高中物理《磁场对运动电荷的作用力》课时练习 新人教版选修3

1 物理 新人教选修物理 新人教选修 3 13 1 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 课时练习课时练习 1 如图 3 5 16 所示 空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场 电场的方向竖直向 下 磁场方向垂直纸面向里 一带电油滴 P 恰好处于静止状态 则下列说法正确的是 图 3 5 16 A 若撤去磁场 P 可能做匀加速直线运动 B 若撤去电场 P 一定做匀加速直线运动 C 若给 P 一初速度 P 可能做匀速直线运动 D 若给 P 一初速度 P 一定做曲线运动 解析 选 C 若撤去磁场 油滴在重力和电场力作用下仍处于平衡状态 故 A 错 若撤 去电场 P 在重力作用下竖直向下加速 同时 P 又受到洛伦兹力作用 而洛伦兹力垂直速 度方向 故 P 做曲线运动 B 错 若所给初速度方向与磁场方向平行 油滴只受重力和电 场力作用处于平衡状态 做匀速直线运动 否则做曲线运动 故 C 正确 D 错误 2 如图 3 5 17 所示 一个带正电荷的小球沿水平光滑绝缘的桌面向右运动 飞离桌 子边缘 A 最后落到地板上 设有磁场时飞行时间为 t1 水平射程为 x1 着地速度大小为 v1 若撤去磁场 其余条件不变时 小球飞行时间为 t2 水平射程为 x2 着地速度大小为 v2 则下列结论不正确的是 图 3 5 17 A x1 x2 B t1 t2 C v1 v2 D v1和 v2相同 答案 CD 3 如图 3 5 18 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 h 处自由下落 则 图 3 5 18 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 解析 选 B 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 4 长方体金属块放在匀强磁场中 有电流通过金属块 如图 3 5 19 所示 则下面说 法正确的是 2 图 3 5 19 A 金属块上下表面电势相等 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 答案 B 5 用绝缘细线悬挂一个质量为 m 带电荷量为 q 的小球 让它处于如图 3 5 20 所示的磁感应强度为 B 的匀强磁场中 由于磁场的运动 小球静止在如图位置 这时悬线 与竖直方向夹角为 并被拉紧 则磁场的运动速度和方向是 图 3 5 20 A v 水平向右 mg Bq B v 水平向左 mg Bq C v 竖直向上 mgtan Bq D v 竖直向下 mgtan Bq 答案 C 6 如图 3 5 21 所示 相距为 d 的两平行金属板水平放置 板间存在垂直纸面向里 的匀强磁场 闭合开关 S 一个带电粒子恰能以水平速度 v 向右匀速通过板间区域 若不 计粒子重力 要使带电粒子仍能匀速通过板间区域 下列说法正确的是 图 3 5 21 A 把两板间距离减小一半 同时把粒子速率增加一倍 B 把两板间距离增大一倍 同时把板间磁感应强度增大一倍 C 断开 S 板间距离增大一倍 同时板间磁感应强度减小一半 D 断开 S 板间距离减小一半 同时把粒子速率减小一半 答案 A 3 7 如图 3 5 22 所示 甲带正电 乙是不带电的绝缘物块 甲 乙叠放在一起置于 粗糙的地板上 空间有垂直纸面向里的匀强磁场 用水平恒力 F 拉乙物块 使甲 乙无相 对滑动一起向左加速运动 在加速阶段 图 3 5 22 A 甲 乙两物块间的摩擦力不断增大 B 甲 乙两物块间的摩擦力不断减小 C 甲 乙两物块间的摩擦力大小不变 D 乙物块与地面间的摩擦力不断增大 解析 选 BD 甲受洛伦兹力向下 随 v 增大而增大 乙与地面之间摩擦力为 Ff滑 FN地 FN地增加 Ff滑增大 a 减小 所以甲 乙间摩擦力为 Ff静 m甲a F Ff滑 m 减小 8 如图 3 5 23 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 图 3 5 23 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 解析 选 ABD 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时 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 9 如图 3 5 24 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 图 3 5 24 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 4 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 只有那些速率的大 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 其速率满足下式 evB eE 解得 v 又因为 E 所以 v E B U d 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 答案 1 向里 2 105 m s 10 如图 3 5 25 所示 质量为 m 的带正电小球能沿着竖直的绝缘墙竖直下滑 磁 感应强度为 B 的匀强磁场方向水平 并与小球运动方向垂直 若小球电荷量为 q 球与墙 间的动摩擦因数为 则小球下滑的最大速度和最大加速度分别为多少 图 3 5 25 答案 g mg qB 11 如图 3 5 26 所示 套在很长的绝缘直棒上的带正电的小球 其质量为 m 带电 荷量为 q 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 E 磁感应强度为 B 小球与棒的动摩擦因数为 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 图 3 5 26 解析 小球下滑的开始阶段受力情况如图甲所示 根据牛顿第二定律有 mg FN ma 且 FN F电 F洛 qE qvB 当 v 增大到使 F洛 F电 即 v1 时 摩擦力 F 0 则 amax g E B 当 v v1时 小球受力情况如图乙所示 由牛顿第二定律有 mg FN ma 且 FN F洛 qE 5 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 qvmaxB qE 所以 vmax mg qE qB 答案 g mg qE qB 12 如图 3 5 27 所示 质量为 m 1 kg 带正电 q 5 10 2C 的小滑块 从半径为 R 0 4 m 的光滑绝缘 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 1 4 电场与匀强磁场中 已知 E 100 V m 水平向右 B 1 T 方向垂直纸面向里 求 图 3 5 27 1 滑块 m 到达 C 点时的速度 2 在 C 点时滑块对轨道的压力 解析 以滑块为研究对象 自轨道上 A 点滑到 C 点的过程中 受重力 mg 方向竖直 向下 电场力 FE qE 水平向右 洛伦兹力 FB qvB 方向改变 1 滑动过程中洛伦兹力 FB qvB 不做功 由动能定理得 mgR qER mv 1 22 C 所以 vC 2 mg qE R m 2 m s 2 1 10 5 10