新课标2024-2025学年高中物理第三章磁场课时作业24含解析新人教版选修3-1

PAGE6-课时作业(二十四)一、选择题(1～9为单选，10～12为多选)1.阴极射线管中粒子流向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将()A．向上偏转 B．向下偏转C．向纸里偏转 D．向纸外偏转解析由安培定则，电流在其下方所产生的磁场方向垂直纸面对里，由左手定则，电子流所受洛伦兹力向下，故向下偏转，故选B项．答案B设置目的考查洛伦兹力方向的推断2．如图所示，一带电粒子沿x轴正方向进入一个垂直纸面对里的匀强磁场中，若要使该粒子所受的合外力为零(重力不计)，所加匀强电场的方向为()A．沿＋y方向 B．沿－y方向C．沿－x方向 D．因不知粒子的正负、无法确定解析若粒子带正电，由左手定则可知洛伦兹力方向沿y轴的正方向，要使该粒子所受的合外力为零(重力不计)，电场力与洛伦兹力肯定等大、反向，则电场方向应沿y轴的负方向；若粒子带负电，同理可知电场方向仍沿y轴的负方向．故B项正确．答案B设置目的考查复合场下运动电荷的受力3．如图所示，某空间匀强电场竖直向下，匀强磁场垂直纸面对里，一金属棒AB从高h处自由下落，则()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端受到向上的电场力，B端受到向下的电场力，B端先着地．答案B设置目的考查复合场中洛伦兹力与电场力的推断4.从地面上方A点处自由落下一带电荷量为＋q、质量为m的粒子，地面旁边有如图所示的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面对里，这时粒子的落地速度大小为v1，若电场不变，只将磁场的方向改为垂直纸面对外，粒子落地的速度大小为v2，则()A．v1＞v2 B．v1＜v2C．v1＝v2 D．无法判定解析带电粒子落下后，受重力、电场力、洛伦兹力的作用，洛伦兹力的方向跟运动方向垂直，不做功．重力做功都一样，但电场力做功有区分．若磁场方向向里，粒子落下后沿电场力方向移动的距离大，电场力做功多，故v1＞v2.故答案A项正确．答案A设置目的考查洛伦兹力特点：不做功，但可以变更速度方向5.如图所示，质量为m的带电小物块在绝缘粗糙的水平面上以初速度v0起先运动．已知在水平面上方的空间内存在方向垂直纸面对里的水平匀强磁场，则以下关于小物块的受力及运动的分析中，正确的是()A．若物块带正电，肯定受两个力，做匀速直线运动B．若物块带负电，肯定受两个力，做匀速直线运动C．若物块带正电，肯定受四个力，做减速直线运动D．若物块带负电，肯定受四个力，做减速直线运动解析若物块带正电，则受到的洛伦兹力竖直向上，假如洛伦兹力小于重力，则物块还会受到支持力和摩擦力，做变减速运动；假如恰好洛伦兹力等于重力，则物块只受这两个力而做匀速直线运动，故A、C两项错误．若物块带负电，洛伦兹力竖直向下，物块受四个力而做减速运动，故B项错误，D项正确．正确答案为D项．答案D设置目的考查洛伦兹力作用下水平面上带电体的平衡6．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状况不行能是()A．始终做匀速运动 B．先做减速运动，最终静止在杆上C．先做加速运动，最终做匀速运动 D．先做减速运动，最终做匀速运动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详细给出，所以洛伦兹力与滑环的重力可能出现三种不同的关系，故三种状况均有可能，A、B、D三项加速不行能，所以选C项．答案C设置目的考查洛伦兹力随物体速度大小的变更7．如图所示，两个半径相同的半圆形轨道分别竖直放在匀强磁场和匀强电场中，轨道两端在同一高度上，轨道是光滑的．两个相同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放，M、N为轨道的最低点，则()A．两小球到达轨道最低点的速度vM＝vNB．两小球到达轨道最低点的速度vM<vNC．小球第一次到达M点的时间大于小球第一次到达N点的时间D．在磁场中小球能到达轨道的另一端，在电场中小球不能到达轨道的另一端解析小球在磁场中运动时洛伦兹力不做功，所以满意机械能守恒．在电场中受的电场力向左，下滑过程中电场力做负功，所以到达最低点时速度关系为vM>vN，同理，电场中的小球不能到达轨道的另一端．故A、B两项错误，D项正确．整个过程的平均速度vM>vN，所以时间tM<tN，C项错误．答案D设置目的考查洛伦兹力作用下物体的能量转化8.一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图所示的匀强磁场和匀强电场区域时，恰能沿直线运动，则欲使电荷向下偏转应采纳的方法是()A．增大电荷质量 B．增大电荷电荷量C．减小入射速度 D．增大磁感应强度解析粒子在穿过这个区域时所受的力为：竖直向下的电场力Eq和竖直向上的洛伦兹力qvB，且此时Eq＝qvB.若要使电荷向下偏转，需使Eq>qvB，则减小速度v、减小磁感应强度B或增大电场强度E均可．答案C设置目的考查复合场中运动电荷的受力9.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.eq\f(nebU,I)，M正、N负 B.eq\f(neaU,I)，M正、N负C.eq\f(nebU,I)，M负、N正 D.eq\f(neaU,I)，M负、N正解析由左手定则知，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eq\f(U,a)e＝Bev，I＝nevS＝nevab，得B＝eq\f(nebU,I).答案C设置目的考查电流的微观说明与洛伦兹力的计算10．在下图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是()解析电子必受与电场反向的电场力，当其运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，当其运动方向与磁场垂直时必受与磁场垂直的洛伦兹力．电子做直线运动合力可能为零，若不为零则必与速度共线．由此可判知，B、C两项正确．答案BC设置目的考查复合场下运动电荷受力11.如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面对外、强度为B的匀强磁场中，质量为m、带电荷量为＋Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑．在滑块下滑的过程中，下列推断正确的是()A．滑块受到的摩擦力不变B．滑块到达地面时的动能与B的大小无关C．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面对下D．滑块最终可能会沿斜面做匀速直线运动解析滑块下滑的过程中，受力分析如图所示，C项正确；摩擦力f＝μFN，而FN＝G2＋F洛＝G2＋qvB，由于G2不变，v增大，故FN增大，f增大，A项错误；由于摩擦力的大小与B有关，而滑块到达地面时的动能与重力做功和摩擦力做功有关，故B项错误；假如斜面足够长，当f＝G1时，滑块将会沿斜面做匀速直线运动，故D项正确．答案CD设置目的考查在洛伦兹力大小的计算与斜面上物体受力12.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，磁场方向垂直纸面对里．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()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解析三个小球在运动过程中机械能守恒，对甲有qv1B＋mg＝eq\f(mv12,r)，对乙有mg－qv2B＝eq\f(mv22,r)，对丙有mg＝eq\f(mv32,r)，可推断A、B两项错误，C、D两项正确．答案CD设置目的考查运动电荷的机械能转化与圆周运动二、非选择题13.质量为m，带电荷量为q的微粒，以速度v与水平方向成45°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、重力场的共同作用下做匀速直线运动，求：(1)电场强度的大小；(2)磁感应强度的大小，该带电粒子带何种电荷．解析(1)带电粒子做匀速直线运动，经受力分析(受力图如图)可知该粒子肯定带正电．由平衡条件得：mgsin45°＝Eqsin45°，所以E＝eq\f(mg,q).(2)由平衡条件得eq\f(mg,cos45°)＝qvB所以B＝eq\f(\r(2)mg,qv).答案(1)eq\f(mg,q)(2)eq\f(\r(2)mg,qv)正设置目的考查平衡状态下运动电荷的受力14.一个质量为m＝0.1g的小滑块，带有q＝5×10－4C的电荷量，放置在倾角α＝30°的光滑斜面上(绝缘)，斜面置于B＝0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面对里，如图所示，小滑块由静止起先沿斜面下滑，其斜面足够长，小滑块滑至某一位置时要离开斜面．求：(取g＝10m/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？解析(1)小滑块沿斜面下滑的过程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛伦兹力F.若要小滑块离开斜面，洛伦兹力F方向应垂直斜面对上，依据左手定则可知，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＋FN－mgcosα＝0，当FN＝0时，小滑块起先脱离斜面，所以v＝eq\f(mgcosα,Bq)＝eq\f(0.1×10－3×10×\f(\r(3),2),0.5×5×10－4)m/s＝2eq\r(3)m/s≈3.46m/s.(3)方法一：下滑过程中，只有重力做功，由动能定理得：mgssinα＝e