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

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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
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