高中物理《磁場對運動電荷的作用力》課時練習新人教版選修

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1、 物理：新人教選修 3-1 《磁場對運動電荷的作用力》課時練習 1.如圖 3－5－ 16 所示，空間存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場，電場的方向豎直向 下，磁場方向垂直紙面向里，一帶電油滴 P 恰好處于靜止狀態(tài)，則下列說法正確的是 ( ) 圖 3－ 5－ 16 A．若撤去磁場， P 可能做勻加速直線運動 B．若撤去電場， P 一定做勻加速直線運動 C．若給 P 一初速度， P 可能做勻速直線運動 D．若給 P 一初速度， P 一定做曲線運動 [ 解析： 選 C.若撤去磁場，油滴

2、在重力和電場力作用下仍處于平衡狀態(tài)，故 A 錯；若撤 去電場， P 在重力作用下豎直向下加速， 同時 P 又受到洛倫茲力作用， 而洛倫茲力垂直速度 方向， 故 P 做曲線運動， B 錯；若所給初速度方向與磁場方向平行，油滴只受重力和電場力 作用處于平衡狀態(tài)，做勻速直線運動，否則做曲線運動，故 C 正確， D 錯誤． 2.如圖 3－5－ 17 所示，一個帶正電荷的小球沿水平光滑絕緣的桌面向右運動，飛離桌 子邊緣 A，最后落到地板上． 設有磁場時飛行時間為 t1，水平射程為 x1，著地速度大小為 v1； 若撤去磁場，其余條件不變時，小球飛行時間為 t2，水平射程為

3、 x2，著地速度大小為 v2.則 下列結論不．正確的是 ( ) 圖 3－ 5－ 17 A． x1＞ x2 B ．t 1＞ t2 C． v1＞ v2 D． v1 和 v2 相同 答案： CD 3.如圖 3－5－ 18 所示，某空間勻強電場豎直向下，勻強磁場垂直紙面向里，一金屬棒 A B 從高 h 處自由下落，則 ( ) 圖 3－ 5－ 18 A． A 端先著地 B． B 端先著地 C．兩端同時著地 D．以上說法均不正確 解析： 選 B.AB 棒中自由電子隨棒

4、一起下落，有向下的速度，并受到向左的洛倫茲力， 故自由電子往左端集中，因此 A 端帶負電， B 端帶正電． A 端受到向上靜電力， B 端受到向 下靜電力， B 端先著地． 1 4.長方體金屬塊放在勻強磁場中，有電流通過金屬塊，如圖 3－ 5－ 19 所示，則下面說法正確的是 ( ) 圖 3－ 5－ 19 A．金屬塊上下表面電勢相等 B．金屬塊上表面電勢高于下表面電勢 C．金屬塊上表面電勢低于下表面電勢 D．無法比較兩表面的電勢高低 答案： B

5、 5．用絕緣細線懸掛一個質量為 m，帶電荷量為＋ q 的小球，讓它處于如圖 3－ 5－ 20 所 示的磁感應強度為 B 的勻強磁場中．由于磁場的運動，小球靜止在如圖 位置，這時懸線與 豎直方向夾角為 α，并被 拉緊，則磁場的運動速度和方向是 ( ) 圖 3－ 5－ 20 mg A． v＝ Bq ，水平向右 mg B． v＝ Bq ，水平向左 mgtan α C． v＝ ，豎直向上 Bq mgtan α D． v＝ Bq ，豎直向下 答案： C

6、 6．如圖 3－5－ 21 所示，相距為 d 的兩平行金屬板水平放置， 板間存在垂直紙面向里的 勻強磁場，閉合開關 S，一個帶電粒子恰能以水平速度 v 向右勻速通過板間區(qū)域，若不計粒 子重力，要使帶電粒子仍能勻速通過板間區(qū)域，下列說法正確的是 ( ) 圖 3－ 5－ 21 A．把兩板間距離減 小一半，同時把粒子速率增加一倍 B．把兩板間距離增大一倍，同時把板間磁感應強度增大一倍 C．斷開 S，板間距離增大一倍，同時板間磁感應強度減小一半D．斷開 S，板間距離減小一半，同時把粒子速率減小一半

7、答案： A 2 7．如圖 3－5－ 22 所示，甲帶正電，乙是不帶電的絕緣物塊，甲、乙疊放在一起置于粗 糙的地板上，空間有垂直紙面向里的勻強磁場，用水平恒力 F 拉乙物塊，使甲、乙無相對 滑動一起向左加速運 動，在加速階段 ( ) 圖 3－ 5－ 22[ A．甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷增大 B．甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小 C．甲、乙兩物塊間的摩擦力大小不變 D．乙物塊與地面間的摩擦力不斷增大 解析： 選 BD. 甲受洛倫茲力向下，隨 v 增大而增大，乙與地面之間摩擦

8、力為 Ff 滑＝ μFN 地 ， FN 地增加， Ff 滑 增大， a＝ F－Ff 滑 Ff 靜 ＝m 甲 a，減?。? 減小，所以甲、乙間摩擦力為 m 8.如圖 3－5－ 23 所示，一個帶負電的滑環(huán)套在水平且足夠長的粗糙的絕緣桿上，整個 裝置處于方向如圖所示的勻強磁場 B 中．現(xiàn)給滑環(huán)施以一個水平向右的瞬時速度，使其由 靜止開始運動，則滑環(huán)在桿上的運動情況可能是 ( ) 圖 3－ 5－ 23 A．始終做勻速運動 B．開始做減速運動，最后靜止于桿上 C．先做加速運動，

9、最后做勻速運動 D．先做減速運動，最后做勻速運動 [ 解析： 選 ABD. 帶電滑環(huán)向右運動所受洛倫茲力方向向上，其大小與滑環(huán)初速度大小有 關．由于滑環(huán)初速度的大小未具體給定，因而洛倫茲力與滑環(huán)重力可出現(xiàn) 三種不同的關系： (1)當洛倫茲力等于重力時，則滑環(huán)做勻速運動； (2)當洛倫茲力小于重力時，滑環(huán)將做減速運動，最后停在桿上； (3)當洛倫茲力開始時大于重力時，滑環(huán)所受的洛倫茲力隨速度減小而減小， 滑環(huán)與桿 之間擠壓力將逐漸減小，因而滑環(huán)所受的摩擦力減小，當擠壓力為零時，摩擦力為零，滑環(huán) 做勻速運動． 9．如圖 3－ 5－24 所示為一

10、速度選擇器，也稱為濾速器的原理圖． K 為電子槍， 由槍中 沿 KA 方向射出的電子，速率大小不一．當電子通過方向互相垂直的均勻電場和磁場后，只 有一定 速率的電子能沿直線前進，并通過小孔 S.設產生勻強電場的平行板間的電壓為 300 V ，間距為 5 cm，垂直紙面的勻強磁場的磁感應強度為 0.06 T，問： 圖 3－ 5－ 24 (1)磁場的方向應該垂直紙面向里還是向外？ 3 (2)速度為多大的電子才能通過小孔 S? 解析： (1) 由題圖可知，平行板產生的電場強度 E 方向向下，使

11、帶負電的電子受到的電 場力 F E＝ eE 方向向上．若沒有磁場，電子束將向上偏轉．為了使電子能夠穿過小孔 S，所 加的磁場施于電子束的洛倫茲力必須是向下的． 根據(jù)左手定則分析得出， B 的方向垂直于紙 面向里． (2)電子受到的洛倫茲力為 FB ＝ evB，它的大小與電子速率 v 有關．只有那些速率的大小 剛好 使得洛倫茲力與電場力相平衡的電子， 才可沿直線 KA 通過小孔 S.據(jù)題意， 能夠通過小 孔的電子，其速率滿足下式： E U U evB＝eE，解得： v＝B.又因為 E＝ d ，所以 v＝ Bd， 將 U＝ 300 V ， B

12、＝ 0.06 T， d＝ 0.05 m 代入上式，得 v＝ 105 m/s 即只有速率為 105 m/s 的電子可以通過小孔 S. 答案： (1) 向里 (2)105 m/s 10．如圖 3－ 5－25 所示，質量為 m 的帶正電小球能沿著豎直的絕緣墻豎直下滑，磁感 應強度為 B 的勻強磁場方向水平，并與小球運動方向垂直．若小球電荷量為 q，球與墻間的 動摩擦因數(shù)為 μ，則小球下滑的最大速度和最大加速度分別為多少？ 圖 3－ 5－ 25 答案： mg g μ qB

13、 11．如圖 3－ 5－ 26 所示，套在很長的絕緣直棒上的帶正電的小球，其質量為 m，帶電 荷量為＋ q，小球可在棒上滑動，現(xiàn)將此棒豎直放在互相垂直的勻強電場和勻強磁場中，電 場強度為 E，磁感應強度為 B，小球與棒的動摩擦因數(shù)為 μ，求小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度 (設小球電荷量不變 )． 圖 3－ 5－ 26 解析：小球下滑的開始階段受力情況如圖甲所示， 根據(jù)牛頓第二定律有： mg－ μF＝ ma， N 且 FN＝ F 電 －F 洛＝ qE －qvB， E 當 v 增大到使 F

14、洛＝ F 電，即 v1＝ B時，摩擦力 F＝0，則 amax＝ g. 當 v>v1 時，小球受力情況如圖乙所示，由牛頓第二定律有： mg－ μFN＝ma， 4 且 FN＝ F 洛 －qE ， F 洛＝ qvB， 當 v 大到使摩擦力 F ＝mg 時， a＝ 0，此時 v 達到最大值，即： mg＝ μ(qvmaxB－ qE)， 所以 vmax＝ mg＋ μ qE μ qB . mg＋

15、μ qE 答案： g μ qB －2 12．如圖 3－5－ 27 所示，質量為 m＝ 1 kg 、帶正電 q＝ 5 10 C 的小滑塊， 從半徑為 R ＝ 0.4 m 的光滑絕緣 1圓弧軌道上由靜止自 A 端滑下．整個裝置處在方向互相垂直的勻強電 4 場與勻強磁場中．已知 E＝ 100 V/m ，水平向右； B＝1 T，方向垂直紙面向里．求： 圖 3－ 5－ 27[ (1)滑塊 m 到達 C 點時的速度 ；

16、 (2)在 C 點時滑塊對軌道的壓力． 解析： 以滑塊為研究對象，自軌道上 A 點滑到 C 點的過程中，受重力 mg，方向豎直向 下；電場力 F E＝ qE，水平向右；洛倫茲力 FB＝ qvB，方向改變． 1 2 (1)滑動過程中洛倫茲力 FB＝ qvB 不做功，由動能定理得： mgR－ qER＝ 2mvC. 所以 vC＝ 2(mg－qE)R m 2(1 1

17、0－ 5 10－2 102) 0.4 ＝ 2(m/s)． ＝ 1 (2)在 C 點時滑塊受四個力作用，如圖所示，由牛頓第二定律與圓周運動知識得： [來 2 F N－ mg－ qvC vC B＝ m R . 2 2 vC 2 2 )N ＝ 20.1 N. 所以 F N＝ mg＋qvCB＋ m R ＝ (1 10＋ 5 10－ 1 2＋1 0.4

18、 由牛頓第三定律知，滑塊在 C 點處對軌道壓力 FN′ ＝ FN＝ 20.1 N. 答案： (1)2 m/s (2)20.1 N 5 6