时大于重力时，滑环所受的洛伦兹力随速度减小而减小，滑环与杆之间挤压力将逐渐减小，因而滑环所受的摩擦力减小，当挤压力为零时，摩擦力为零，滑环做匀速运动．





二、计算题


10．如图3－5－26所





图3－5－26


示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图．K为电子枪，由枪中沿KA方向射出的电子，速率大小不一．当电子通过方向互相垂直的均匀电场和磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S.设产生匀强电场的平行板间的电压为300 V，间距为5 cm，垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度为0.06 T，问：


(1)磁场的方向应该垂直纸面向里还是向外？


(2)速度为多大的电子才能通过小孔S?


解析：(1)由题图可知，平行板产生的电场强度E方向向下，使带负电的电子受到的电场力FE＝eE方向向上．若没有磁场，电子束将向上偏转．为了使电子能够穿过小孔S，所加的磁场施于电子束的洛伦兹力必须是向下的．根据左手定则分析得出，B的方向垂直于纸面向里．


(2)电子受到的洛伦兹力为FB＝evB，它的大小与电子速率v有关．只有那些速率的大小刚好使得洛伦兹力与电场力相平衡的电子，才可沿直线KA通过小孔S.


据题意，能够通过小孔的电子，其速率满足下式：


evB＝eE，解得：v＝eq \f(E,B).又因为E＝eq \f(U,d)，所以v＝eq \f(U,Bd)，


将U＝300 V，B＝0.06 T，d＝0.05 m代入上式，得


v＝105 m/s


即只有速率为105 m/s的电子可以通过小孔S.


答案：(1)向里 (2)105 m/s


11.





图3－5－27


(探究创新)如图3－5－27所示，AB为一段光滑绝缘水平轨道，BCD为一段光滑的圆弧轨道，半径为R，今有一质量为m、带电量为＋q的绝缘小球，以速度v0从A点向B点运动，后又沿弧BC做圆周运动，到C点后由于v0较小，故难运动到最高点．如果当其运动至C点时，忽然在轨道区域加一匀强电场和匀强磁场，使其能运动到最高点，此时轨道弹力为零，且贴着轨道做匀速圆周运动，求：


(1)匀强电场的方向和强度；


(2)磁场的方向和磁感应强度．


(3)小球到达轨道的末端点D后，将做什么运动？


解析：小球到达C点的速度为vC，由动能定理得：－mgR＝eq \f(1,2)mveq \\al(,C)2－eq \f(1,2)mveq \\al(,0)2，所以vC＝eq \r(v\\al(,0)2－2gR).在C点同时加上匀强电场E和匀强磁场B后，要求小球做匀速圆周运动，对轨道的压力为零，必然是沦洛兹力提供向


心力，且有qE＝mg，故匀强电场的方向应为竖直向上，大小E＝eq \f(mg,q).由牛顿第二定律得：qvcB＝meq \f(v\\al(,C)2,R)，所以B＝eq \f(mvC,qR)＝m eq \r(v\\al(,0)2－2gR)，B的方向应垂直于纸面向外．小球离开D点后，由于电场力仍与重力平衡，故小球仍然会在竖直平面内做匀速圆周运动，再次回到BCD轨道时，仍与轨道没有压力，连续做匀速圆周运动．


答案：见解析


12．如图3－5－28所





图3－5－28


示，套在很长的绝缘直棒上的带正电的小球，其质量为m，带电荷量为＋q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，电场强度为E，磁感应强度为B，小球与棒的动摩擦因数为μ，求小球由静止沿棒下滑的最大加速度和最大速度(设小球电荷量不变)．


解析：小球下滑的开始阶段受力情况如图甲所示，根据牛顿第二定律有：mg－μFN＝ma，


且FN＝F电－F洛＝qE－qvB，


当v增大到使F洛＝F电，即v1＝eq \f(E,B)时，摩擦力F＝0，则amax＝g.


当v>v1时，小球受力情况如图乙所示，由牛顿第二定律有：mg－μFN＝ma，





且FN＝F洛－qE，


F洛＝qvB，


当v大到使摩擦力F＝mg时，a＝0，此时v达到最大值，即：mg＝μ(qvmaxB－qE)，


所以vmax＝eq \f(mg＋μqE,μqB).


答案：g eq \f(mg＋μqE,μqB)


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