新教材适用高中物理第1章安培力与洛伦兹力2.磁吃运动电荷的作用力课后习题新人教版选择性必修第二册

.磁场对运动电荷的作用力课后训练巩固提升一、基础巩固1.一带电粒子在匀强磁场中,沿着磁感应强度方向运动,现将该磁场的磁感应强度增大一倍,则带电粒子所受的洛伦兹力()A.增大两倍B.增大一倍C.减小一半D.保持原来的大小不变答案:D解析:带电粒子沿磁感线方向运动时,不受洛伦兹力,故D项正确。2.带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时,在它走过的路径上饱和蒸汽会凝成小液滴,从而显示粒子的径迹,这是云室的原理。右图是云室的拍摄照片,云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场,图中Oa、Ob、Oc、Od是从O点发出的四种粒子的径迹,下列说法正确的是()A.四种粒子都带正电B.四种粒子都带负电C.打到a、b点的粒子带正电D.打到c、d点的粒子带正电答案:D解析:由左手定则知打到a、b点的粒子带负电,打到c、d点的粒子带正电,D正确。3.下列四幅图中各物理量方向间的关系,正确的是()答案:B解析:由左手定则可知,安培力的方向总是与磁感应强度的方向垂直,故A错误;磁场的方向向下,电流的方向垂直于纸面对里,由左手定则可知安培力的方向向左,故B正确;由左手定则可知,洛伦兹力的方向与磁感应强度的方向垂直,应为垂直于纸面对外,故C错误;通电螺线管内部产生的磁场的方向沿螺线管的轴线的方向,题图D中电荷运动的方向与磁感线的方向平行,不受洛伦兹力,故D错误。此题考查洛伦兹力方向的推断,意在提高学生应用左手定则的实力,提高学生的科学思维。4.大量电荷量均为+q的粒子,在匀强磁场中运动,下面说法正确的是()A.只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同B.假如把+q改为-q,且速度反向但大小不变,与磁场方向不平行,则洛伦兹力的大小、方向均不变C.只要带电粒子在磁场中运动,它肯定受到洛伦兹力作用D.带电粒子受到洛伦兹力越小,则该磁场的磁感应强度越小答案:B解析:带电粒子在磁场中运动时受到的洛伦兹力不仅与其速度的大小有关,还与其速度的方向有关,当速度方向与磁场方向在一条直线上时,不受洛伦兹力作用,所以A、C、D错误;依据左手定则,不难推断B是正确的。5.每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来,地磁场可以变更射线中大多数带电粒子的运动方向,使它们不能到达地面,这对地球上的生命有非常重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正从赤道上某点的正上方垂直于地面射来,在地磁场的作用下,它将()A.向东偏转 B.向南偏转C.向西偏转 D.向北偏转答案:A解析:地磁场方向由南向北,由左手定则可判定该带正电的粒子在赤道上受到向东的洛伦兹力,A正确。6.如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向。(1)(2)(3) (4)答案:(1)qvB垂直于v指向左上方(2)12qvB(3)不受洛伦兹力(4)qvB垂直于v指向左上方解析:此题考查了洛伦兹力的大小和方向,意在提高学生理解和分析实力,提高学生的科学思维。(1)因v⊥B,所以F=qvB,方向垂直于v指向左上方。(2)v与B的夹角为30°,将v分解成垂直于磁场的重量和平行于磁场的重量,v⊥=vsin30°,F=qvBsin30°=12qvB(3)由于v与B平行,所以不受洛伦兹力。(4)v与B垂直,F=qvB,方向垂直于v指向左上方。7.一初速度为零的质子(质量m=1.67×10-27kg,电荷量q=1.6×10-19C)经过电压为1880V的电场加速后,垂直进入磁感应强度为5.0×10-4T的匀强磁场中,质子所受洛伦兹力为多大?答案:4.8×10-17N解析:在加速电场中,由动能定理得Uq=12mv故质子获得的速度v=2Uqm=6.0×10质子受到的洛伦兹力F=Bqv=4.8×10-17N。二、实力提升1.(多选)磁流体发电机的原理示意图如图所示,金属板M、N正对着平行放置,且板面垂直于纸面,在两板之间接有电阻R。在极板间有垂直于纸面对里的匀强磁场。当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入极板时,下列说法正确的是()A.N板的电势高于M板的电势B.M板的电势高于N板的电势C.R中有由b向a方向的电流D.R中有由a向b方向的电流答案:BD解析:依据左手定则可知正电荷向上极板偏转,负电荷向下极板偏转,则M板的电势高于N板的电势。M板相当于电源的正极,那么R中有由a向b方向的电流。2.如图所示,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O为半圆弧的圆心,在O点存在垂直于纸面对里运动的匀速电子束。∠MOP=60°,在M、N处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示,这时O点的电子受到的洛伦兹力大小为F1。若将M处长直导线移至P处,则O点的电子受到的洛伦兹力大小为F2。那么F2与F1之比为()A.3∶1 B.3∶2C.1∶1 D.1∶2 答案:B解析:长直导线在M、N、P处时在O点产生的磁感应强度B大小相等,M、N处的导线在O点产生的磁感应强度方向都向下,合磁感应强度大小为B1=2B,P、N处的导线在O点产生的磁感应强度夹角为60°,合磁感应强度大小为B2=3B,可得,B2∶B1=3∶2,又因为F洛=qvB,所以F2∶F1=3∶2,选项B正确。3.如图所示,一个带负电的物体从绝缘粗糙斜面顶端滑究竟端时的速度为v,若加上一个垂直于纸面对外的匀强磁场,则物体滑究竟端时()A.v变大 B.v变小C.v不变 D.不能确定v的变更答案:B解析:此题考查洛伦兹力与力学综合问题,意在提高学生的综合应用实力,提高学生的科学思维。未加磁场时,依据动能定理,有mgh-Wf=12mv2-0。加磁场后,多了洛伦兹力,方向垂直于斜面对下,洛伦兹力不做功,但正压力变大,摩擦力变大,依据动能定理,有mgh-Wf'=12mv'2-0,Wf<Wf',所以4.两个完全相同的带等量正电荷的小球a和b,从同一高度自由落下,分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁场,如图所示,然后再落到地面上。设两球运动所用的总时间分别为ta、tb,则()A.ta=tb B.ta>tbC.ta<tb D.条件不足,无法比较答案:C解析:a球进入匀强电场后,始终受到水平向右的电场力F电=qE作用,这个力不会变更a在竖直方向运动的速度,故它下落的总时间ta与没有电场时自由下落的时间t0相同。b球以某一速度进入匀强磁场瞬间它就受到水平向右的洛伦兹力作用,这个力只变更速度方向,会使速度方向向右发生偏转,又因为洛伦兹力始终与速度方向垂直,当速度方向变更时,洛伦兹力的方向也发生变更,不再沿水平方向。右图为小球b在磁场中某一位置时的受力状况,从图中可以看出洛伦兹力F洛的分力F1会影响小球竖直方向的运动,使竖直下落的加速度减小(小于g),故其下落的时间tb大于没有磁场时小球自由下落的总时间t0。综上所述,ta<tb,故C正确。此题考查了带电小球在匀强电场和匀强磁场中的运动问题,意在培育学生的辨析和应用实力,提高学生的科学思维。5.质量为0.1g的小物块,带有5×10-4C的电荷量,放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上,整个斜面置于0.5T的匀强磁场中,磁场方向如图所示。物块由静止起先下滑,滑到某一位置时,物块起先离开斜面。设斜面足够长,g取10m/s2。(1)求物块的带电性质。(2)物块离开斜面时的速度为多少?(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少?答案:(1)负电(2)23m/s(3)1.2m解析:(1)由左手定则可知,物块带负电。(2)当物块离开斜面时,物块对斜面的压力为0,受力如图所示,则qvB-mgcos30°=0,解得v=23m/s。(3)由动能定理得mgsin30°·l=12mv2,解得物块在斜面上滑行的最大距离l=1.6.如图所示,一根足够长的光滑绝缘杆MN,与水平面夹角为37°,固定在竖直平面内,垂直于纸面对里的匀强磁场B充溢杆所在的空间,杆与B垂直,质量为m的带电小环沿杆下滑到图中的P处时,对杆有垂直于杆向下的压力作用,压力大小为0.4mg,已知小环的电荷量为q,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)小环带什么电?(2)小环滑到P处时的速度多大?(3)小环滑到距离P多远处,环与杆之间没有正压力?答案:(1)负电(2)2mg5qB解析:(1)假如没有磁场,小环对杆的压力为mgcos37°=0.8mg,然而此时小环对杆的压力为0.4mg,说明小环受到垂直于杆向上的洛伦兹力作用。依据左手定则知,小环带负电。(2)设小环滑到P点处时的速度大小为vP,在P点小环的受力如图甲所示