人教版高中物理选修31作业运动的电荷在磁场中受到的力含答案.docx
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人教版高中物理选修31作业运动的电荷在磁场中受到的力含答案
运动的
运动的电荷在磁场中受到的力课后作业
一、选择题(8×5′,共40分)
1.如图8所示,一块通电的铜板放在磁场中,板面垂直于磁场,板内通有如图方向的电流,a、b是铜板左、右边缘的两点,则( )
图8
A.电势φa>φb
B.电势φb>φa
C.电流增大时,|φa-φb|增大
D.其他条件不变,将铜板改为NaCl水溶液时,电势结果仍然一样
解析:
电流向上,则自由电子向下运动,由左手定则可判断出电子向a侧积聚,φb>φa,B正确;电流增大时,电子运动速度v增大,待稳定时
q=qvB,其中d为铜板宽度,得Uba=dvB,即|φa-φb|=dvB,C正确;若将铜板改为NaCl水溶液,由于NaCl水溶液中定向移动的是正、负离子,由左手定则可判断出正、负离子均向a侧积聚,结果φa=φb,D错误.
答案:
BC
2.一个长螺线管中通有大小和方向都不断变化的电流,把一个带电粒子沿管轴线射入管中,若不计重力,粒子将在管中( )
A.做圆周运动
B.沿轴线来回运动
C.做匀加速直线运动
D.做匀速直线运动
解析:
带电粒子平行磁场方向飞入并不受磁场力作用.
答案:
D
图9
3.在如图9所示的空间中,存在场强为E的匀强电场,同时存在沿x轴负方向,磁感应强度为B的匀强磁场.一质子(电荷量为e)在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动.据此可以判断出( )
A.质子所受电场力大小等于eE,运动中电势能减小;沿z轴正方向电势升高
B.质子所受电场力大小等于eE,运动中电势能增大;沿z轴正方向电势降低
C.质子所受电场力大小等于evB,运动中电势能不变;沿z轴正方向电势升高
D.质子所受电场力大小等于evB,运动中电势能不变;沿z轴正方向电势降低
解析:
考查带电粒子在电场、磁场中的运动及受力特点.因为质子在电磁场中匀速运动,故电场力并未对质子做功,故电势能不变,A、B错;因质子做匀速运动,所受电场力与洛伦兹力相等,由左手定则可知洛伦兹力方向沿z轴正方向,所以电场力方向应沿z轴负方向,质子带正电,故可确定电场方向沿z轴负方向,因此沿z轴正方向电势升高,C项正确.
答案:
C
4.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动.下列说法正确的是( )
A.速率越大,周期越大
B.速率越小,周期越大
C.速度方向与磁场方向平行
D.速度方向与磁场方向垂直
解析:
本题主要考查带电粒子在磁场中运动的知识.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时,向心力是由洛伦兹力提供的,因此由牛顿第二定律得:
f=Bqv=
,又T=
.所以得T=
,由此可以确定,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与速率无关,则A、B错;由左手定则可确定带电粒子匀速圆周运动时,速度的方向与磁场的方向是垂直的关系,则C错D对.
答案:
D
5.如图10所示,带正电的小球通过绝缘柄固定在A处,匀强磁场方向垂直纸面向里.若将匀强磁场向右水平平移,则有关洛伦兹力的分析,正确的是( )
图10
A.由于带电小球静止,所以它不受洛伦兹力
B.小球会受到洛伦兹力,其方向向上
C.小球会受到洛伦兹力,其方向向下
D.若磁场沿垂直纸面方向平移,则小球不受洛伦兹力作用
解析:
受洛伦兹力的运动电荷的速度不是相对地面的,而是相对于磁场的.由此可知,以磁场为参考系来分析该小球的受力是巧解本题的关键.
答案:
CD
6.下列有关带电粒子运动的说法中,正确的是(不计重力)( )
A.沿着电场线方向飞入匀强电场,动能一定变化
B.沿着磁感线方向飞入匀强磁场,动能一定变化
C.垂直于电场线方向飞入匀强电场,动能一定变化
D.垂直于磁感线方向飞入匀强磁场,动能一定不变
解析:
沿着电场线方向飞入匀强电场的带电粒子,动能一定变化,但沿着磁感线方向飞入匀强磁场,由于不受洛伦兹力作用,动能一定不变;若垂直于电场线方向飞入匀强电场,动能一定变化,但垂直于磁感线方向飞入匀强磁场,动能不变,所以A、C、D对,B错.
答案:
ACD
图11
7.如图11所示,一个带正电荷的小球沿光滑水平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s1,着地速度大小为v1;若撤去磁场而其余条件不变时,小球飞行的时间为t2,水平射程为s2,着地速度大小为v2,则( )
A.s1>s2 B.t1>t2
C.v1>v2D.v1=v2
图12
解析:
没有磁场时,小球飞落过程为平抛运动.当空间有匀强磁场时,分析小球飞落过程中任一位置受力情况如图12所示.由于时刻与瞬时速度垂直的洛伦兹力对小球竖直分运动的影响,在同样落差下与平抛运动只受重力作用相比,小球落地时间加长,所以t1>t2.从洛伦兹力对水平分运动的影响可知,小球水平分速度将比平抛时加大,而且又有t1>t2,则必有s1>s2.由于洛伦兹力做功为零,而两种情况下重力对小球做功相等,所以落地速度大小相同,即v1=v2,当然两种情况下小球落地时速度的方向不同.
答案:
ABD
8.如图13所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中.质量为m、带电量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是( )
图13
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向下
D.B很大时,滑块可能静止于斜面上
解析:
带电量为+Q的小滑块从斜面顶端开始下滑的过程中,所受的洛伦兹力的方向垂直斜面向下,因此,滑块与斜面的压力增大,滑块受到的摩擦力增大,滑块到达地面的状态存在多种可能性,因此,其动能与B的大小有关,B很大时,滑块可能在斜面上匀速运动,但不可能静止于斜面上.
答案:
C
二、非选择题(9、10题各10分,11、12题各20分,共60分)
9.如图14阴极射线是从射线管的阴极发出的高速运动的粒子流,这些微观粒子是________.如图14,若在如图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场,阴极射线将________(填“向上”、“向下”、“向里”或“向外”)偏转.
图14
解析:
电子的偏转方向可由左手定则判断.
答案:
电子 向下
图15
10.一种测量血管中血流速度仪器的原理如图15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2.0mm,磁场的磁感应强度为0.08T,电压表测出的电压为0.10mV,则血流速度大小为________m/s.(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=
=
≈0.63m/s.
答案:
0.63
图16
11.一质量为m、带电荷量为+q的小球,用一长为l的绝缘细线悬挂在方向垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B,如图16所示,用绝缘的方法使小球位于与悬线呈水平的位置A,然后静止释放,小球运动的平面与B的方向垂直,求小球第一次和第二次经过最低点C时悬线的拉力FT1和FT2.
解析:
球由A运动到C的过程中,洛伦兹力始终与v的方向垂直,对小球不做功,只有重力做功,由动能定理有
mgl=
mv
,得vc=
在C点,由左手定则可知洛伦兹力向上,其受力情况如图17甲所示.
图17
由牛顿第二定律有FT1+F洛-mg=m
,又F洛=qvcB,所以FT1=3mg-qB
同理可得小球第二次经过C点时,受力情况如图17乙所示.
得FT2=3mg+qB
.
答案:
3mg-qB
3mg+qB
12.如图18所示,套在很长的绝缘直棒上的小球,其质量为m,带电荷量是+q,小球可在棒上滑动,将此棒竖直放在互相垂直且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中,电场强度是E,磁感应强度是B,小球与棒的动摩擦因数为μ,求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度。
图18
解析:
此类问题属于涉及加速度的力学问题,必定得用牛顿第二定律解决,小球受力分析如图19所示,根据牛顿第二定律列出方程有
图19
mg-μFN=ma①
FN-qE-qvB=0②
所以a=
故知v=0时,a最大,am=g-
.同样可知,a随v的增大而减小,当a减小到零时v达最大,故
mg=μ(qvmB+qE),得vm=
-
.
答案:
g-
-
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