假期培优解决方案+寒假专题突破练+高二物理（通用版）专题13　磁场对运动电荷的作用力

假期培优解决方案+寒假专题突破练+高二物理（通用版）专题13　磁场对运动电荷的作用力

专题13　磁场对运动电荷的作用力 题组1　洛伦兹力的理解 ‎1．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．如果把＋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，磁场方向一定与电荷运动方向垂直 D．粒子在只受到洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变 ‎2．带电荷量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下列说法正确的是(　　)‎ A．只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同 B．如果把＋q改为－q，且速度反向、大小不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变 C．只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用 D．带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小 ‎3．以下四个选项是分别对如图四种情况中各粒子所受洛伦兹力的方向的描述，其中正确的是(　　)‎ A．A中垂直于v，右上 B．B中垂直纸面向里 C．C中垂直纸面向外 D．D中垂直纸面向里 题组2　洛伦兹力与安培力 ‎4．关于安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是(　　)‎ A．带电粒子在磁场中运动时，有可能不受洛伦兹力作用 B．洛伦兹力对运动电荷一定不做功 C．放置在磁场中的通电直导线，一定受到安培力作用 D．放置在磁场中的通电直导线，有可能不受安培力作用 ‎5．如图1所示，P、Q是两个等量异种点电荷，MN是它们连线的中垂线，在垂直纸面的方向上有磁场．如果某正电荷以初速度v0沿中垂线MN运动，不计重力，则(　　) 图1‎ A．若正电荷做匀速直线运动，则所受洛伦兹力的大小不变 B．若正电荷做匀速直线运动，则所受洛伦兹力的大小改变 C．若正电荷做变速直线运动，则所受洛伦兹力的大小不变 D．若正电荷做变速直线运动，则所受洛伦兹力的大小改变 题组3　洛伦兹力作用下带电粒子的运动 ‎6．一个带正电的小球沿光滑绝缘的桌面向右运动，速度方向垂直于一个水平向里的匀强磁场，如图2所示，小球飞离桌面后落到地板上，设飞行时间为t1，水平射程为x1，着地速度为v1.撤去磁场，其余的条件不变，小球飞行时间为t2，水平射程为x2，着地速度为v2，则下列论述正确的是(　　)‎ A．x1>x2 B．t1>t2 图2‎ C．v1和v2大小相等 D．v1和v2方向相同 ‎7．如图3，一带电塑料小球质量为m，用绝缘悬线悬挂于O点，并在竖直平面内摆动，最大摆角为60°，水平磁场垂直于小球摆动的平面．当小球自左方摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，则小球自右方最大摆角处摆到最低点时悬线上的张力为(　　)‎ A．0 B．2mg C．4mg D．6mg 图3‎ ‎8．在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍从同一位置以原来的速度水平抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是(　　)‎ A．无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点 B．无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长 C．若小球带负电荷，小球会落在更远的b点 D．若小球带正电荷，小球会落在更远的b点 ‎9．三个相同的带电小球1、2、3，在重力场中从同一高度由静止开始落下，其中小球1通过一附加的水平方向匀强电场，小球2通过一附加的水平方向匀强磁场．设三个小球落到同一高度时的动能分别为E1、E2和E3，忽略空气阻力，则(　　)‎ A．E1＝E2＝E3 B．E1＞E2＝E3‎ C．E1＜E2＝E3 D．E1＞E2＞E3‎ ‎10.质量为m、电荷量为q的微粒，以与水平方向成θ角的速度v，从O点进入方向如图4所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法中正确的是(　　)‎ A．该微粒一定带负电荷 图4‎ B．微粒从O到A的运动可能是匀变速运动 C．该磁场的磁感应强度大小为 D．该电场的场强为 ‎11.如图5所示，质量m＝0.1 g的小球，带有q＝5×10－4 C的正电荷，套在一根与水平方向成θ＝37°角的绝缘杆上，小球可以沿杆滑动，与杆间的动摩擦因数μ＝0.4，这个装置放在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，求小球无初速度释放后沿杆下滑的最大加速度和最大速度．(g取10 N/kg) 图5 ‎ ‎12．如图6所示，绝缘光滑斜轨道与一竖直放置的半径为R＝0.5 m的绝缘光滑圆形轨道平滑相接，圆形轨道处在如图所示的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.5 T．有一质量m＝1×10－4 kg、电荷量q＝1.6×10－3 C的带正电小球，从斜槽上A点由静止滑下，当A距地面高度H为________，小球恰能通过圆轨道的最高点． 图6‎ 题组4　洛伦兹力与实际生活 ‎13．一同学家中电视机画面的幅度偏小，维修店的技术人员检查后认为是显像管或偏转线圈出了故障(显像管及偏转线圈L如图7所示)．那么引起故障的原因可能是(　　)‎ 图7‎ A．电子枪发射能力减弱，电子数减小 B．加速电场的电压过高，电子速率偏大 C．偏转线圈匝间短路，线圈匝数减少 D．偏转线圈的电流过小，偏转磁场减弱 ‎14．环形对撞机是研究高能离子的重要装置，如图8所示，正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向进入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B ‎.(两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞．)为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　)‎ 图8‎ A．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷越大，磁感应强度B越大 B．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷越大，磁感应强度B越小 C．对于给定的带电粒子，加速电压U越大，粒子运动的周期越小 D．对于给定的带电粒子，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变 ‎15．如图9所示，初速度为零、所带电荷量为q的离子经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中，沿半圆周运动而到达记录它的照相底片P上，测得它在P上的位置到入口处的距离为d，求该离子的质量．‎ 图9‎ 详解答案 ‎1．B　[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，如当粒子速度与磁场垂直时F＝qvB，当粒子速度与磁场平行时F＝0.又由于洛伦兹力的方向永远与粒子的速度方向垂直，因而速度方向不同时，洛伦兹力的方向也不同，所以A选项错．因为＋q改为－q且速度反向，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由F＝qvB知大小也不变，所以B选项正确．因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角，所以C选项错．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，但洛伦兹力可改变粒子的运动方向，使粒子速度的方向不断改变，所以D选项错．]‎ ‎2．B　[由F＝qvBsin θ可知，当粒子运动方向与磁场方向平行时粒子不受洛伦兹力，洛伦兹力的大小不仅与速度大小有关，还与速度和磁场的方向有关，故A、C、D错误；由左手定则可知B正确，故选B.]‎ ‎3．BD　[A中的粒子带正电，根据左手定则可得该粒子受到的洛伦兹力方向垂直v，斜向左上方，A错误．B中的粒子速度不垂直于磁场，先将速度在垂直磁场方向上分解，即垂直磁场的速度方向竖直向上，根据左手定则可得该粒子受到的洛伦兹力方向垂直纸面向里，B正确；同理C中的粒子受到的洛伦兹力方向垂直纸面向里，C错误；因为D中的粒子是负粒子，由左手定则得到洛伦兹力方向垂直纸面向里，D正确．]‎ ‎4．ABD　[带电粒子在磁场中运动速度与磁场平行时，不受洛伦兹力作用，A对；洛伦兹力与速度垂直，不做功，B对；放置在磁场中的通电直导线与磁场平行时不受安培力作用，C错，D对．]‎ ‎5．B　[两个等量异种点电荷在中垂线上产生的电场方向总与中垂线垂直，且越靠近O点场强越大，若要求正电荷做匀速直线运动，洛伦兹力方向不变，但大小要随电场的变化而变化．]‎ ‎6．ABC　[当桌面右边存在磁场时，由左手定则可知，带正电的小球在飞行过程中受到斜向右上方的洛伦兹力作用，此力在水平方向上的分量向右，竖直分量向上，因此小球水平方向上存在加速度，竖直方向上的加速度at2，x1>x2，A、B对；又因为洛伦兹力不做功，故C对；两次小球着地时速度方向不同，D错．]‎ ‎7．C　[带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，但是洛伦兹力不做功，所以从左方摆到最低点的过程只有重力做功，根据动能定理得mgL(1－cos 60°)＝mv2，摆到最低点时，合力提供向心力，悬线上张力为0，则qvB－mg＝m＝mg.洛伦兹力方向竖直向上．当小球从右方摆到最低点时，根据对称性速度大小不变，但是方向反向，所以洛伦兹力方向竖直向下，大小不变，此时向心力不变即F－qvB－mg＝m，F＝4mg，选项C对．]‎ ‎8．D ‎9．B　[洛伦兹力方向与速度方向是时刻垂直的，即洛伦兹力对粒子不做功，小球1在运动过程中，重力、电场力对其做正功，小球2和小球3在运动过程中只有重力做功，而三个小球从同一高度释放，下落到同一高度，所以重力做功相同，故E1>E2＝E3，B正确．]‎ ‎10．AD　[若微粒带正电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向左的电场力qE和斜向右下的洛伦兹力qvB，微粒不能沿直线运动．据此可知微粒应带负电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向右的电场力qE和斜向左上的洛伦兹力qvB，又知微粒恰好沿着直线运动到A，可知微粒应该做匀速直线运动，则选项A正确，B错误；由平衡条件可知：cos θ＝，sin θ＝，得磁场的磁感应强度B＝，电场的场强E＝，故选项C错误，D正确．]‎ ‎11．6 m/s2　9.2 m/s 解析　根据题意，因为mgsin θ>μmgcos θ，所以小球刚开始加速下滑，小球下滑过程中，受竖直向下的重力mg、垂直斜面向上的洛伦兹力F＝Bqv、杆的弹力FN和杆对小球的摩擦力Ff＝μFN，刚开始小球的速度比较小，此时mgcos θ>Bqv，即FN＝mgcos θ－Bqv，小球做加速运动，随着速度的增大，F在增大，FN在减小，所以Ff＝μFN在减小，小球所受沿斜面方向的合力F合＝mgsin θ－Ff在增大，即小球的加速度在增大，当mgcos θ＝Bqv时小球在垂直斜面方向上的合力为零，即小球与斜面间的正压力FN＝0，所以摩擦力为零，F合＝mgsin θ，之后mgcos θ

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