2019-2020學(xué)年高中物理 課時分層作業(yè)22 運(yùn)動電荷在磁場中受到的力（含解析）新人教版選修3-1

課時分層作業(yè)(二十二) (時間：40分鐘　分值：100分) [基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練] 一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分) 1．如圖所示的各圖中，運(yùn)動電荷的速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電荷的受力方向之間的關(guān)系正確的是(　　) A　　　　　B　　　　　　C　　　　D B　[根據(jù)左手定則，A中F方向應(yīng)向上，B中F方向向下，A錯誤，B正確。C、D中都是v∥B，F(xiàn)＝0，C、D錯誤。] 2．宇宙中的電子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn)，則這些電子在進(jìn)入地球周圍的空間時，將(　　) A．豎直向下沿直線射向地面 B．相對于預(yù)定點(diǎn)稍向東偏轉(zhuǎn) C．相對于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn) D．相對于預(yù)定點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn) C　[地球表面的磁場方向由南向北，電子帶負(fù)電，根據(jù)左手定則可判定，電子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向西，故C項正確。] 3．大量的帶電荷量均為＋q的粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，下列說法中正確的是(　　) A．只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同 B．如果把＋q改為－q，且速度反向但大小不變，與磁場方向不平行，則洛倫茲力的大小方向均不變 C．只要帶電粒子在磁場中運(yùn)動，它一定受到洛倫茲力作用 D．帶電粒子受到的洛倫茲力越小，則該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越小 B　[帶電粒子在磁場中運(yùn)動時受到的磁場力不僅與其速度的大小有關(guān)，還與其速度的方向有關(guān)，當(dāng)速度方向與磁場方向在一條直線上時，不受磁場力作用，所以A、C、D錯誤；根據(jù)左手定則可判斷，B正確。] 4．在長直通電螺線管中通入變化的電流i(如圖所示電流的方向周期性改變)，并沿著其中心軸線OO′的方向射入一顆速度為v的電子，則此電子在螺線管內(nèi)部空間運(yùn)動的情況是(　　) A．勻速直線運(yùn)動　 B．來回往復(fù)運(yùn)動 C．變速直線運(yùn)動 D．曲線運(yùn)動 A　[通電螺線管內(nèi)部的磁場方向與軸線平行，故電子進(jìn)入螺線管后不受洛倫茲力，應(yīng)做勻速直線運(yùn)動。] 5．如圖為電視機(jī)顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖，線圈中心O處的黑點(diǎn)表示電子槍射出的電子，它的方向垂直紙面向外，當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈中的電流方向如圖所示時，電子束應(yīng)(　　) A．向左偏轉(zhuǎn) B．向上偏轉(zhuǎn) C．向下偏轉(zhuǎn) D．不偏轉(zhuǎn) C　[由安培定則可以判斷出兩個線圈的左端是N極，磁感線分布如圖所示，再由左手定則判斷出電子束應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)，C正確。 ] 6．如圖所示，在豎直平面內(nèi)放一個光滑絕緣的半圓形滑道，水平方向的勻強(qiáng)磁場與半圓形軌道所在的平面垂直，一個帶負(fù)電荷的小滑塊由靜止開始從半圓軌道的最高點(diǎn)M滑下到最右端，則下列說法中正確的是(　　) A．滑塊經(jīng)過最低點(diǎn)時的速度比磁場不存在時大 B．滑塊從M點(diǎn)到最低點(diǎn)的加速度比磁場不存在時小 C．滑塊經(jīng)過最低點(diǎn)時對軌道的壓力比磁場不存在時小 D．滑塊從M點(diǎn)到最低點(diǎn)所用時間與磁場不存在時相等 D　[由于洛倫茲力不做功，故與磁場不存在時相比，滑塊經(jīng)過最低點(diǎn)時的速度不變，A錯誤；由a＝，與磁場不存在時相比，滑塊經(jīng)過最低點(diǎn)時的加速度不變，B錯誤；由左手定則可知，滑塊經(jīng)最低點(diǎn)時受的洛倫茲力向下，而滑塊所受的向心力不變，故滑塊經(jīng)最低點(diǎn)時對軌道的壓力比磁場不存在時大，C錯誤；由于洛倫茲力始終與運(yùn)動方向垂直，滑塊經(jīng)過任意一點(diǎn)時的速度與磁場不存在時相等，D正確。] 二、非選擇題(14分) 7．質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒，以速度v與水平方向成45°角進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場同時存在的空間，如圖所示，微粒在電場、磁場、重力場的共同作用下做勻速直線運(yùn)動，求： (1)電場強(qiáng)度的大小，該帶電粒子帶何種電荷？ (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。 [解析]　(1) 微粒做勻速直線運(yùn)動，所受合力必為零，微粒受重力mg，電場力qE，洛倫茲力qvB，由此可知，微粒帶正電，受力如圖所示，qE＝mg， 則電場強(qiáng)度E＝。 (2)由于合力為零，則qvB＝mg， 所以B＝。 [答案]　(1)　正電荷　(2) [能力提升練] 一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分) 1．截面為矩形的載流金屬導(dǎo)線置于磁場中，如圖所示，將出現(xiàn)下列哪種情況(　　) A．在b表面聚集正電荷，而a表面聚集負(fù)電荷 B．在a表面聚集正電荷，而b表面聚集負(fù)電荷 C．開始通電時，電子做定向移動并向b偏轉(zhuǎn) D．兩個表面電勢不同，a表面電勢較高 A　[金屬導(dǎo)體靠電子導(dǎo)電，金屬正離子并沒有移動，而電流由金屬導(dǎo)體中的自由電子的定向移動(向左移動)形成。應(yīng)用左手定則，四指應(yīng)指向電流的方向，讓磁感線垂直穿過手心，拇指的指向即為自由電子的受力方向。也就是說，自由電子受洛倫茲力方向指向a表面一側(cè)，實際上自由電子在向左移動的同時，受到指向a表面的作用力，并在a表面進(jìn)行聚集，由于整個導(dǎo)體是呈電中性的(正、負(fù)電荷總量相等)，所以在b的表面“裸露”出正電荷層，并使b表面電勢高于a表面電勢。] 2．(多選)在如圖所示的正交電場和磁場中，有一粒子沿垂直于電場和磁場的方向飛入其中，并沿直線運(yùn)動(不考慮重力作用)，則此粒子(　　) A．可能帶正電 B．可能帶負(fù)電 C．可能不帶電 D．一定不帶電 ABC　[帶電粒子在電場中受電場力，在磁場中受洛倫茲力，而帶電粒子做直線運(yùn)動，根據(jù)電場力方向及洛倫茲力方向判定，可知兩力必反向且與運(yùn)動速度垂直，正電、負(fù)電、不帶電粒子都滿足題設(shè)條件，A、B、C正確。] 3．(多選)如圖所示，勻強(qiáng)電場的方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，三個油滴a、b、c帶有等量同種電荷，其中a靜止，b向右做勻速直線運(yùn)動，c向左做勻速直線運(yùn)動，比較它們的重力Ga、Gb、Gc間的關(guān)系，正確的是(　　) A．Ga最大 B．Gb最大 C．Gc最大 D．Gb最小 CD　[據(jù)F合＝0可知a帶負(fù)電，顯然b、c也帶負(fù)電，所以b所受洛倫茲力方向豎直向下，c所受洛倫茲力方向豎直向上，則有Gb<Ga<Gc，C、D正確。] 4．(多選)如圖所示，用絲線吊一個質(zhì)量為m的帶電(絕緣)小球處于勻強(qiáng)磁場中，空氣阻力不計，當(dāng)小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動且兩次經(jīng)過O點(diǎn)時(　　) A．小球的動能相同 B．絲線所受的拉力相同 C．小球所受的洛倫茲力相同 D．小球的向心加速度相同 AD　[帶電小球受到洛倫茲力和繩的拉力與速度方向時刻垂直，對小球不做功，只改變速度方向，不改變速度大小，只有重力做功，故兩次經(jīng)過O點(diǎn)時速度大小不變，動能相同，A正確；小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動且兩次經(jīng)過O點(diǎn)時速度方向相反，由左手定則可知兩次過O點(diǎn)洛倫茲力方向相反，繩的拉力大小也就不同，故B、C錯誤；由a＝可知向心加速度相同，D正確。] 二、非選擇題(本題共2小題，共26分) 5．(12分)如圖所示，磁流體發(fā)電機(jī)的極板相距d＝0.2 m，極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，B＝1.0 T。外電路中可變負(fù)載電阻R用導(dǎo)線與極板相連。電離氣體以速率v＝1 100 m/s沿極板垂直于磁場方向射入，極板間電離氣體的等效內(nèi)阻r＝0.1 Ω，試求此發(fā)電機(jī)的最大輸出功率為多大？ [解析]　開關(guān)S斷開時，由離子受力平衡可得qBv＝qE＝ 所以板間電壓為U＝Bvd 此發(fā)電機(jī)的電動勢為 E源＝U＝Bvd＝1.0×1 100×0.2 V＝220 V 當(dāng)可變負(fù)載電阻調(diào)到R＝r＝0.1 Ω時， 發(fā)電機(jī)的輸出功率最大，最大輸出功率為 Pmax＝＝ W＝121 kW。 [答案]　121 kW 6．(14分)如圖所示，質(zhì)量為m＝1 kg、電荷量為q＝5×10－2 C的帶正電的小滑塊，從半徑為R＝0.4 m的光滑絕緣圓弧軌道上由靜止自A端滑下。整個裝置處在方向互相垂直的勻強(qiáng)電場與勻強(qiáng)磁場中。已知E＝100 V/m，水平向右；B＝1 T，方向垂直紙面向里。求： (1)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時的速度； (2)在C點(diǎn)時滑塊對軌道的壓力。(g取10 m/s2) [解析]　以滑塊為研究對象，自軌道上A點(diǎn)滑到C點(diǎn)的過程中，受重力mg，方向豎直向下；電場力qE，水平向右； 洛倫茲力F洛＝qvB，方向始終垂直于速度方向。 (1)滑塊滑動過程中洛倫茲力不做功，由動能定理得 mgR－qER＝mv 得vC＝＝2 m/s，方向水平向左。 (2)在C點(diǎn)，滑塊受到四個力作用，如圖所示，由牛頓第二定律與圓周運(yùn)動知識得 FN－mg－qvCB＝m 得FN＝mg＋qvCB＋m＝20.1 N 由牛頓第三定律知：滑塊在C點(diǎn)處對軌道的壓力FN′＝FN＝20.1 N，方向豎直向下。 [答案]　(1)2 m/s　方向水平向左　(2)20.1 N　方向豎直向下 - 6 -