2020-2021学年高中物理(人教版-选修3-1)第3章-第5节-课时作业.docx

第5节运动电荷在磁场中受到的力1洛伦兹力是指磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力的方向用左手定则判定，其内容为：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反洛伦兹力的方向始终与带电粒子的运动方向垂直，故洛伦兹力不转变带电粒子运动速度的大小，只转变粒子运动的方向洛伦兹力对带电粒子不做功2若带电粒子运动方向与磁感应强度方向垂直则FBqv.若带电粒子运动方向与磁感应强度方向的夹角为，则FBqvsin_3关于带电粒子所受洛伦兹力F、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是()AF、B、v三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、v，但B不愿定垂直于vCB必定垂直于F，但F不愿定垂直于vDv必定垂直于F、B，但F不愿定垂直于B答案B4下列说法正确的是()A运动电荷在磁感应强度不为零的地方，确定受到洛伦兹力的作用B运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度确定为零C洛伦兹力既不能转变带电粒子的动能，也不能转变带电粒子的速度D洛伦兹力对带电粒子不做功答案D解析运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力FqvBsin ，所以F的大小不但与q、v、B有关系，还与v的方向与B的夹角有关系，当0或180时，F0，此时B不愿定等于零，所以A、B错误；又洛伦兹力与粒子的速度始终垂直，所以洛伦兹力对带电粒子不做功，粒子的动能也就不变，但粒子速度方向要变，所以C错，D对5关于安培力和洛伦兹力，下面说法中正确的是()A洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力B安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力C安培力和洛伦兹力，二者是等价的D安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功答案BD解析安培力和洛伦兹力实际上都是磁场对运动电荷的作用力，但二者不是等价的，安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现，它可以对通电导体做功，但洛伦兹力不能对运动电荷做功6在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方置一根通有如图1所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将会()图1A向上偏转 B向下偏转C向纸内偏转 D向纸外偏转答案B解析由题意可知，直线电流的方向由左向右，依据安培定则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直纸面对里，而阴极射线电子运动方向由左向右，由左手定则知(电子带负电，四指要指向其运动方向的反方向)，阴极射线将向下偏转，故B选项正确【概念规律练】学问点一洛伦兹力的方向1以下四个图是表示磁场磁感应强度B、负电荷运动方向v和磁场对负电荷洛伦兹力F的相互关系图，这四个图中画得正确的是(B、v、F两两垂直)()答案ABC解析由左手定则可知四指指向正电荷运动的方向，当负电荷在运动时，四指指向的方向应与负电荷运动方向相反2如图2所示，匀强磁场的磁感应强度为B，带电粒子的速率为v，带电荷量为q，求各带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向图2答案(1)qvB，方向与v垂直斜向上(2)qvB，方向与v垂直斜向上(3)0(4)qvB，方向垂直纸面对里解析(1)因vB，所以F洛qvB，方向与v垂直斜向上(2)因vB，所以F洛qvB，方向与v垂直斜向上(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力(4)v与B的夹角为30，所以F洛qvBsin 30qvB，方向垂直纸面对里学问点二洛伦兹力的特点3带电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是()A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B假如把q改为q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变C洛伦兹力方向确定与电荷运动方向垂直，磁场方向确定与电荷运动方向垂直D粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变答案BD4有关洛伦兹力和安培力的描述，下列说法中正确的是()A通电直导线在匀强磁场中确定受到安培力的作用B安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现C带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功D通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行答案B解析通电直导线与磁场平行时，不受安培力，选项A错误；洛伦兹力对带电粒子不做功，选项C错误；安培力方向与磁场方向垂直，选项D错误；安培力是大量运动电荷受洛伦兹力的宏观表现，选项B正确点评本题考查了洛伦兹力和安培力的内在联系以及安培力公式F安BIL和洛伦兹力公式F洛qvB的成立条件，即B和I垂直以及B和v垂直5关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法中正确的是()A带电粒子沿电场线方向射入，电场力对带电粒子做正功，粒子动能确定增加B带电粒子垂直于电场线方向射入，电场力对带电粒子不做功，粒子动能不变C带电粒子沿磁感线方向射入，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能确定增加D不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能不变答案D解析带电粒子在电场中受到的电场力FqE，只与电场有关，与粒子的运动状态无关，做功的正负由角(力与位移方向的夹角)打算对选项A，只有粒子带正电时才成立；垂直射入匀强电场的带电粒子，不管带电性质如何，电场力都会做正功，动能增加带电粒子在磁场中的受力洛伦兹力FqvBsin ，其大小除与运动状态有关，还与角(磁场方向与速度方向之间夹角)有关，带电粒子从平行磁感线方向射入，不受洛伦兹力作用，粒子做匀速直线运动在其他方向上由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，故洛伦兹力对带电粒子始终不做功综上所述，正确选项为D.【方法技巧练】一、速度选择器问题的分析方法6在两平行金属板间，有如图3所示的相互正交的匀强电场和匀强磁场粒子以速度v0从两板的正中心垂直于电场方向和磁场方向从左向右射入时，恰好能沿直线匀速通过供下列各小题选择的答案有：图3A不偏转 B向上偏转C向下偏转 D向纸内或纸外偏转(1)若质子以速度v0从两板的正中心垂直于电场方向和磁场方向从左向右射入时，质子将_(2)若电子以速度v0从两板的正中心垂直于电场方向和磁场方向从左向右射入时，电子将_(3)若质子以大于v0的速度，沿垂直于匀强电场和匀强磁场的方向从两板正中心射入，质子将_答案(1)A(2)A(3)B解析分析粒子在场中的运动，须从分析带电粒子在相互正交的匀强电场和匀强磁场中受力状况入手设带电粒子的质量为m，带电荷量为q，匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为B.带电粒子以速度v垂直射入相互正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正电，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受磁场力方向向上，大小为Bqv.沿直线匀速通过时，明显有BqvqE，v，即匀速直线通过时，带电粒子的速度与其质量、电荷量无关假如粒子带负电，电场力方向向上，磁场力方向向下，上述结论照旧成立所以，(1)、(2)两小题应选A.若质子以大于v0的速度射入两板之间，由于磁场力FBqv，磁场力将大于电场力，质子带正电，将向上偏转第(3)小题应选择B.方法总结(1)正交的匀强电场和匀强磁场中电场强度、磁感应强度分别为E、B，有一带电粒子以确定的速度垂直电、磁场的方向射入电、磁场中，能匀速穿过电、磁场的条件是带电粒子的速度为：v，与带电粒子的质量、电荷量、电性等皆无关换句话说，带电粒子能否匀速垂直穿过电、磁场与粒子带电荷量、带电性质、粒子的质量无关(2)速度选择器选择的是粒子“速度”而非“速率”，只有当粒子以特定速率v，以确定的方向才可沿直线通过速度选择器7. 一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图4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时应接受的方法是()图4A增大电荷质量 B增大电荷电荷量C减小入射速度 D增大磁感应强度答案C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EqqvB.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、在洛伦兹力作用下带电体受力状况的动态分析方法8. 如图5所示，一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上，整个装置处于方向如图所示的匀强磁场B中现给滑环施以一个水平向右的瞬时速度，使其由静止开头运动，则滑环在杆上的运动状况可能是()图5A始终做匀速运动B先做减速运动，最终静止于杆上C先做加速运动，最终做匀速运动D先做减速运动，最终做匀速运动答案ABD解析带电滑环向右运动时所受洛伦兹力方向向上，其大小与滑环初速度大小有关由于滑环初速度的大小未具体给出，因而洛伦兹力与滑环重力可毁灭三种不同的关系：(1)当开头时洛伦兹力等于重力，滑环做匀速运动；(2)当开头时洛伦兹力小于重力，滑环将做减速运动，最终停在杆上；(3)当开头时洛伦兹力大于重力，滑环所受的洛伦兹力随速度减小而减小，滑环与杆之间的挤压力将渐渐减小，因而滑环所受的摩擦力减小，当挤压力为零时，摩擦力为零，滑环做匀速运动点评本题滑环在运动的过程中，洛伦兹力随速度变化而变化，会导致其他力随之发生变化9. 一个质量m0.1 g的小滑块，带有q5104C的电荷量，放置在倾角30的光滑斜面上(绝缘)，斜面固定且置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面对里，如图6所示，小滑块由静止开头沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取10 m/s2)求：图6(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)该斜面长度至少多长？答案(1)负电荷(2)3.5 m/s(3)1.2 m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作用，如右图所示，若要使小滑块离开斜面，则洛伦兹力F应垂直斜面对上，据左手定则可知，小滑块应带负电荷(2)小滑块沿斜面下滑的过程中，垂直于斜面的加速度为零时，由平衡条件得FFNmgcos ，当支持力FN0时，小滑块脱离斜面设此时小滑块速度为vmax，则此时小滑块所受洛伦兹力FqvmaxB，所以vmaxm/s3.5 m/s(3)设该斜面长度至少为l，则临界状况为刚滑到斜面底端时离开斜面由于下滑过程中只有重力做功，由动能定理得mglsin mv0所以斜面长至少为l m1.2 m1在以下几幅图中，洛伦兹力的方向推断不正确的是()答案C2带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用下列表述正确的是()A洛伦兹力对带电粒子做功B洛伦兹力不转变带电粒子的动能C洛伦兹力的大小与速度无关D洛伦兹力不转变带电粒子的速度方向答案B解析洛伦兹力的方向总跟速度方向垂直，所以洛伦兹力永不做功，不会转变粒子的动能，因此B正确3长直螺线管中通有电流，沿螺线管中心轴线射入一电子，若螺线管中电流增大，方向不变，电子在螺旋管中心轴线上运动状况是()A做匀速直线运动B做变加速直线运动C做变减速直线运动D做间距变大的螺旋运动答案A4如图7所示是电子射线管示意图接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出在荧光屏上会看到一条亮线要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可接受的是()图7A加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C加一电场，电场方向沿z轴负方向D加一电场，电场方向沿y轴正方向答案B解析依据左手定则可知，A所述状况电子受力沿y轴负向，故A错；B所述状况，电子受洛伦兹力沿z轴负方向，B对；C所述电场会使电子向z轴正方向偏转，C错；D所述电场使电子向y轴负方向偏转，D错5. 如图8所示，空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场的方向竖直向下，磁场方向垂直纸面对里，一带电油滴P恰好处于静止状态，则下列说法正确的是()图8A若撤去磁场，P可能做匀加速直线运动B若撤去电场，P确定做匀加速直线运动C若给P一初速度，P可能做匀速直线运动D若给P一初速度，P确定做曲线运动答案C解析若撤去磁场，油滴在重力和电场力作用下仍处于平衡状态，故A错；若撤去电场，P在重力作用下竖直向下加速，同时P又受到洛伦兹力作用，而洛伦兹力垂直速度方向，故P做曲线运动，B错；若所给初速度方向与磁场方向平行，油滴只受重力和电场力作用处于平衡状态，做匀速直线运动，否则做曲线运动，故C对，D错6如图9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()图9A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答案AD解析带电小球受到洛伦兹力和绳的拉力与速度方向时刻垂直，对小球不做功只转变速度方向，不转变速度大小，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. 7. 如图10所示，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面对里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，其中a静止，b向右做匀速运动，c向左做匀速运动，比较它们的重力Ga、Gb、Gc间的关系，正确的是()图10AGa最大 BGb最大CGc最大 DGb最小答案CD解析由于a静止，GaqE，电场力方向向上，带负电荷；由左手定则，b受洛伦兹力竖直向下，GbqvbBqE；由左手定则，c受洛伦兹力竖直向上，GcqEqvcB.由此可知：GbGaGc，故C、D正确8. 如图11所示，一个带正电荷的小球沿光滑水平绝缘的桌面对右运动，飞离桌子边缘A，最终落到地板上设有磁场时飞行时间为t1，水平射程为x1，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x2，着地速度大小为v2.则()图11Ax1x2 Bt1t2Cv1v2 Dv1v2答案ABD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状况如右图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t1t2.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t1t2，则必有x1x2.由于洛伦兹力做功为零，而两种状况下重力对小球做功相等，所以落地速度大小相同，即v1v2，当然两种状况下小球落地时速度的方向不同9如图12所示，两个平行金属板M、N间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区，电场方向由M板指向N板，磁场方向垂直纸面对里，OO为到两极板距离相等的平行两板的直线一质量为m，带电荷量为q的带电粒子，以速度v0从O点射入，沿OO方向匀速通过场区，不计带电粒子的重力，则以下说法正确的是()图12A带电荷量为q的粒子以v0从O点沿OO方向射入仍能匀速通过场区B带电荷量为2q的粒子以v0从O点沿OO射入仍能匀速通过场区C保持电场强度和磁感应强度大小不变，方向均与原来相反，粒子以v0从O点沿OO射入，则粒子仍能匀速通过场区D粒子仍以速度v0从右侧的O点沿OO方向射入，粒子仍能匀速通过场区答案ABC10一细棒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，棒与磁场垂直，磁感线方向垂直纸面对里，如图13所示，棒上套一个可在其上滑动的带负电的小环c，小环质量为m，电荷量为q，环与棒间无摩擦让小环从静止滑下，下滑中某时刻环对棒的作用力恰好为零，则此时环的速度为多大？图13答案解析小环沿棒下滑，对环进行受力分析可知，当环对棒的作用力为零时如图所示，其所受洛伦兹力大小F洛qvB，方向垂直于棒斜向上，应有F洛mgcos ，得v.11. 如图14所示，质量为m1 kg，电荷量为q5102 C的带正电的小滑块，从半径为R0.4 m的光滑绝缘圆弧轨道上由静止自A端滑下整个装置处在方向相互垂直的匀强电场与匀强磁场中已知E100 V/m，水平向右；B1 T，方向垂直纸面对里求：图14(1)滑块到达C点时的速度；(2)在C点时滑块对轨道的压力(g10 m/s2)答案(1)2 m/s方向水平向左(2)20.1 N方向竖直向下解析以滑块为争辩对象，自轨道上A点滑到C点的过程中，受重力mg，方向竖直向下；电场力qE，水平向右；洛伦兹力F洛qvB，方向始终垂直于速度方向(1)滑块滑动过程中洛伦兹力不做功，由动能定理得mgRqERmv得vC 2 m/s.方向水平向左(2)在C点，滑块受到四个力作用，如图所示，由牛顿其次定律与圆周运动学问得FNmgqvCBm得：FNmgqvCBm20.1 N由牛顿第三定律知：滑块在C点处对轨道的压力FNFN20.1 N，方向竖直向下