2019-2020学年高中物理 第三章 磁场 5 运动电荷在磁场中受到的力练习（含解析）新人教版选修3-1

1、5 运动电荷在磁场中受到的力课后篇巩固提升基础巩固1.在赤道平面上无风的时候,雨滴是竖直下落的。若雨滴带负电,则它的下落方向将偏向()A.东方B.西方C.南方D.北方解析在赤道平面上地磁场方向水平由南向北,带负电的雨滴竖直向下运动,由左手定则可知,雨滴受向西的洛伦兹力作用,故B项正确。答案B2.一束混合粒子流从一发射源射出后,进入如图所示的磁场,分离为1、2、3三束粒子流,则下列选项不正确的是()A.1带正电B.1带负电C.2不带电D.3带负电解析根据左手定则,带正电的粒子向左偏,即粒子1;不偏转说明不带电,即粒子2;带负电的粒子向右偏,说明是粒子3,故选B。答案B3.(多选)一个电子穿过某一空间而未发生偏转,则()A.此空间一定不存在磁场B.此空间可能有磁场,方向与电子速度方向平行C.此空间可能有磁场,方向与电子速度方向垂直D.此空间可能有正交的磁场和电场,它们的方向均与电子速度方向垂直解析由洛伦兹力公式可知:当v的方向与磁感应强度B的方向平行时,运动电荷不受洛伦兹力作用,因此电子未发生偏转,不能说明此空间一定不存在磁场,只能说明此空间可能有磁场,磁场方向与电子速度方向平行,则选项B

2、正确,选项A、C错误。此空间也可能有正交的磁场和电场,它们的方向均与电子速度方向垂直,导致电子所受合力为零,则选项D正确。答案BD4.(多选)电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动,下面说法正确的是()A.只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同B.如果把+q改为-q,且速度反向、大小不变,则洛伦兹力的大小不变C.洛伦兹力方向一定与电荷运动方向垂直,磁场方向一定与电荷运动方向垂直D.粒子只受到洛伦兹力的作用,不可能做匀速直线运动答案BD5.如图所示,一束电子流沿管的轴线进入螺线管,忽略重力,电子在管内的运动应该是()A.当从a端通入电流时,电子做匀加速直线运动B.当从b端通入电流时,电子做匀加速直线运动C.不管从哪端通入电流,电子都做匀速直线运动D.不管从哪端通入电流,电子都做匀速圆周运动解析电子的速度vB,F洛=0,电子做匀速直线运动。答案C6.(多选)速度选择器如图所示,电场强度为E的匀强电场与磁感应强度为B的匀强磁场互相垂直。一电荷量为+q、质量为m的粒子(不计重力)以速度v水平向右射入,粒子恰好沿直线穿过,则下列说法正确的是()A.若带电粒子带的电荷量为+2q,粒子将向下偏转B.若带电

3、粒子带的电荷量为-2q,粒子仍能沿直线穿过C.若带电粒子速度为2v,粒子不与极板相碰,则从右侧射出时电势能一定增加D.若带电粒子从右侧水平射入,粒子仍能沿直线穿过解析粒子恰好沿直线穿过,电场力和洛伦兹力均垂直于速度,故合力为零,粒子做匀速直线运动;根据平衡条件,有qvB=qE,解得v=EB,只要粒子速度为EB,就能沿直线匀速通过选择器;若带电粒子带的电荷量为+2q,速度不变,仍然沿直线匀速通过选择器,故A错误;若带电粒子带的电荷量为-2q,只要粒子速度为EB,电场力与洛伦兹力仍然平衡,仍然沿直线匀速通过选择器,故B正确;若带电粒子速度为2v,电场力不变,洛伦兹力变为2倍,故会偏转,克服电场力做功,电势能增加,故C正确;若带电粒子从右侧水平射入,电场力方向不变,洛伦兹力方向反向,故粒子一定偏转,故D错误。答案BC7.关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动,下列说法正确的是()A.带电粒子沿电场线方向射入,静电力对带电粒子做正功,粒子动能一定增加B.带电粒子垂直于电场线方向射入,静电力对带电粒子不做功,粒子动能不变C.带电粒子沿磁感线方向射入,洛伦兹力对带电粒子做正功,粒子动能一定增加D

4、.不管带电粒子怎样射入磁场,洛伦兹力对带电粒子都不做功,粒子动能不变解析带电粒子在电场中受到的静电力F=qE,只与电场有关,与粒子的运动状态无关,做功的正负由角(力与位移方向的夹角)决定。对选项A,只有粒子带正电时才成立,A错误;垂直射入匀强电场的带电粒子,不管带电性质如何,静电力都会做正功,动能一定增加,B错误;带电粒子在磁场中的受力洛伦兹力F洛=qvBsin ,其大小除与运动状态有关,还与角(磁场方向与速度方向之间的夹角)有关,带电粒子沿磁感线方向射入,不受洛伦兹力作用,粒子做匀速直线运动,粒子动能不变,C错误;由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直,故洛伦兹力对带电粒子始终不做功,粒子动能不变,选项D正确。答案D8.如图所示,在竖直绝缘的水平台上,一个带正电的小球以水平速度v0抛出,落在地面上的A点,若加一垂直纸面向里的匀强磁场,小球仍能落到地面上,则小球的落点()A.仍在A点B.在A点左侧C.在A点右侧D.无法确定解析小球在运动中任一位置的受力如图所示,小球此时受到了斜向上的洛伦兹力的作用,小球在竖直方向的加速度ay=mg-qvBcosmF2,a1=a2B.F1F2,a1a2D.F

5、1F2,a1F1,故B正确。答案B2.(多选)在图中虚线所示的区域存在匀强电场和匀强磁场。取坐标如图,一带电粒子沿x轴正方向进入此区域,在穿过此区域的过程中运动方向始终不发生偏转,不计重力的影响,电场强度E和磁感应强度B的方向可能是()A.E和B都沿x轴方向B.E沿y轴正向,B沿z轴正向C.E沿z轴正向,B沿y轴正向D.E、B都沿z轴方向解析本题没有说明带电粒子的带电性质,为便于分析,假定粒子带正电。A选项中,磁场对粒子作用力为零,电场力与粒子运动方向在同一直线上,运动方向不会发生偏转,故A正确;B选项中,电场力方向向上,洛伦兹力方向向下,当这两个力平衡时,粒子运动方向可以始终不变,B正确;C选项中,电场力、洛伦兹力都沿z轴正方向,将做曲线运动,C错;D选项中,电场力沿z轴方向,洛伦兹力沿y轴方向,两力不可能平衡,粒子将做曲线运动,D错。如果粒子带负电,仍有上述结果。答案AB3.如图甲所示,一个质量为m、电荷量为q的圆环,可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动,细杆处于匀强磁场中,不计空气阻力,现给圆环向右的初速度v0,在以后的运动过程中的速度图象如图乙所示。则关于圆环所带的电性、匀强磁

6、场的磁感应强度B和圆环克服摩擦力所做的功W,以下正确的是(重力加速度为g)()A.圆环带负电,B=mgqv0B.圆环带正电,B=2mgqv0C.圆环带负电,W=34mv02D.圆环带正电,W=34mv02解析因圆环最后做匀速直线运动,根据左手定则可知,圆环带正电;由圆环在竖直方向上平衡得qv0B2=mg,所以B=2mgqv0,故A错误,B正确;由动能定理得,圆环克服摩擦力所做的功W=12mv02-12mv022,所以W=38mv02,故C、D错误。答案B4.(多选)如图所示,空间存在向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。已知一离子在电场力和洛伦兹力的作用下,从静止开始自A点沿曲线ACB运动,到达B点时速度为零。C点是运动的最低点。忽略重力,以下说法正确的是()A.这离子必带正电荷B.A点和B点位于同一高度C.离子在C点时速度最大D.离子到达B点后,将沿原曲线返回A点解析根据离子运动的轨迹ACB曲线分析出离子受到向下的电场力和向右的洛伦兹力。由于离子所受电场力的方向与图示已知的电场强度的方向相同(都竖直向下),可以断定此离子必带正电荷。再根据左手定则判断,此离子若受到向右的洛伦兹力,则

7、其必须带正电荷。从这两方面分析得出的一致结论离子带正电荷,由此可知:选项A是正确的。因为洛伦兹力只能改变离子运动的方向而不做功,所以只有电场力对此离子做功了,离子由A到C的过程中,电场力对此正离子做正功;由C到B的过程中,电场力对此正离子做负功,只有当正功和负功相等时,此离子的速度才能为零(即与初始的静止状态相同),由此可知:A点和B点应位于同一高度,所以选项B也是正确的。再对此正离子的运动状态进行分析在电场力作用下,正离子由A到C的过程是加速的;由C到B的过程是减速的,由此可知:此离子在C点时速度最大,所以选项C也是正确的。最后分析离子到达B点后的受力情况和运动趋势离子到达B点时速度为零,并且受到向下的电场力作用应向下做加速运动。再根据左手定则可判断出向下运动的正离子所受的洛伦兹力的方向仍应是向右的,于是离子应向右下方回旋,而不可能向左下方回旋沿原曲线返回A点,由此可知:选项D是错误的。答案ABC5.磁流体发电机发电原理示意图如图所示,将一束等离子体(高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的微粒)射入磁场,磁场中有两块金属板P、Q,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压。两金属板的板长为

8、L1,板间距离为L2,匀强磁场的磁感应强度为B且平行于两金属板,等离子体充满两板间的空间。等离子体的初速度v与磁场方向垂直,当发电机稳定发电时,P板和Q板间电势差UPQ为()A.vBL1B.vBL2C.vBL2L1D.vBL1L2解析等离子体进入两金属板间,在洛伦兹力作用下带正电的离子向P板运动、带负电的离子向Q板运动,平行板间形成一个向下的匀强电场,并且电场强度越来越大,当离子受到的洛伦兹力和电场力平衡时,正负离子便做匀速直线运动通过金属板,发电机便稳定发电了。则有qE=qvB,又UPQ=EL2,可得UPQ=vBL2,选项B对。答案B6.(多选)如图所示,某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场,电场方向水平向右,磁场方向垂直纸面向里,一带电微粒从a点进入场区并刚好能沿ab直线向上运动,不可忽略重力,下列说法正确的是()A.微粒一定带负电B.微粒的动能一定减少C.微粒的电势能一定增加D.微粒的机械能一定增加解析微粒进入场区后沿直线ab运动,则微粒受到的合力或者为零,或者合力方向在ab直线上(垂直于运动方向的合力仍为零)。若微粒所受合力不为零,则必然做变速运动,由于速度的变化会导致洛伦兹力变化,则微粒在垂直于运动方向上的合力不再为零,微粒就不能沿直线运动,因此微粒所受合力只能为零而做匀速直线运动;若微粒带正电,则受力分析如图甲所示,合力不可能为零,故微粒一定带负电,受力分析如图乙所示,故A正确,B错误;静电力做正功,微粒电势能减少,机械能增加,故C错误,D正确。答案AD7.如图所示,质量为m=1 kg、电荷量为q=510-2 C的带正电的小滑块,从半径为R=0.4 m的光滑绝缘14圆弧轨道上由静止自A端滑下。整个装置处在方向互相垂直的匀强电场与匀强磁场中。已知E=100 V/m,方向水平向右,B=1 T,方向垂直纸面向里,g取10 m/s2。求:(1)滑块到达C点时的速度。(2)在C点时滑块所受洛伦兹力。(3)在C点

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