沪科版 (2019)选择性必修 第二册1.2 洛伦兹力随堂练习题

1.2洛伦兹力基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．关于洛伦兹力，下列说法正确的是（       ）

A．洛伦兹力方向与磁场方向一定平行

B．洛伦兹力方向与磁场方向一定垂直

C．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受洛伦兹力作用

D．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，该处的磁感应强度一定为零

2．如图所示，在x轴上方存在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，x轴下方存在垂直纸面向外的磁感应强度为的匀强磁场。一质量为m、电荷量为－q的粒子从原点O沿与x轴成角斜向上方射入磁场，且在x上方运动半径为R，粒子重力忽略不计。则（　　）

A．粒子经偏转一定能回到原点O

B．粒子在x轴上方和下方两磁场中运动的半径之比为2：1

C．粒子完成一次周期性运动的时间

D．粒子完成一次周期性运动，沿x轴前进2R

3．两带电粒子所带电荷量相等，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力而做匀速圆周运动，则（ ）

A．若速率相等，则半径必相等

B．若质量相等，则周期必相等

C．若质量相等，则半径必相等

D．若动能相等，则半径必相等

4．如图所示，直角坐标系平面内有垂直纸面向外的足够大的匀强磁场（未画出），磁感应强度，y轴上P处有一个粒子源，可在此平面内沿范围内发射速度v大小不等的正电荷（）。是一块置于x轴上无限长的粒子收集板。已知比荷，，则能够被板收集到的粒子的最长运动时间为（　　）

A． B． C． D．

5．如图，真空中有一带电粒子，质量为m、电荷量为q，以速度v垂直于磁场边界进入磁感应强度为B的匀强磁场，穿出磁场时速度方向和入射方向的夹角为α＝37°。不计粒子所受重力。已知：m＝6.0×10-17kg， q＝1.5×10-15C，v＝1.0×102m/s，B＝2.0T。则有界匀强磁场的宽度L为（　　）

A．0.5m B．1.2m C．1.6m D．2.0m

6．仅受洛伦兹力或电场力的作用，带正电的点电荷在下列磁场或电场中能做匀速圆周运动的是（　　）

A． B．

C． D．

7．一带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若磁感应强度突然加倍，则粒子（       ）

A．速率加倍，周期减半 B．速率不变，半径减半

C．速率不变，周期不变 D．速率减半，半径减半

8．如图所示，半径分别为R、2R的两个同心圆，圆心为O，大圆和小圆之间区域有垂直于纸面向外的匀强磁场，其余区域无磁场，一重力不计的带正电粒子从大圆边缘的P点沿PO方向以速度v1射入磁场，其运动轨迹如图中所示，图中轨迹所对的圆心角为120°；若将该带电粒子从P点射入的速度大小变为v2时，不论其入射方向如何，都不可能射入小圆内部区域，则v1：v2至少为（        ）

A． B． C． D．

9．如图，圆心为O的圆形区域内存在垂直纸面的匀强磁场，其边界上的P点有一粒子源，可以在纸面内各个方向以相同的速率发射同种带电粒子。若磁场的磁感应强度为B1，所有粒子从磁场边界离开时，速度方向都与OP连线垂直；若磁场的磁感应强度为B2，粒子在磁场边界的出射点分布在圆周上。不考虑粒子的重力和粒子间相互作用力，则B1：B2等于（　　）

A．：2 B．2： C．1：3 D．3：1

10．如图所示，在水平边界上方有垂直纸面向外的匀强磁场，将两个比荷相同的带电粒子、Q（不计重力）先后从同一位置平行于射入匀强磁场。粒子从边界飞出时速度方向分别偏转了90°、60°，则粒子、Q在磁场中的运动时间之比和速度大小之比分别为（　　）

A．， B．，

C．， D．，‍

11．下图中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向垂直纸面向里的是（　　）

A． B．

C． D．

12．如图是显像管原理示意图，电子束经电子枪加速后，进入偏转磁场偏转．不加磁场时，电子束打在荧光屏正中的O点．若要使电子束打在荧光屏上位置由O逐渐向上移向A，则(　　)

A．在偏转过程中，电子束做匀加速曲线运动

B．偏转磁场的磁感应强度应逐渐变大

C．偏转磁场的方向应垂直于纸面向内

D．若要使电子束打在荧光屏上位置由O逐渐向上移向A的同时还慢慢偏向纸外方向，则应再叠加一个向上的逐渐变大的磁场

13．如图所示，在边界上方存在着垂直纸面向里的匀强磁场，两个比荷相同的正、负粒子（不计重力），从边界上的O点以不同速度射入磁场中，入射方向与边界均成θ角，则正、负粒子在磁场中（　　）

A．运动轨迹的半径相同 B．重新回到边界所用时间相同

C．重新回到边界时速度方向相同 D．重新回到边界时与O点的距离相等

14．如图为洛伦兹力演示仪的结构示意图．由电子枪产生电子束，玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹．前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行．电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节．适当调节U和I，玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹．下列调节方式中，一定能让圆形径迹半径增大的是（        ）

A．增大U，减小I

B．减小U，增大I

C．同时增大U和I

D．同时减小U和I

15．如图所示，OA，OB为相互垂直的有界匀强磁场边界，磁场磁感强度，方向垂直纸面向里，S为粒子源，可向磁场内各个方向均匀发射比荷的带正电粒子，速度。PQ为一长度为10cm的荧光屏，已知，不考虑粒子间的相互作用，粒子重力忽略不计，则下列说法正确的是（　　）

A．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为

B．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为

C．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为10cm

D．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为

二、填空题（共4题）

16．如图所示，一阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的运动轨迹向下弯曲，则导线中的电流方向为__________．（填“从A到B”或“从B到A”）

17．指南针指南的一端是___________极（N或S），磁体间是通过___________发生相互作用的，磁场对运动电荷的作用力叫___________。

18．关键环节题组：如图所示,平行板电容器的板间距和板长均是L,有一带电粒子(质量为、电荷量为-)从电容器左上角边缘以初速度平行上板打入，能从另一侧打出，求：

（1）带电粒子在匀强磁场中的最小半径____________

（2）两板间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为，的范围 __________________

（3）两板间有垂直两板向上的匀强电场，电场强度为，的范围 _____

19．物体的带电量是一个不易测得的物理量，某同学设计了如下实验来测量带电物体所带电量．如图（a）所示，他将一由绝缘材料制成的小物块A放在足够长的木板上，打点计时器固定在长木板末端，物块靠近打点计时器，一纸带穿过打点计时器与物块相连，操作步骤如下，请结合操作步骤完成以下问题：

（1）为消除摩擦力的影响，他将长木板一端垫起一定倾角，接通打点计时器，轻轻推一下小物块，使其沿着长木板向下运动．多次调整倾角θ，直至打出的纸带上点迹_，测出此时木板与水平面间的倾角，记为θ0．

（2）如图（b）所示，在该装置处加上一范围足够大的垂直纸面向里的匀强磁场，用细绳通过一轻小定滑轮将物块A与物块B相连，绳与滑轮摩擦不计．给物块A带上一定量的正电荷，保持倾角θ0不变，接通打点计时器，由静止释放小物块A，该过程可近似认为物块A带电量不变，下列关于纸带上点迹的分析正确的是(        )

A．纸带上的点迹间距先增加后减小至零

B．纸带上的点迹间距先增加后减小至一不为零的定值

C．纸带上的点迹间距逐渐增加，且相邻两点间的距离之差不变

D．纸带上的点迹间距逐渐增加，且相邻两点间的距离之差逐渐减少，直至间距不变

（3）为了测定物体所带电量q，除θ0、磁感应强度B外，本实验还必须测量的物理量有(       )

A．物块A的质量M

B．物块B的质量m

C．物块A与木板间的动摩擦因数μ   

D．两物块最终的速度v

（4）用重力加速度g，磁感应强度B、θ0和所测得的物理量可得出q的表达式为______．

三、综合题（共4题）

20．科学家推测，宇宙中可能有由反粒子组成的反物质存在，反粒子与正粒子有相同的质量，却带有等量的异号电荷..1998年6月，我国科学家研制的阿尔法磁谱仪由美国“发现号”航天飞机搭载升空，寻找宇宙中反物质存在的证据.磁谱仪的核心部分如图所示，PQ、MN是两个平行板，它们之间存在匀强磁场区，磁场方向与两板平行.宇宙射线中的各种粒子从板PQ中央的小孔O垂直PQ进入匀强磁场区，在磁场中发生偏转，并打在附有感光底片的板MN上，留下痕迹.假设宇宙射线中存在氢核、反氢核、氦核、反氦核四种粒子，它们以相同速度v从小孔O垂直PQ板进入磁谱仪的磁场区，并打在感光底片上的a、b、c、d四点，已知氢核质量为m，电荷量为e，PQ与MN间的距离为L，磁场的磁感应强度为B．

（1）指出a、b、c、d四点分别是由哪种粒子留下的痕迹?（不要求写出判断过程）

（2）求出氢核在磁场中运动的轨道半径.

（3）反氢核在MN上留下的痕迹与氢核在MN上留下的痕迹之间的距离是多少?

21．常见的激光器有固体激光器和气体激光器，世界上一些发达国家已经研究出了自由电子激光器，其原理的简单示意如图（a）所示．自由电子（设初速度为零，不计重力）经电场加速后，射入上下排列着许多磁铁的管中，相邻的两块磁铁的极性是相反的，在磁场的作用下电子扭动着前进，犹如小虫在水中游动．电子每扭动一次就会发出一个光子（不计电子发出光子后能量的损失），管两端的反射镜使光子来回反射，结果从透光的一端发射出激光．若加速电场电压U＝1.8×104 V，电子质量为m＝0.91×10-30 kg，电子的电荷量q＝1.6×10-19 c，每对磁极间的磁场可看做是均匀的，磁感应强度B＝9×10-4 T，每个磁极的左右宽度为a＝30 cm，垂直于纸面方向的长度为b＝60 cm，忽略左右磁极间的缝隙，从上向下看两极间的磁场如图（b），当电子在磁极的正中间向右垂直于磁场方向射入时，求：

（1）电子进入磁场时的速度v；

（2）电子在磁场中运动的轨道半径R；

（3）电子可通过磁极的个数n．

22．如图，平行的MN、PQ与MP间（含边界）有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，边界MN与MP的夹角，点P处有一离子源，离子源能够向磁场区域发射各种速率的、方向平行于纸面且垂直于MP的正、负离子，离子运动一段时间后能够从不同的边界射出磁场。已知从边界PQ射出的离子，射出点与P点距离最大的离子的速度为，所有正、负离子的比荷均为k，不计离子的重力及离子间的相互作用。求：

（1）MP的长度；

（2）从边界MP射出的离子，速度的最大值。

23．试判断图示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。

参考答案：

1．B

2．C

3．B

4．D

5．B

6．A

7．B

8．A

9．A

10．C

11．D

12．B

13．C

14．A

15．A

16．从B到A

17．     S     磁场     洛仑兹力

18．     （1）L     （2）v0≥     （3）v0≥

19．     间距相等（或均匀）     D     BD    

20．（1）a、b、c、d四点分别是反氢核、反氦核、氦核和氢核留下的痕迹；

（2）氢核在磁场中运动的轨道半径为；

（3）反氢核与氢核留下的痕迹之间的距离为：2．

21．（1）（2）0.5m（3）3

22．（1）；（2）

23．