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2020-2021学年高中人教版物理选修3-1课时分层作业:3-5 运动电荷在磁场中受到的力 WORD版含解析.doc

上传人:高**** 文档编号:780288 上传时间:2024-05-30 格式:DOC 页数:12 大小:296KB
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1、温馨提示:此套题为Word版,请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴,调节合适的观看比例,答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。课时分层作业 二十六运动电荷在磁场中受到的力(20分钟50分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.下列关于运动电荷和磁场的说法中正确的是()A.运动电荷在某点不受洛伦兹力作用,该点的磁感应强度必为零B.电荷运动的方向、磁感应强度的方向和电荷所受洛伦兹力的方向一定两两垂直C.电子由于受到垂直于它的磁场作用而偏转,这是洛伦兹力对电子做功的结果D.电荷与磁场没有相对运动,电荷就一定不受磁场的作用力【解析】选D。运动电荷处于磁感应强度为零处,所受洛伦兹力为零,但当运

2、动电荷的速度方向和磁场的方向在一条直线上时(同向或反向),也不受洛伦兹力的作用;运动电荷受到的洛伦兹力垂直于磁场的方向和电荷的运动方向所决定的平面,即洛伦兹力既垂直于磁场方向,也垂直于电荷的运动方向,但磁场的方向和电荷的运动方向不一定垂直;因为洛伦兹力一定垂直于电荷的运动方向,所以洛伦兹力不做功;运动的电荷才会受洛伦兹力的作用,这里的运动是指电荷与磁场的相对运动。综上可知,选项D正确。2.(多选)一个电子穿过某一空间而未发生偏转,则()A.此空间一定不存在磁场B.此空间可能有磁场,方向与电子速度方向平行C.此空间可能有磁场,方向与电子速度方向垂直D.此空间可能有正交的磁场和电场,它们的方向均与

3、电子速度垂直【解析】选B、D。由洛伦兹力公式可知:当v的方向与磁感应强度B的方向平行时,运动电荷不受洛伦兹力作用,因此电子未发生偏转,不能说明此空间一定不存在磁场,只能说明此空间可能有磁场,磁场方向与电子速度方向平行,则选项B正确。此空间也可能有正交的磁场和电场,它们的方向均与电子速度方向垂直,导致电子所受合力为零,则选项D正确。3.如图所示,将一阴极射线管置于一通电螺线管的正上方且在同一水平面内,则阴极射线将()A.向外偏转B.向里偏转C.向上偏转D.向下偏转【解析】选A。由右手螺旋定则可知通电螺线管在阴极射线处磁场方向竖直向下,阴极射线带负电,结合左手定则可知其所受洛伦兹力垂直于纸面向外。

4、4.如图所示,一带负电的滑块从绝缘粗糙斜面的顶端滑至底端时的速率为v,若加一个垂直纸面向外的匀强磁场,并保证滑块能滑至底端,则它滑至底端时的速率为()A.变大B.变小C.不变D.条件不足,无法判断【解析】选B。加上磁场后,滑块受一垂直斜面向下的洛伦兹力,使滑块所受摩擦力变大,做负功值变大,而洛伦兹力不做功,重力做功恒定,由能量守恒可知,速率变小。5.有一个带正电荷的离子,沿垂直于电场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,当在平行金属板间再加入一个垂直纸面向内的如图所示的匀强磁场后,离子飞出电场后的动能为Ek,磁场力做功为W,则下面各判断正确的是()A.EkEk,W0C.Ek

5、=Ek,W=0D.EkEk,W=0【解析】选D。首先根据洛伦兹力与速度方向垂直,洛伦兹力不做功,即W=0;其次第一种情况下电场力是全部用来做功,第二种情况:洛伦兹力可以分解为竖直方向和水平方向,电场力的一部分要用来平衡洛伦兹力竖直方向的分力,因而不能全部用来做功,导致EkEk,故D正确,A、B、C错误。6.(多选)如图所示,用丝线吊一个质量为m的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中,空气阻力不计,当小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时()A.小球的动能相同B.丝线所受的拉力相同C.小球所受的洛伦兹力相同D.小球的向心加速度相同【解析】选A、D。带电小球受到洛伦兹力和绳的拉力与速度方向时

6、刻垂直,对小球不做功,只改变速度方向,不改变速度大小,只有重力做功,故两次经过O点时速度大小不变,动能相同,A正确;小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时速度方向相反,由左手定则可知两次过O点洛伦兹力方向相反,绳的拉力大小也就不同,故B、C错;由a=可知向心加速度相同,D正确。二、非选择题(14分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.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

7、析】(1)带电粒子做匀速直线运动,经受力分析(受力图如图)可知该粒子一定带正电。由平衡条件得:mgsin 45=Eqsin 45,所以E=。(2)由平衡条件得=qvB,所以B=。答案:(1)(2)正(25分钟50分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.长方体金属块放在匀强磁场中,有电流通过金属块,如图所示,则下面说法正确的是()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【解析】选C。由左手定则知自由电子所受洛伦兹力方向向上,即自由电子向上偏,所以上表面电势比下表面低。2.(多选)电子以垂直于匀强磁场

8、的速度v从a点进入长为d、宽为L的有界匀强磁场区域,偏转后从b点离开磁场,如图所示。若磁场的磁感应强度为B,那么()A.电子在磁场中的运动时间t=B.电子在磁场中的运动时间t=C.洛伦兹力对电子做的功是W=Bev2tD.电子在b点的速度大小也为v【解析】选B、D。由于电子做匀速圆周运动,故电子在磁场中运动的时间为t=,故A错误,B正确;洛伦兹力方向与速度方向始终垂直,对电子不做功,故C错误;洛伦兹力不做功,电子的动能不变,则其速率不变,故D正确。故选B、D。3.(多选)如图甲所示,某空间存在着足够大的匀强磁场,磁场沿水平方向。磁场中有A、B两个物块叠放在一起,置于光滑水平面上。物块A带正电,物

9、块B不带电且表面绝缘。在t=0时刻,水平恒力F作用在物块B上,物块A、B由静止开始做加速度相同的运动。在物块A、B一起运动的过程中,图乙反映的可能是()A.物块A所受洛伦兹力大小随时间t变化的关系B.物块A对物块B的摩擦力大小随时间t变化的关系C.物块A对物块B的压力大小随时间t变化的关系D.物块B对地面压力大小随时间t变化的关系【解析】选C、D。物块A受到的洛伦兹力F洛=qvB=qBat,t=0时,F洛=0,A错误;物块A对B的摩擦力大小Ff=mAa,所以Ff随时间t的变化保持不变,B错误;A对B的压力=mAg+qvB=mAg+qBat,C正确;B对地面的压力FNB=(mA+mB)g+qBa

10、t,D正确。4.如图所示,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()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。5.(多选)如图所示,a为带正电的小物块,b是一不带电的绝缘物体,a、b叠放于粗糙的水平地面上,地面上方有垂直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()A.a、b一起运动的加速度减小B.a

11、、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【解析】选A、C。(1)以 a为研究对象,分析a的受力情况,a向左加速,受洛伦兹力方向向下,对b的压力增大;(2)以a、b整体为研究对象,分析整体受的合外力,b对地面压力增大,b受的摩擦力增大,整体合外力减小,加速度减小;(3)再分析a、b对a的摩擦力是a的合外力a的加速度减小,a的合外力减小,a、b间的摩擦力减小。6.(多选)如图所示,两个半径相同的半圆形光滑轨道置于竖直平面内,左右两端点等高,分别处于沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中。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

12、下列说法中正确的是()A.两个小球到达轨道最低点的速度vMFNC.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最高处,在电场中小球不能到达轨道另一端最高处【解析】选B、D。对左图,根据动能定理得,mgR=m,解得vM=对右图,根据动能定理得,mgR-qER=m,解得vN=,所以vMvN。故A错误。小球到达最低点时vMvN,且左图小球在最低点时受到竖直向下的洛伦兹力,右图小球始终受到水平向左的电场力,故FMFN。故B正确。左图在运动的过程中,只有重力做功,右图在运动的过程中,除重力做功外,还有电场力做负功,起阻碍作用,所以小球第一次到达M点的时间小于小球

13、第一次到达N点的时间。故C错误。若在磁场中小球能运动到另一端的最高处,根据动能定理知,在电场中,电场力始终做负功,小球不能到达最高点。故D正确。故选B、D。【补偿训练】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用的办法是()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】选C。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EqqvB,则减小速度v、减小磁感应强度B或增大电场强度E均可。二、非选择题(14分。要有必要的文字说明和

14、解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示,在动脉血管左右两侧加有匀强磁场,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)【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。q=qvB,所以v=0.63 m/s。答案:0.63 m/s【补偿训练】如图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

15、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:(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?【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=,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关闭Word文档返回原板块

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