高中物理选修3-5-23

5运动电荷在磁场中受到的力A组1.来自宇宙的质子流,以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点,则这些质子在进入地球周围的空间时,将()A.竖直向下沿直线射向地面B.相对于预定地点,稍向东偏转C.相对于预定地点,稍向西偏转D.相对于预定地点,稍向北偏转解析:赤道上方地磁场方向由南向北,质子是氢原子核,带正电,根据左手定则可判定,这些质子在进入地球周围空间时,将相对预定地点,稍向东偏转。

答案:B2.在匀强磁场中,一带电粒子沿着垂直磁感应强度的方向运动。

现将该磁场的磁感应强度增大为原来的2倍,则该带电粒子受到的洛伦兹力()A.变为原来的14B.增大为原来的4倍C.减小为原来的12D.增大为原来的2倍解析:由洛伦兹力的公式F=qvB可知,磁感应强度增大为原来的2倍,带电粒子受到的洛伦兹力也增大为原来的2倍。

答案:D3.关于电荷所受静电力和洛伦兹力,正确的说法是()A.电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用B.电荷在电场中一定受静电力作用C.电荷所受静电力一定与该处电场方向一致D.电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直解析:电荷在电场中一定受静电力作用,但在磁场中,只有电荷运动并且运动方向与磁场方向不平行时才受磁场力作用,选项A错误,选项B正确。

电荷受静电力的方向与电场方向相同或相反,电荷若受磁场力,则磁场力方向与磁场方向一定垂直,选项C、D错误。

答案:B4.一个运动电荷通过某一空间时,没有发生偏转,那么就这个空间是否存在电场或磁场,下列说法中正确的是()A.一定不存在电场B.一定不存在磁场C.一定存在磁场D.可以既存在磁场,又存在电场解析:运动电荷没有发生偏转,说明速度方向没变,此空间可以存在电场,如运动方向与电场方向在同一直线上;也可以存在磁场,如v平行于B;也可能既有电场,又有磁场,如正交的电、磁场,qE=qvB时。

答案:D5.带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场,恰做匀速直线运动,如图所示,若油滴质量为m,磁感应强度为B,则下列说法正确的是()A.油滴必带正电荷,电荷量为2mgv0BB.油滴必带负电荷,比荷qm =gv0BC.油滴必带正电荷,电荷量为mgv0BD.油滴带什么电荷都可以,只要满足q=mgv0B解析:油滴水平向右匀速运动,其所受洛伦兹力必向上与重力平衡,故带正电,其电荷量q=mgv0B,选项C正确。

答案:C6.(多选)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.若把+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.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,也一定与磁场方向垂直D.粒子在只受洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变解析:因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关,而且与粒子速度的方向有关,选项A 错误;因为把+q 改为-q 且速度反向时,由左手定则可知洛伦兹力方向不变,再由F=qvB 知大小不变,选项B 正确;洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,也一定与磁场方向垂直,选项C 正确;因为洛伦兹力总与速度方向垂直,因此洛伦兹力不做功,粒子动能不变,但洛伦兹力可以改变粒子的运动方向,使粒子速度的方向不断改变,选项D 错误。

答案:BC 7.(多选)如图所示,在平行带电金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场,质子、氘核、氚核沿平行于金属板方向,以相同动能射入两极板间,其中氘核沿直线运动,未发生偏转,质子和氚核发生偏转后射出,则( ) A.偏向正极板的是质子 B.偏向正极板的是氚核 C.射出时动能最大的是质子 D.射出时动能最大的是氚核解析:质子、氘核、氚核分别为 11H 、12H 、13H,由于它们的动能相同,由E k =12mv 2得v=√2E km,v 质子>v 氘>v 氚,根据氘核未发生偏转分析可知,氚核偏向静电力方向,偏向负极、静电力做正功、动能增大,质子偏向洛伦兹力方向即偏向正极板,静电力做负功、动能减小,选项A 、D 正确。

答案:AD 8.如图所示为一电磁流量计的示意图,截面为一正方形的非磁性管,其每边长为d,内有导电液体流动,在垂直液体流动的方向加一指向纸里的匀强磁场,磁感应强度为B。

现测得液体表面M、N两点间电势差为U,求管内导电液体的流量Q。

解析:M、N两点电势差达到稳定的条件q Ud=qvB解得导电液体的流速v=UBd导电液体的流量Q=Sv=d 2UBd =dUB。

答案:dUBB组1.如图所示,在真空中,水平导线中有恒定电流I通过,导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同,则质子可能的运动情况是()A.沿路径a运动B.沿路径b运动C.沿路径c运动D.沿路径d运动解析:由安培定则,电流在下方产生的磁场方向指向纸外,由左手定则,质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上。

则质子的轨迹必定向上弯曲,因此C、D必错误。

由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直,故其运动轨迹必定是曲线,则B正确,A错误。

答案:B2.如图所示,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、电荷量为+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()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:由左手定则知选项C正确。

而F f=μF N=μ(mg cos θ+BQv),知其要随速度增加而变大,选项A错误。

若滑块滑到底端已达到匀速运动状态,应有F f=mg sin θ,可得v=mgBQ (sinθμ-cosθ),可看到v随B的增大而减小。

若滑块滑到底端时还处于加速运动状态,则B越大,F f越大,滑块克服阻力做功越多,到达斜面底端的速度越小,动能越小,选项B错误。

当滑块能静止于斜面上时应有mg sin θ=μmg cos θ,即μ=tan θ,与B的大小无关,选项D错误。

答案:C3.如图所示,三个相同的带负电的小球从同一高度开始自由下落,其中a直接落地,b下落过程中经过一个水平方向的匀强电场区,c下落时经过一个水平方向(垂直纸面向里)的匀强磁场区。

不计空气阻力,设它们落地速度大小分别为v a、v b、v c,则()A.v a=v b=v cB.v a>v b>v cC.v a<v b=v cD.v a=v c<v b解析:a球下落过程中,只受重力,重力做正功,落地速度为v a;b球下落过程中受重力和静电力作用,且重力和静电力都做正功,所以落地速度v b>v a;c球下落过程中受重力和洛伦兹力,洛伦兹力不做功,只有重力做功,所以落地速度v c=v a,故v a=v c<v b,选项D正确。

答案:D4.(多选)方向如图所示的匀强电场(电场强度为E )和匀强磁场(磁感应强度为B )共存的场区,一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度v 0射入场区,则( ) A.若v 0>E B,电子沿轨迹Ⅰ运动,出场区时速度v>v 0 B.若v 0>E B ,电子沿轨迹Ⅱ运动,出场区时速度v<v 0 C.若v 0<E B ,电子沿轨迹Ⅰ运动,出场区时速度v>v 0 D.若v 0<E B ,电子沿轨迹Ⅱ运动,出场区时速度v<v 0解析:当qvB=qE 时,电子沿直线运动,v=E B,当v 0>E B,即洛伦兹力大于静电力,因而轨迹向下偏转,静电力做负功,动能减小,出场区时速度v<v 0,选项B 正确,选项A 错误;当v 0<E B,即洛伦兹力小于静电力,电子向上偏转,静电力做正功,出场区时速度v>v 0,选项D 错误,选项C 正确。

答案:BC 5.如图所示,摆球带有负电的单摆,在一匀强磁场中摆动,匀强磁场的方向垂直于纸面向里,摆球在A 、B 间摆动过程中,由A 摆到最低点C 时,摆线拉力大小为F 1,摆球加速度大小为a 1;由B 摆到最低点C 时,摆线拉力大小为F 2,摆球加速度大小为a 2,则( ) A.F 1>F 2,a 1=a 2 B.F 1<F 2,a 1=a 2 C.F 1>F 2,a 1>a 2D.F 1<F 2,a 1<a 2解析:由于洛伦兹力不做功,所以从B 和A 分别到达C 点的速度大小相等,由a=v 2r可得a 1=a 2。

当由A 运动到C 时,以摆球为研究对象受力分析如图甲所示,F 1+F 洛-mg=ma① 当由B 运动到C 时,受力分析如图乙所示,F 2-F 洛-mg=ma ②由①②可得F 2>F 1,故选B 。

答案:B6.质量为m 、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mg sin 45°=Eq sin 45°,所以E=mg q。

(2)由平衡条件得mgcos45°=qvB ,所以B=√2mgqv。

答案:(1)mg q(2)√2mgqv正。