第三章 习题课带电粒子(带电体)在磁场中的直线运动(自由选学)—2020-2021学年高中物理选修3-1练习册

1、习题课:带电粒子(带电体)在磁场中的直线运动(自由选学)1.如图LX5-1所示,截面为矩形的载流金属导线置于磁场中,对于将出现的情况,下列说法正确的是()图LX5-1A.在b表面聚集正电荷,而a表面聚集负电荷B.在a表面聚集正电荷,而b表面聚集负电荷C.开始通电时,电子做定向移动并向b偏转D.两个表面电势不同,a表面电势较高2.(多选)如图LX5-2所示,a、b是一对平行金属板,分别接到直流电源的两极上,使a、b两板间产生匀强电场E,右边有一块挡板,正中间开有一小孔d,在较大空间范围内存在着匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里.从两板左侧中点c处射入一束正离子(不计重力),这些正离

2、子都沿直线运动到右侧,从d孔射出后分成三束,则下列判断正确的是()图LX5-2A.这三束正离子的速度一定不相同B.这三束正离子的比荷一定不相同C.a、b两板间的匀强电场方向一定由a指向bD.若这三束离子改为带负电,而其他条件不变,则仍能从d孔射出3.如图LX5-3所示,带电油滴以水平向右的速度v0垂直进入磁场,恰做匀速直线运动.若油滴质量为m,磁感应强度为B,则下述说法正确的是(g为重力加速度)()图LX5-3A.油滴一定带正电荷,电荷量为mgv0BB.油滴一定带正电荷,比荷为v0BgC.油滴一定带负电荷,电荷量为mgv0BD.油滴带什么电荷都可以,只要其电荷量q满足q=mgv0B4.(多选)

3、目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,如图LX5-4所示为其发电原理图.将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的粒子,而从整体来说呈电中性)沿图中所示方向喷射入磁场,磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就聚集了电荷.在磁极配置如图中所示的情况下,下列说法正确的是()图LX5-4A.A板带正电B.有电流从b经用电器流向aC.金属板A、B间的电场方向向下D.等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力5.(多选)如图LX5-5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.现给滑环施加一个水平向右的瞬间速度,使其

4、由静止开始运动,则滑环在杆上的运动情况可能是()图LX5-5A.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6.(多选)如图LX5-6所示,匀强电场的方向竖直向下,匀强磁场的方向垂直纸面向里,三个油滴a、b、c带有等量同种电荷,其中a静止,b向右做匀速直线运动,c向左做匀速直线运动,比较它们的重力Ga、Gb、Gc间的关系,正确的是()图LX5-6A.Ga最大B.Gb最大C.Gc最大D.Gb最小7.有一个带正电荷的离子沿垂直于电场的方向射入带电平行板的匀强电场,离子飞出电场后的动能为Ek.当在带电平行板间再加上一个垂直纸面向里的

5、如图LX5-7所示的匀强磁场后,离子飞出电场后的动能为Ek',磁场力做功为W,则下列判断正确的是()图LX5-7A.Ek<Ek',W=0B.Ek>Ek',W=0C.Ek=Ek',W=0D.Ek>Ek',W>08.(多选)在如图LX5-8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(不计重力)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()图LX5-8A.若v0>EB,电子沿轨迹运动,射出场区时,速度v>v0B.若v0>EB,电子沿轨迹运动,射出场区时,

6、速度v<v0C.若v0<EB,电子沿轨迹运动,射出场区时,速度v>v0D.若v0<EB,电子沿轨迹运动,射出场区时,速度v<v09.(多选)如图LX5-9所示,a为带正电的小物块,b为不带电的绝缘物块,a、b叠放于粗糙的水平地面上,地面上方有垂直于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()图LX5-9A.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10.一种测量血管中血流速度仪器的原理图如图LX5-10所示,在动脉血管左、右两侧加有匀强磁场

7、,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)图LX5-1011.如图LX5-11所示,在很长的绝缘直棒上套有一带正电的小球,小球质量为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,小球与棒间的动摩擦因数为,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,重力加速度为g)图LX5-1112.质量为m、带电荷量为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

8、,电场方向水平向右,磁场方向垂直纸面向里,如图LX5-12所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动.(重力加速度为g)(1)求电场强度的大小,并判断该微粒带何种电荷.(2)求磁感应强度的大小.图LX5-12习题课:带电粒子(带电体)在磁场中的直线运动(自由选学)1.A解析 电流由金属导体中的自由电子的定向移动(向左移动)形成,根据左手定则可判断,自由电子所受洛伦兹力方向指向a表面一侧,并在a表面聚集,由于整个导体是呈电中性的(正、负电荷总量相等),所以在b的表面“裸露”出正电荷层,则b表面电势高于a表面电势,选项A正确.2.BCD解析 因为正离子在两极板间都是沿直线运动的,电场

9、力大小等于洛伦兹力,由qE=qvB得v=EB,可以判断这三束正离子的速度一定相同,且电场方向一定由a指向b,故A错误,C正确;在右侧磁场中三束正离子运动轨迹半径不同,由qvB=mv2r得r=mvqB,可知这三束正离子的比荷一定不相同,故B正确;若将这三束离子改为带负电,而其他条件不变,则这三束离子在两板间受到电场力和洛伦兹力大小不变,方向都反向,仍然两力平衡,所以仍做匀速直线运动,从d孔射出,故D正确.3.C解析 由于带电油滴进入磁场中恰做匀速直线运动,且受到的重力向下,故洛伦兹力方向一定向上.由左手定则可知,油滴一定带负电荷,且满足mg-qv0B=0,所以q=mgv0B,故C正确.4.BD解

10、析 由左手定则可判断,正离子受到的洛伦力向下而偏向B板,负离子受到的洛伦兹力向上而偏向A板,所以A板带负电,则电流从b经用电器流向a,金属板间的电场方向向上,故选项B、D正确.5.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,因而开始时洛伦兹力与滑环重力可能出现三种不同的关系:(1)若洛伦兹力大小等于重力,滑环做匀速运动;(2)若洛伦兹力小于重力,滑环将做减速运动,最后静止在杆上;(3)若洛伦兹力大于重力,滑环所受的洛伦兹力随速度减小而减小,滑环与杆之间的弹力将逐渐减小,因而滑环所受的摩擦力减小,当弹力为零时,摩擦力为零,滑环做匀

11、速运动.6.CD解析 根据F合=0可知,a带负电,则b、c也带负电,由左手定则可知,b所受洛伦兹力方向竖直向下,c所受洛伦兹力方向竖直向上,则有Gb<Ga<Gc,C、D正确.7.B解析 磁场力即洛伦兹力,不做功,故W=0,D错误;有磁场时,带正电的离子受到洛伦兹力的作用,使其所受的电场力做功减少,A、C错误,B正确.8.BC解析 不计电子所受的重力,电子受到向上的静电力qE和向下的洛伦兹力qv0B,当v0>EB,即qv0B>qE时,电子将向下偏转,轨迹为,静电力做负功,洛伦兹力不做功,射出场区时,速度v<v0,选项A错误,选项B正确;当v0<EB时,电子向上

12、偏转,轨迹为,静电力做正功,洛伦兹力不做功,射出场区时,速度v>v0,选项C正确,选项D错误.9.AC解析 以a、b整体为研究对象进行受力分析,有水平恒力F、重力、洛伦兹力、地面的弹力、地面的摩擦力,随着速度增大,洛伦兹力变大,地面的弹力变大,摩擦力变大,由牛顿第二定律可知a、b一起运动的加速度减小,选项A正确,选项B错误;再以a为研究对象,b对a的摩擦力即为a受到的合外力,由牛顿第二定律可知,a、b间的摩擦力减小,选项C正确,选项D错误.10.0.63 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,有qUd=qvB,所以v=UdB=0.10×10-3 V2.0×10-3 m×0.08T0.63 m/s.11.gmg+qEqB解析 小球下滑的开始阶段受力情况如图甲所示,根据牛顿第二定律得mg-FN=ma,其中FN=qE-F洛=qE-qvB,当v增大到使F洛=qE,即v1=EB时,摩擦力f=0,此时amax=g.当v>v1时,小球受力情况如图乙所示,由牛顿第二定律得mg-FN=ma,其中FN=F洛-qE