2019-2020年高中物理 5.5探究洛倫茲力自我小測 滬科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 5.5探究洛倫茲力自我小測 滬科版選修3-1 1關(guān)于安培力和洛倫茲力，下面說法中正確的是(　　) A．洛倫茲力和安培力是性質(zhì)完全不同的兩種力 B．安培力和洛倫茲力，其本質(zhì)都是磁場對運動電荷的作用力 C．安培力和洛倫茲力，兩者是等價的 D．安培力對通電導(dǎo)體能做功，但洛倫茲力對運動電荷不能做功 2下列說法正確的是(　　) A．運動電荷在磁感應(yīng)強度不為零的地方，一定受到洛倫茲力的作用 B．運動電荷在某處不受洛倫茲力的作用，則該處的磁感應(yīng)強度一定為零 C．洛倫茲力既不能改變帶電粒子的動能，也不能改變帶電粒子的速度 D．洛倫茲力對帶電粒子不做功 3在陰極射線管中電子流方向由左向右，其上方置一根通有如圖所示電流的直導(dǎo)線，導(dǎo)線與陰極射線管平行，則電子將(　　) A．向上偏轉(zhuǎn) B．向下偏轉(zhuǎn) C．向紙里偏轉(zhuǎn) D．向紙外偏轉(zhuǎn) 4來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將(　　) A．豎直向下沿直線射向地面 B．相對于預(yù)定地點向東偏轉(zhuǎn) C．相對于預(yù)定地點，稍向西偏轉(zhuǎn) D．相對于預(yù)定地點，稍向北偏轉(zhuǎn) 5帶電荷量為＋q的粒子在勻強磁場中運動，下列說法中正確的是(　　) A．只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同 B．如果把＋q改為－q，且速度相反，大小不變，則洛倫茲力的大小不變 C．洛倫茲力方向一定與粒子速度方向垂直，磁場方向一定與粒子運動方向垂直 D．粒子只受到洛倫茲力作用，其運動的動能、動量均不變 6在兩平行金屬板間，有如圖所示的互相正交的勻強電場和勻強磁場。α粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，恰好能沿直線勻速通過。供下列各小題選擇的答案有： A．不偏轉(zhuǎn) B．向上偏轉(zhuǎn) C．向下偏轉(zhuǎn) D．向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn) (1)若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，質(zhì)子將(　　) (2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，電子將(　　) (3)若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于電場方向和磁場方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將(　　) (4)若增大勻強磁場的磁感應(yīng)強度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場和磁場的方向，從兩極正中央射入時，電子將(　　) 7(xx寧夏)醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時，利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度。電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場是均勻的。使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示。由于 血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差。在達到平衡時，血管內(nèi)部的電場可看作是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零。在某次監(jiān)測中，兩觸點的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 μV，磁感應(yīng)強度的大小為0.040 T。則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為(　　) A．1.3 m/s，a正、b負(fù) B．2.7 m/s，a正、b負(fù) C．1.3 m/s，a負(fù)、b正 D．2.7 m/s，a負(fù)、b正 8如圖所示，一個帶負(fù)電的滑環(huán)套在水平且足夠長的粗糙絕緣桿上，整個裝置處在圖示的勻強磁場中，現(xiàn)給滑環(huán)施加一個水平向右的初速度，則環(huán)在桿上的運動情況是(　　) A．始終做勻速運動 B．先減速運動，最后靜止于桿上 C．先加速運動后勻速運動 D．先減速后勻速運動 9如圖所示，勻強磁場的方向垂直紙面向里，一帶電微粒從磁場邊界d點垂直于磁場方向射入，沿曲線dPa打到屏MN上的a點，通過Pa段用時為t.若該微粒經(jīng)過P點時，與一個靜止的不帶電微粒碰撞并結(jié)合為一個新微粒，最終打到屏MN上．兩個微粒所受重力均忽略。新微粒運動的(　　) A．軌跡為Pb，至屏幕的時間將小于t B．軌跡為Pc，至屏幕的時間將大于t C．軌跡為Pb，至屏幕的時間將等于t D．軌跡為Pa，至屏幕的時間將大于t 10如圖所示，一束電子的電荷量為e，以速度v垂直射入磁感應(yīng)強度為B、寬度為d的有界勻強磁場中，穿過磁場時的速度方向與原來電子入射方向的夾角是30，則電子的質(zhì)量是多少？電子穿過磁場的時間又是多少？ 11(xx全國Ⅰ)如圖，在x軸下方有勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于xOy平面向外。P是y軸上距原點為h的一點，N0為x軸上距原點為a的一點。A是一塊平行于x軸的擋板，與x軸的距離為，A的中點在y軸上，長度略小于。帶電粒子與擋板碰撞前后，x方向的分速度不變，y方向的分速度反向、大小不變。質(zhì)量為m，電荷量為q(q＞0)的粒子從P點瞄準(zhǔn)N0點入射，最后又通過P點。不計重力，求粒子入射速度的所有可能值。 12(xx全國Ⅱ)如圖，在寬度分別為l1和l2的兩個毗鄰的條形區(qū)域中分別有勻強磁場和勻強電場，磁場方向垂直于紙面向里，電場方向與電、磁場分界線平行向右。一帶正電荷的粒子以速率v從磁場區(qū)域上邊界的P點斜射入磁場，然后以垂直于電、磁場分界線的方向進入電場，最后從電場邊界上的Q點射出。已知PQ垂直于電場方向，粒子軌跡與電、磁場分界線的交點到PQ的距離為d。不計重力，求電場強度與磁感應(yīng)強度大小之比以及粒子在磁場與電場中運動時間之比。 參考答案 1解析：安培力和洛倫茲力實際上都是磁場對運動電荷的作用力，但兩者不是等價的，安培力實際上是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，它可以對通電導(dǎo)體做功，但洛倫茲力不能對運動電荷做功，所以A、C錯，B、D對。 答案：BD 2解析：運動電荷在磁場中所受的洛倫茲力F＝qvBsinθ，所以F的大小不但與q、v、B有關(guān)系，還與v的方向與B的夾角θ有關(guān)系，當(dāng)θ＝0或180時，F(xiàn)＝0，此時B不一定等于零，所以A、B錯誤；又洛倫茲力與粒子的速度始終垂直，所以洛倫茲力對帶電粒子不做功，粒子的動能也就不變，但粒子速度在只受洛倫茲力作用時要變。所以C錯，D對。 答案：D 3解析：由題圖可知，直線電流的方向由左向右，根據(jù)安培定則，可判定直導(dǎo)線下方的磁場方向為垂直紙面向里，而電子運動方向由左向右，由左手定則知(電子帶負(fù)電荷，四指要指向運動方向的反方向)，電子將向下偏轉(zhuǎn)，故B選項正確。 答案：B 4解析：地球表面地磁場方向由南向北，質(zhì)子是氫原子核，帶正電荷。根據(jù)左手定則可判定，質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東。 答案：B 5解析：因洛倫茲力的大小不僅與粒子速度大小有關(guān)，而且與粒子速度方向有關(guān)，如當(dāng)粒子速度與磁場垂直時，f＝qvB；當(dāng)粒子速度與磁場平行時，F(xiàn)＝0，再者由于洛倫茲力的方向永遠與粒子的速度方向垂直，因而速度方向不同時，洛倫茲力方向也不同，所以選項A是錯誤的。 又因?qū)ⅲ玵改為－q且速度反向，所形成的電流方向與原＋q運動形成的電流方向相同，由左手定則可知：洛倫茲力方向不變，再由f＝qvB知大小不變，所以選項B是正確的。 因粒子進入磁場時的速度方向可以與磁場方向有任意夾角，所以選項C是錯誤的。 因洛倫茲力總與速度方向垂直，因此洛倫茲力不做功，粒子動能不變，但洛倫茲力可以改變粒子的運動方向，使動量的方向不斷改變，所以選項D是錯誤的。 答案：B 6解析：不難看出，本題的四個小題，都是根據(jù)發(fā)散思維方法設(shè)計的。為解決本題，必須從分析帶電粒子在互相正交的勻強電場和勻強磁場中受力情況入手。 設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m，帶電荷量為q，勻強電場的電場強度為E、勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B。帶電粒子以速度v0垂直射入互相正交的勻強電場和勻強磁場中時，若粒子帶正電荷，則所受電場力方向向下，大小為qE；所受磁場力方向向上，大小為Bqv0。沿直線勻速通過時，顯然有Bqv0＝qE，v0＝，即沿直線勻速通過時，帶電粒子的速度與其質(zhì)量、電荷量無關(guān)。如果粒子帶負(fù)電荷，電場力方向向上，磁場力方向向下，上述結(jié)論仍然成立。所以，(1)(2)兩小題應(yīng)選A。 若質(zhì)子以大于v0的速度射入兩板之間，由于磁場力f＝Bqv，磁場力將大于電場力，質(zhì)子帶正電荷，將向上偏轉(zhuǎn)；第(3)小題應(yīng)選B。 磁場的磁感應(yīng)強度B增大時，電子射入的其他條件不變，所受磁場力f＝Bqv0也增大，電子帶負(fù)電荷，所受磁場力方向向下，將向下偏轉(zhuǎn)，所以第(4)小題應(yīng)選擇C。 答案：(1)A　(2)A　(3)B　(4)C 7解析：依據(jù)右手定則，正離子在磁場中受到洛倫茲力作用向上偏，負(fù)離子在磁場中受到洛倫茲力作用向下偏，因此電極a、b的極性為a正、b負(fù)；當(dāng)穩(wěn)定時，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零，則qE＝qvB，可得v＝＝＝≈1.3 m/s。 答案：A 8解析：對帶負(fù)電的滑環(huán)受力分析知，其受重力、彈力、洛倫茲力、摩擦力四個力的作用，當(dāng)初速度較小時，洛倫茲力也小，方向向上，小于重力的情況下，彈力是向上的，摩擦力與運動方向相反，做減速運動，直到停止；若進入時的初速度恰好讓洛倫茲力等于重力，則無摩擦力，滑環(huán)受力平衡，做勻速運動；若進入時的初速度很大，洛倫茲力也大，大于重力，彈力方向向下，有摩擦力，還是做減速運動，速度減小，洛倫茲力減小，彈力減小，摩擦力也減小，做加速度減小的減速運動，直到加速度等于零，做勻速運動。 答案：ABD 9解析：設(shè)帶電微粒質(zhì)量為m，速度為v，新微粒的質(zhì)量為m′，速度為v′，則帶電微粒與靜止的不帶電微粒碰撞并結(jié)合成新微粒的過程中，忽略外力的作用，系統(tǒng)動量守恒，有mv＝m′v′。碰前帶電微粒的半徑為R＝，碰后帶電微粒的半徑為R′＝，因mv＝m′v′，所以碰前和碰后的半徑相同，軌跡不變。又因為v′＜v，所以至屏幕的時間將大于t，選項D正確。 答案：D 10解：電子在磁場中運動時，只受洛倫茲力作用，故其軌道是圓弧的一部分。又因為洛倫茲力與速度v垂直，故圓心應(yīng)在電子穿入和穿出時洛倫茲力延長線的交點上。從圖中可以看出，AB弧所對的圓心角θ＝30＝，OB即為半徑r，由幾何關(guān)系可得r＝＝2d。由半徑公式r＝得m＝＝。 帶電粒子通過AB弧所用的時間，即穿過磁場的時間為 t＝T＝T＝＝＝。 11解：設(shè)粒子的入射速度為v，第一次射出磁場的點為N0′，與板碰撞后再次進入磁場的位置為N1。粒子在磁場中運動的軌道半徑為R，有 R＝① 粒子速率不變，每次進入磁場與射出磁場位置間距離x1保持不變，有 x1＝N0′N0＝2Rsinθ② 粒子射出磁場與下一次進入磁場位置間的距離x2始終不變，與N0′N1相等。由圖可以看出x2＝a③ 設(shè)粒子最終離開磁場時，與擋板相碰n次(n＝0,1,2，…)。若粒子能回到P點，由對稱性，出射點的x坐標(biāo)應(yīng)為－a，即(n＋1)x1－nx2＝2a④ 由③④兩式得 x1＝a⑤ 若粒子與擋板發(fā)生碰撞，有 x1－x2＞⑥ 聯(lián)立③④⑥式得 n＜3⑦ 聯(lián)立①②⑤式得 v＝a⑧ 把sinθ＝ 代入⑧中得 v0＝，n＝0⑨ v1＝，n＝1⑩ v2＝，n＝2。 12解析：本題考查帶電粒子在有界磁場中的運動。 粒子在磁場中做勻速圓周運動，如圖所示。由于粒子在分界線處的速度與分界線垂直，圓心O應(yīng)在分界線上，OP長度即為粒子運動的圓弧的半徑R。由幾何關(guān)系得R2＝l＋(R－d)2① 設(shè)粒子的質(zhì)量和所帶正電荷分別為m和q，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得 qvB＝m② 設(shè)P′為虛線與分界線的交點，∠POP′＝α，則粒子在磁場中的運動時間為 t1＝③ 式中有 sinα＝④ 粒子進入電場后做類平拋運動，其初速度為v，方向垂直于電場，設(shè)粒子的加速度大小為a，由牛頓第二定律得 qE＝ma⑤ 由運動學(xué)公式有 d＝at⑥ l2＝vt2⑦ 式中t2是粒子在電場中運動的時間，由①②⑤⑥⑦式得 ＝v⑧ 由①③④⑦式得 ＝arcsin。 答案：arcsin