2019-2020版高中物理 第三章 5 運動電荷在磁場中受到的力課時作業(yè) 新人教版選修3-1

5運動電荷在磁場中受到的力1.(多選)關(guān)于安培力和洛倫茲力,下面說法中正確的是(BD)A.洛倫茲力和安培力是性質(zhì)完全不同的兩種力B.洛倫茲力和安培力,其本質(zhì)都是磁場對運動電荷的作用力C.安培力就是洛倫茲力,二者是等價的D.安培力對通電導(dǎo)線能做功,但洛倫茲力對運動電荷不能做功解析:磁場對電流的作用力稱為安培力,安培力的實質(zhì)是形成電流的定向移動的電荷所受洛倫茲力的合力,安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),而洛倫茲力是安培力的微觀體現(xiàn),選項B正確,A,C錯誤;安培力能使通電導(dǎo)體在安培力方向發(fā)生位移,能做功,洛倫茲力始終與粒子速度方向垂直,故不做功,選項D正確.2.初速度為v0的電子,沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出,直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運動方向如圖所示,則(A)A.電子將向右偏轉(zhuǎn),速率不變B.電子將向左偏轉(zhuǎn),速率改變C.電子將向左偏轉(zhuǎn),速率不變D.電子將向右偏轉(zhuǎn),速率改變解析:由安培定則可知直線電流右側(cè)磁場的方向垂直紙面向里,根據(jù)左手定則可知電子所受洛倫茲力方向向右,由于洛倫茲力不做功,電子速率不變,選項A正確.3.在長直通電螺線管中通入電流i(如圖所示電流的方向周期性改變),并沿著其中心軸線OO的方向射入一速度為v的電子,則此電子在螺線管內(nèi)部空間運動的情況是(A)A.勻速直線運動 B.來回往復(fù)運動C.變速直線運動 D.曲線運動解析:雖然電流i的方向周期性改變,但螺線管內(nèi)部的磁場方向與軸線平行,故電子進入螺線管后不受洛倫茲力而做勻速直線運動,選項A正確.4.(2019·寧夏石嘴山三中高二期末)在一絕緣、粗糙且足夠長的水平管道中有一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電小球,管道半徑略大于小球半徑,整個管道處于磁感應(yīng)強度為B的水平勻強磁場中,磁感應(yīng)強度方向與管道垂直,現(xiàn)給帶電小球一個水平速度v0,且v0<,則在整個運動過程中,帶電小球克服摩擦力所做的功為(C)A.0 B.m()2C.m D.m+()2解析:由于v0<,則qv0B<mg,小球受到摩擦力做減速運動到靜止,只有摩擦力做功.根據(jù)動能定理得-W=0-m即W=m,故C正確.5.截面為矩形的載流金屬導(dǎo)體置于磁場中,如圖所示,關(guān)于導(dǎo)體中出現(xiàn)的現(xiàn)象,下列說法正確的是(A)A.在b表面聚集正電荷,而a表面聚集電子B.在a表面聚集正電荷,而b表面聚集電子C.開始通電時,電子做定向移動并向b偏轉(zhuǎn)D.兩個表面電勢不同,a表面電勢較高解析:金屬導(dǎo)體靠電子導(dǎo)電,金屬正離子并沒有移動,而電流由金屬導(dǎo)體中的自由電子的定向移動(向左移動)形成.根據(jù)左手定則可知,電子受洛倫茲力方向指向a表面一側(cè),在a表面進行聚集,所以在b表面聚集正電荷,使b表面電勢高于a表面電勢,選項A正確.6.(2019·四川攀枝花期末)如圖所示,兩根長直導(dǎo)線豎直插入光滑絕緣水平面的M,N兩小孔中,O為M,N連線的中點,連線上a,b兩點關(guān)于O點對稱.導(dǎo)線中均通有大小相等、方向向下的電流.已知長直導(dǎo)線在周圍產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強度B=,式中K是常數(shù)、I是導(dǎo)線中的電流、r為到導(dǎo)線的距離.一帶正電小球以初速度v0從a點出發(fā)沿連線運動到b點,關(guān)于該過程中小球?qū)λ矫娴膲毫?下列說法中正確的是(D)A.先增大后減小 B.先減小后增大C.一直在增大 D.一直在減小解析:根據(jù)安培定則和磁場的疊加規(guī)律可知,從a點出發(fā)沿連線運動到O點,磁場方向垂直于MN向外且減弱,過O點后又反向增強,根據(jù)左手定則可知,帶正電的小球受到的洛倫茲力方向先向下,大小在減小,過O點后洛倫茲力的方向向上,大小在增大.而小球在速度方向上不受力的作用,則做勻速直線運動,即小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹跍p小,故A,B,C錯誤,D正確.7.(2019·貴州思南中學(xué)高二期末)(多選)如圖所示,在水平勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場中,有一豎直足夠長固定絕緣桿MN,小球P套在桿上,已知P的質(zhì)量為m,電荷量為+q,電場強度為E,磁感應(yīng)強度為B,P與桿間的動摩擦因數(shù)為,重力加速度為g.小球由靜止開始下滑直到穩(wěn)定的過程中(BCD)A.小球的加速度先減小后增大B.下滑加速度最大時速度v=C.下滑加速度為最大加速度一半時的速度可能是D.小球最終速度解析:開始時小球受靜電力、重力、支持力及摩擦力,靜電力水平向左,摩擦力豎直向上,小球的加速度為a=;下滑后,小球速度增大,受到水平向右的洛倫茲力,則桿對小球的支持力減小,摩擦力減小,合力增大,加速度增大;當洛倫茲力等于靜電力時,支持力為零,摩擦力為零,此時加速度為g達到最大,此時qvB=qE,即v=;此后小球繼續(xù)加速,洛倫茲力將大于靜電力,桿對小球的支持力變?yōu)樗较蜃?隨著速度增大,洛倫茲力增大,則桿對小球的支持力將增大,摩擦力隨之增大,小球的合力減小,加速度減小,所以小球的加速度先增大后減小,當加速度減小為零,即a=0時,速度達到最大,則有mg=(qvmB-qE),最大速度為vm=,故A錯誤,B,D正確;下滑加速度為最大加速度一半有兩種情況:在洛倫茲力小于靜電力時,有mg-(qE-qv1B)=m·,解得v1=;在洛倫茲力大于靜電力時,有mg-(qv2B-qE)=m·g,解得v2=,故C正確.8.(2019·重慶期末)(多選)如圖所示,在豎直平面內(nèi)放一個光滑絕緣的半圓形軌道,圓心O與軌道左、右最高點a,c在同一水平線上,水平方向的勻強磁場與半圓形軌道所在的平面垂直.一個帶負電荷的小滑塊由靜止開始從半圓軌道的最高點a滑下,則下列說法中正確的是(AD)A.滑塊經(jīng)過最低點b時的速度與磁場不存在時相等B.滑塊從a點到最低點b所用的時間比磁場不存在時短C.滑塊經(jīng)過最低點b時對軌道壓力與磁場不存在時相等D.滑塊能滑到右側(cè)最高點c解析:滑塊下滑時受到重力、洛倫茲力、軌道的支持力,洛倫茲力與軌道支持力不做功,只有重力做功,由動能定理可知,滑塊到達最低點時的速度與磁場不存在時的速度相等,故A正確;由于滑塊做圓周運動,滑塊受到的洛倫茲力與滑塊運動的方向垂直,洛倫茲力不對滑塊做功,滑塊的加速度與沒有磁場時相比,在各點都是相等的,所以滑塊從a點到最低點b所用的時間與磁場不存在時相等,故B錯誤;滑塊做圓周運動,由牛頓第二定律得F-mg-qvB=m,則F=mg+qvB+m,滑塊對軌道的壓力為F=F=mg+qvB+m,由此可知,滑塊經(jīng)過最低點時對軌道的壓力比磁場不存在時大,故C錯誤;滑塊在下滑過程中,只有重力做功,滑塊的機械能守恒,所以滑塊能到達右側(cè)的最高點c,故D正確.9.(2019·四川射洪縣期末)如圖所示,質(zhì)量為M的絕緣足夠長的木板Q放置在光滑的水平面上.質(zhì)量為m的物塊P疊放在Q的左端,PQ所在空間存在著如圖所示的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B.P帶正電,電荷量為q,Q不帶電,P,Q之間的動摩擦因數(shù)為.一水平恒力F作用在Q上,使P,Q由靜止開始向左運動.在運動的過程中,下列說法正確的是(D)A.P和Q一起運動時,PQ間的摩擦力逐漸減小B.P剛好脫離Q時,P的速度大小為2C.P脫離Q后,Q做勻速直線運動D.P,Q剛好發(fā)生相對滑動時P的速度大小為 -解析:P,Q發(fā)生相對滑動前,對整體水平方向有F=(M+m)a,則做勻加速直線運動,對P有Ff=ma,即PQ間摩擦力不變,故A錯誤;當物塊P受到的洛倫茲力的大小與重力相等時,有mg=qvB,即速度達到v=時,P剛好脫離Q,故B錯誤;P脫離Q后,Q在水平恒力作用下做勻加速直線運動,故C錯誤;P,Q剛好發(fā)生相對滑動時,設(shè)P的速度為v,則有(mg-qvB)=ma;而a=,解得v=-,故D正確.(教師備用)如圖所示,一根足夠長的光滑絕緣桿MN,與水平面夾角為37°,固定在豎直平面內(nèi),垂直紙面向里的勻強磁場B充滿桿所在的空間,桿與B垂直,質(zhì)量為m的帶電小環(huán)沿桿下滑到圖中的P處時,對桿有垂直桿向下的壓力作用,壓力大小為0.4mg,已知小環(huán)的帶電荷量為q,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.問:(1)小環(huán)帶什么電?(2)小環(huán)滑到P處時的速度多大?解析:(1)小環(huán)重力在垂直桿方向上的分力G1=Gcos 37°=0.8mg,在P處時,小環(huán)對桿的壓力垂直于桿向下,大小為0.4mg,由牛頓第三定律可知桿對環(huán)的彈力垂直于桿向上且小于0.8mg,小環(huán)受到洛倫茲力的方向應(yīng)垂直于桿指向左斜向上,根據(jù)左手定則,小環(huán)帶負電.(2)在垂直桿方向上,根據(jù)平衡條件有F+FN=G1,又F=qvB可得v=.答案:(1)負電(2)5