2016-2017学年高二物理人教版选修3-1 第3-5 运动电荷在磁场中受到的力

2016-2017学年高二物理人教版选修3-1 第3-5 运动电荷在磁场中受到的力

绝密★启用前 人教版选修 3-1 第三章磁场 5.运动电荷在磁场中受到的力 第Ⅰ部分选择题 一、选择题：本题共 8 小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。 1．下列说法正确的是(　　) A．所有电荷在电场中都要受到电场力的作用 B．所有电荷在磁场中都要受到磁场力的作用 C．一切运动电荷在磁场中都要受到磁场力的作用 D．运动电荷在磁场中，只有当垂直于磁场方向的速度分量不为零时，才受到 磁场力的作用 2．下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之 间的关系正确的是(　　) 3．如图是电视机显像管的结构示意图，荧光屏平面位于坐标平面 Oxz 内，y 轴是显像管的纵轴线。位于显像管尾部的灯丝被电流加热后有电子逸出，这些电 子在加速电压的作用下以很高的速度沿 y 轴向＋y 方向射出，构成了显像管的“电 子枪”。如果没有其他力作用，从电子枪发射出的高速电子将做匀速直线运动打到 坐标原点 O，使荧光屏的正中间出现一个亮点。当在显像管的管颈处的较小区域(图 中 B 部分)加沿 z 方向的磁场(偏转磁场)，亮点将偏离原点 O 而打在 x 轴上的某一 点，偏离的方向和距离大小依赖于磁场的磁感应强度 B。为使荧光屏上出现沿 x 轴 的一条贯穿全屏的水平亮线(电子束的水平扫描运动)，偏转磁场的磁感应强度随时 间变化的规律应是右图中的(　　) 4．如图所示，a 为带正电的小物块，b 是一不带电的绝缘物块，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 5．如图为一“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 6．目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度。磁强计的原理如图所 示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为 a、高为 b 的长方形，放在沿 y 轴正 方向的匀强磁场中，导体中通有沿 x 轴正方向、大小为 I 的电流。已知金属导体单 位体积中的自由电子数为 n，电子电荷量为 e，金属导电过程中，自由电子所做的 定向移动可视为匀速运动。两电极 M、N 均与金属导体的前后两侧接触，用电压 表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为 U。则磁感应强度的大小和电极 M、N 的正负为 (　　) A． ，M 正、N 负 B． ，M 正、N 负 C． ，M 负、N 正 D． ，M 负、N 正 7．如图所示，一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙绝缘杆上，整个装 置处于方向如图所示的匀强磁场 B 中。现给滑环一个水平向右的瞬时速度，则滑 环在杆上的运动情况可能是(　　) A．始终做匀速运动 B．先做减速运动，最后静止在杆上 C．先做加速运动，最后做匀速运动 D．以上都有可能 8．如图所示，ABC 为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中 AB 为倾斜直轨道，BC 为与 AB 相切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。 质量相同的甲、乙、丙三个小球中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电。现 将三个小球在轨道 AB 上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道的最 高点，则 (　　) nebU I neaU I nebU I neaU I A．经过最高点时，三个小球的速度相等 B．经过最高点时，甲球的速度最小 C．甲球的释放位置比乙球的高 D．运动过程中三个小球的机械能均保持不变 第Ⅱ部分非选择题 二、非选择题：本题 4 个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上， 或按题目要求作答。解答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。 9．质量为 m，电量为 q 带正电荷的小物块从半径为 R 的 光滑圆槽顶点由静 止下滑，整个装置处于电场强度为 E，磁感应强度为 B 的区域内如图所示，则小 物块滑到底端时对轨道的压力为________。 10．如图所示，运动电荷电荷量为 q＝2×10－8C，电性已在图中标明，运动速 度 v＝4×105 m/s，匀强磁场磁感应强度为 B＝0.5 T，则三个电荷受到的洛伦兹力的 大小分别为、、。 11．质量为 m，带电量为 q 的微粒，以速度 v 与水平方向成 45°角进入匀强电 场和匀强磁场同时存在的空间，如图所示，微粒在电场、磁场、重力场的共同作 1 4 用下做匀速直线运动，求： (1)电场强度的大小，该带电粒子带何种电荷。 (2)磁感应强度的大小。 12．一个质量为 m＝0.1 g 的小滑块，带有 q＝5×10－4 C 的电荷量，放置在倾 角 α＝30°的光滑绝缘斜面上，斜面置于 B＝0.5 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸 面向里，如图所示。小滑块由静止开始沿斜面下滑，其斜面足够长，小滑块滑至 某一位置时要离开斜面。求：(取 g＝10 m/s2) (1)小滑块带何种电荷？ (2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？ (3)该斜面的长度至少多长？ 人教版选修 3-1 第三章磁场 5.运动电荷在磁场中受到的力 参考答案与解析 1.【答案】AD 【解析】由 F＝Eq 可知，所有电荷在电场中一定都受电场力作用，但如果电 荷相对于磁场无速度，或者电荷速度方向与磁场平行，均不受磁场力作用，故 A 正确，B、C 均错误；只要运动电荷在垂直于磁场方向有分速度，就有洛伦兹力作 用，D 正确。 2.【答案】B 【解析】根据左手定则，A 中 F 方向应向上，B 中 F 方向应向下，故 A 错、B 对；C、D 中都是 v∥B，F＝0，故 C、D 都错。 3.【答案】A 【解析】电子发生偏转的原因是受偏转电场的洛伦兹力的作用，要使荧光屏 上出现沿 x 轴的一条贯穿全屏的水平亮线(电子束的水平扫描运动)只能是偏转磁 场的磁感应强度随时间变化规律按 A 图变化，其他三图的变化只能使亮线在 x 轴 的一侧或只能形成两亮点，而不能全屏。 4.【答案】AC 【解析】ab 一起加速，对整体分析，整体受向下的磁场力，故地面给整体的 摩擦力变大，则 a＝ ，加速度减小，选项 A 正确，B 错误；因 a 与整体加 速度相同，则 a 受力为：fba＝ma·a，加速度减小，则 b 对 a 的摩擦力减小，故选项 C 正确，D 错误。 5.【答案】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。 6.【答案】C 【解析】由左手定则知，金属中的电子在洛伦兹力的作用下将向前侧面聚集， 故 M 负、N 正。由 F 电＝F 洛，即 e＝Bev，I＝nevS＝nevab，得 B＝ ，选 项 C 正确。 7.【答案】AB 【解析】带电滑环向右运动所受洛伦兹力的方向向上，其大小与滑环的初速 度大小有关。由于滑环的初速度大小未具体给出，所以洛伦兹力可能大于、等于、 a b F f m m − + 地 U a nebU I 小于滑环的重力，滑环可能匀速运动，可能先减速运动后匀速或静止，但不会先 加速，A、B 可能，C 不可能，故选 A、B。 8.【答案】CD 【解析】三个小球在运动过程中机械能守恒，对甲有 qv1B＋mg＝ ，对乙 有 mg－qv2B＝ ，对丙有 mg＝ ，可判断选项 A、B 错，C、D 对。 9.【答案】3mg－2qE＋qB 【解析】小物块由静止滑到最低点，由动能定理得：mgR－qER＝ mv2，在 最低点由牛顿第二定律得： N－mg－qvB＝m ， 联立以上两式得：N＝3mg－2qE＋qB 。 由牛顿第三定律，物块对轨道的压力 N′＝N。 10.【答案】4×10－3N　4×10－3N　3.5×10－3N 【解析】对于 A、B，虽电性不同，速度方向也不同，但速度方向与磁感应强 度方向都垂直，据 F＝qvB 得 F＝2×10－8×4×105×0.5 N＝4×10－3N 对 C，v 沿垂直于 B 方向的分量为 v′＝vcos30° 所受洛伦兹力大小则为 F＝qv′B＝2×10－8×4×105×cos30°×0.5 N＝3.5×10－3N 11.【答案】(1)正电 　(2) 【解析】(1)微粒做匀速直线运动，所受合力必为零，微粒受重力 mg，电场力 qE，洛伦兹力 qvB，由此可知，微粒带正电，受力如图所示， 2 1mv r 2 2mv r 2 3mv r 2 )mg Eq R m −（ 1 2 2v R 2 )mg Eq R m −（ mg q 2mg qv 由几何关系知，qE＝mg，则电场强度 E＝ (2)由于合力为零，则 qvB＝ mg，所以 B＝ 12.【答案】(1)带负电　(2) m/s　(3)1.2 m 【解析】(1)小滑块沿斜面下滑的过程中，受重力 mg、斜面支持力 N 和洛伦兹 力 F。若要小滑块离开斜面，洛伦兹力 F 方向应垂直斜面向上，根据左手定则可 知，小滑块应带有负电荷。 (2)小滑块沿斜面下滑时，垂直斜面方向的加速度为零， 有 qvB＋N－mgcosα＝0 当 N＝0 时，小滑块开始脱离斜面， 所以 v＝ ＝ m/s (3)方法一：下滑过程中，只有重力做功，由动能定理有： mgssinα＝ mv2 斜面的长度至少应是 s＝ ＝1.2 m 方法二：下滑过程中，小滑块做初速度为零的匀加速直线运动，对小滑块： 由牛顿第二定律得：mgsinα＝ma 由运动学公式得：v2＝2as 解得 s＝ ＝1.2 m mg q 2 2mg qv 2 3 cosmg qB α 2 3 1 2 2 2 sin v g α 2 2 sin v g α