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高中物理(选修3-1)训练题:第三章第五节《运动电荷在磁场中受到的力》新人教版 .doc

呆到深处自然萌| 2023-03-15| 312次下载| 6页| 176.464KB| 5分
高中物理(选修3-1)训练题:第三章第五节《运动电荷在磁场中受到的力》新人教版 .doc
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建议用时实际用时满分实际得分45分钟100分
一、选择题(本题包括10小题,每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错或不选的得0分,共50分)
1.带电粒子垂直匀强磁场方向运动时,会受到洛伦兹力的作用.下列表述正确的是(  )
A.洛伦兹力对带电粒子做功
B.洛伦兹力不改变带电粒子的动能
C.洛伦兹力的大小与速度无关
D.洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向
2.来自宇宙的质子流,以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点,则这些质子在进入地球周围的空间时,将(  )
A.竖直向下沿直线射向地面
B.相对于预定地点,稍向东偏转
C.相对于预定地点,稍向西偏转
D.相对于预定地点,稍向北偏转
3.图1为一“滤速器”装置的示意图.a、b为水平放置的平行金属板,一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子,可在a、b间加上电压,并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场,使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动,由O′射出,不计重力作用.可能达到上述目的的办法是(  )
A.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向里
B.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向里
C.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向外
D.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向外
4.从地面上方A点处自由落下一带电荷量为+q、质量为m的粒子,地面附近有如图2所示的匀强电场和匀强磁场,电场方向水平向右,磁场方向垂直纸面向里,这时粒子的落地速度大小为v1,若电场不变,只将磁场的方向改为垂直纸面向外,粒子落地的速度大小为v2,则(  )
A.v1>v2B.v1<v2
C.v1=v2D.无法判定
5.如图3所示,用丝线吊一个质量为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
6.长方体金属块放在匀强磁场中,有电流通过金属块,如图4所示,则下面说法正确的是(  )
A.金属块上下表面电势相

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
7.在方向如图5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 QUOTE 0> QUOTE ,电子沿轨迹Ⅰ运动,射出场区时,速度 QUOTE > QUOTE 0
B.若 QUOTE 0> QUOTE ,电子沿轨迹Ⅱ运动,射出场区时,速度 QUOTE < QUOTE 0
C.若 QUOTE 0< QUOTE ,电子沿轨迹Ⅰ运动,射出场区时,速度 QUOTE > QUOTE 0
D.若 QUOTE 0< QUOTE ,电子沿轨迹Ⅱ运动,射出场区时,速度 QUOTE < QUOTE 0
8.如图6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 QUOTE 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
9.如图7所示, QUOTE 为带正电的小物块, QUOTE 是一不带电的绝缘物体, QUOTE 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 QUOTE 拉 QUOTE 物块,使 QUOTE 一起无相对滑动地向左加速运动,在加速运动阶段(  )
A. QUOTE 一起运动的加速度减小
B. QUOTE 一起运动的加速度增大
C. QUOTE 物块间的摩擦力减小
D. QUOTE 物块间的摩擦力增大
10.如图8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
二、计算题(本题共4题,共50分,解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(12分)一种测量血管中血流速度仪器的原理如图9所示,在动脉血管左右两侧加有匀强磁场,上下两侧安装电极并连接电压表,设血管直径是2.0 mm,磁场的磁感应强度为0.08 T,电压表测出的电压为0.10 mV,则血流速度大小为多少?(取两位有效数字)
12.(12分)如图10所示为一速度选择器,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?
13.(13分)如图11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 QUOTE 、带电荷量为+q的绝缘小球,以速度 QUOTE 0从A点向B点运动,后又沿弧BC做圆周运动,到C点后由于 QUOTE 0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?
14.(13分)如图12所示,套在很长的绝缘直棒上的带正电的小球,其质量为 QUOTE ,带电荷量为+ QUOTE ,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 QUOTE 磁感应强度为 QUOTE ,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).
第五节运动电荷在磁场中受到的力
得分:
一、选择题
题号12345678910答案二、计算题
11.
12.
13.
14
第五节运动电荷在磁场中受到的力参考答案
选择题
1.B解析:洛伦兹力的方向总跟速度方向垂直,所以洛伦兹力永不做功,不会改变粒子的动能,因此B正确.
2.B解析:本题考查判断洛伦兹力的方向,质子是氢原子核,带正电,地球表面地磁场方向由南向北.根据左手定则可判定,质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东,故正确答案为B.
3.AD解析:要使电子沿直线OO′运动,则电子在竖直方向所受电场力和洛伦兹力平衡,若a板电势高于b板,则电子所受电场力方向竖直向上,其所受洛伦兹力方向必向下,由左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里,故A选项正确.同理可判断D选项正确.
4.A解析:带电粒子落下后,受重力、电场力、洛伦兹力的作用,洛伦兹力的方向跟运动方向垂直,不做功.重力做功都一样,但电场力做功有区别.若磁场方向向里,粒子落下后沿电场力方向移动的距离大,电场力做功多,故v1>v2.故答案A正确.
5.AD解析: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点时所受的洛伦兹力方向相反,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.
6.C解析: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.
7. BC解析: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.
8.B解析: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.
9.AC解析:(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.
10. ABD解析: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,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
11.0.63 m/s解析:血液中的运动电荷在洛伦兹力作用下偏转,在血管壁上聚集,在血管内形成一个电场,其方向与磁场方向垂直,运动电荷受的电场力与洛伦兹力平衡时,达到了一种稳定状态.qeq \f(U,d)=qvB,
所以v=eq \f(U,dB)=eq \f(0.10×10-3 V,2.0×10-3 m×0.08 T)≈0.63 m/s.
12.(1)向里 (2)105 m/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.只有那些速度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: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.
13.见解析解析:小球到达C点的速度为vC,由动能定理得:-mgR=eq \f(1,2)mveq \o\al(,C)2-eq \f(1,2)mveq \o\al(,0)2,所以vC=eq \r(v\o\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,必然是洛伦兹力提供向心力,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\o\al(,C)2,R),所以B= QUOTE =meq \r(v\o\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.
14.g eq \f(mg+μqE,μqB)解析:小球下滑的开始阶段受力情况如图13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).