第10章 第2讲 磁场对运动电荷(带电体)的作用力-【创新教程】2025年高考物理总复习大一轮课时作业word（人教版）

课时冲关34　磁场对运动电荷(带电体)的作用力 [基础对点练] 1．(洛伦兹力方向的判断)(2024·浙江高三模拟)一根通电直导线水平放置，通过直导线的恒定电流方向如图所示，现有一电子从直导线下方以水平向右的初速度v开始运动，不考虑电子重力，关于接下来电子的运动，下列说法正确的是(　　) A．电子将向下偏转，运动的半径逐渐变大 B．电子将向上偏转，运动的半径逐渐变小 C．电子将向上偏转，运动的半径逐渐变大 D．电子将向下偏转，运动的半径逐渐变小 解析：B　[水平导线中通有恒定电流I，根据安培定则判断可知，导线上方的磁场方向垂直纸面向里，导线下方的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则判断可知，导线下方的电子所受的洛伦兹力方向向上，则电子将向上偏转，其速率v不变，而离导线越近，磁场越强，磁感应强度B越大，由公式r＝可知电子的轨迹半径逐渐变小，故选B.] 2．(半径和周期公式的应用)某带电粒子以速度v沿垂直于磁场方向射入匀强磁场中．粒子做半径为R的匀速圆周运动，若粒子的速度为2v，则下列说法正确的是(　　) A．粒子运动的周期变为原来的 B．粒子运动的半径仍为R C．粒子运动的加速度变为原来的4倍 D．粒子运动轨迹所包围的磁通量变为原来的4倍 解析：D　[由题意得，a＝，R＝，Φ＝BS＝Bπ()2，T＝＝，当粒子的速度变为2v时，a变为原来的2倍，R变为原来的2倍，Φ变为原来的4倍，T不变，故A、B、C错误，D正确．] 3. (半径公式的理解)如图所示，为洛伦兹力演示仪的结构示意图．由电子枪产生电子束，玻璃泡内充有稀薄气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹．当通有恒定电流时前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行．电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节．适当调节U和I，玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹．通过下列调节，一定能让圆形径迹半径减小的是(　　) A．减小U，增大I　　 B．增大U，减小I C．同时减小U和I D．同时增大U和I 解析：A　[电子在加速电场中加速，由动能定理有eU＝mv，电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有eBv0＝m，解得r＝＝，减小电子枪的加速电压U，增大励磁线圈中的电流I从而导致电流产生的磁场B增大，可以使电子束的轨道半径变小．] 4．(洛伦兹力的特点)(多选)核聚变具有极高效率、原料丰富以及安全清洁等优势，中科院等离子体物理研究所设计制造了全超导非圆界面托卡马克实验装置(EAST)，这是我国科学家率先建成世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置．将原子核在约束磁场中的运动简化为带电粒子在匀强磁场中的运动，如图所示，磁场水平向右分布在空间中，所有粒子的质量均为m，电荷量均为q，且粒子的速度在纸面内，忽略粒子重力的影响，以下判断正确的是(　　) A．甲粒子受到的洛伦兹力大小为qvB，且方向水平向右 B．乙粒子受到的洛伦兹力大小为0，做匀速直线运动 C．丙粒子做匀速圆周运动 D．所有粒子运动过程中动能不变 解析：BD　[甲粒子速度方向与磁场方向垂直，则所受洛伦兹力大小为qvB，由左手定则得，洛伦兹力方向垂直纸面向里，故A错误；乙粒子速度方向与磁场方向平行，则所受洛伦兹力大小为0，做匀速直线运动，故B正确；丙粒子速度方向与磁场方向不垂直，不做匀速圆周运动，故C错误；洛伦兹力不做功，根据功能关系，所有粒子运动过程中动能不变，故D正确．] 5. (带电体受洛伦兹力的运动)如图，光滑绝缘的圆弧轨道MON固定在竖直平面内．O为其最低点，M、N等高，匀强磁场方向与轨道平面垂直．将一个带正电的小球自M点由静止释放，它在轨道上M、N间往复运动．下列说法中正确的是(　　) A．小球在M点和N点时均处于平衡状态 B．小球由M到O所用的时间小于由N到O所用的时间 C．小球每次经过O点时对轨道的压力均相等 D．小球每次经过O点时所受合外力均相等 解析：D　[小球在M点和N点合力不为零，所以小球不能处于平衡状态，故A错误；由于洛伦兹力总是与运动方向垂直，又没有摩擦力，故对其速度大小有影响的只有重力，故小球无论从哪边滚下，到O点所用时间都是一样的，故B错误；根据机械能守恒定律，小球每次经过最低点的速度大小相同，由F合＝m可知，F合大小相等，故D正确；小球在最低点时受重力、支持力和洛伦兹力，从N到M时，在O点小球所受洛伦兹力向下，故有F1－mg－F洛＝m，轨道所受的压力大小为F1′＝F1＝mg＋F洛＋m，小球从M到N时，在O点小球所受洛伦兹力向上，故有F2＋F洛－mg＝m，故轨道所受的压力大小为F2′＝F2＝mg－F洛＋m，所以小球经过最低点时对轨道的压力大小不相等，故C错误．] 6．(带电体受洛伦兹力的运动)(多选)如图所示，质量为m、电荷量为＋q的圆环可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度大小为B、垂直于纸面向里的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度—时间图像可能是下列选项中的(　　) 解析：AD　[带电圆环在磁场中受到向上的洛伦兹力，当重力与洛伦兹力相等时，圆环将做匀速直线运动，A正确；当洛伦兹力大于重力时，圆环受到摩擦力的作用，并且随着速度的减小而减小，圆环将做加速度逐渐减小的减速运动，最后做匀速直线运动，D正确；如果重力大于洛伦兹力，圆环也受摩擦力作用，且摩擦力越来越大，圆环将做加速度逐渐增大的减速运动，B、C错误．] 7．(带电体受洛伦兹力的运动)(多选)如图所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0.5 T的匀强磁场，一质量为0.2 kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端放置一质量为0.1 kg、带电荷量q＝＋0.2 C的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力．现对木板施加方向水平向左、大小为0.6 N的恒力，g取10 m/s2，则(　　) A．木板和滑块一直做加速度为2 m/s2的匀加速运动 B．滑块开始做匀加速直线运动，然后做加速度减小的变加速运动，最后做匀速运动 C．最终木板做加速度为2 m/s2的匀加速直线运动，滑块做速度为10 m/s的匀速直线运动 D．最终木板做加速度为3 m/s2的匀加速直线运动，滑块做速度为10 m/s的匀速直线运动 答案：BD 8. (显像管原理)如图为显像管原理俯视图(纸面内)．若电子枪发射的高速电子束经磁偏转线圈的磁场偏转后打在荧光屏上a点，则(　　 ) A．磁场的方向垂直纸面向里 B．磁场越强，电子束打在屏上的位置越靠近屏的中心O点 C．要让电子束从a逐渐移向b，应将磁场逐渐减弱至零，再将磁场反向且逐渐增强磁场 D．要让电子束从a逐渐移向b，应逐渐增强磁场使电子束过O点，再将磁场反向且逐渐减弱磁场 解析：C　[电子向上偏转，据左手定则可知，磁场的方向垂直纸面向外，A错误；由洛伦兹力作为向心力可得qvB＝m，解得r＝，磁场越强，偏转半径越小，电子束打在屏上的位置越远离屏的中心O点，B错误；磁场越弱，偏转半径越大，电子束打在屏上的位置越靠近屏的中心O点，要让电子束从a逐渐移向b，应将磁场逐渐减弱至零，再将磁场反向且逐渐增强磁场，C正确，D错误．] [能力综合练] 9．如图所示，一个电荷量为e、动量大小为p，重力忽略不计的电子，垂直磁场边界穿过宽度为d磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，并发生了偏转，偏转角α等于(　　 ) A．arcsin B．arcsin C．arctan D．arctan 解析：B　[如图所示 设粒子在磁场中的轨道半径为r，根据几何关系可得r sinα＝d， 由洛伦兹力提供向心力可得ev0B＝m， 又p＝mv0， 联立解得偏转角为α＝arcsin，故选B.] 10.如图所示，一束电子以大小不同的速率沿垂直于磁场方向飞入正方形区域的匀强磁场中，下列判断正确的是(　　 ) A．电子在磁场中运动时间越长，其轨迹越长 B．电子在磁场中做圆周运动半径越大，则运动时间越短 C．在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹不一定重合 D．电子的速率不同，它们在磁场中运动的时间一定不相同 解析：C　[比较2、5轨迹可知A错误；比较3、4、5轨迹可知B错误；若它们在磁场中运动时间相同，但轨迹不一定重合，比如：轨迹3、4与5，它们的运动时间相同，但它们的轨迹对应的半径不同，即它们的速率不同，故C正确，D错误．] 11．(多选)如图所示，虚线MN将平面分成Ⅰ和Ⅱ两个区域，两个区域分别存在着与纸面垂直的匀强磁场．一带电粒子仅在磁场力作用下由Ⅰ区运动到Ⅱ区，曲线aPb为运动过程中的一段轨迹，其中弧aP、弧Pb的弧长之比为2∶1，且粒子经过a、b点时的速度方向均水平向右，下列判断正确的是(　　 ) A．Ⅰ、Ⅱ区域两个磁场的磁感应强度方向相反，大小之比为1∶2 B．粒子在Ⅰ、Ⅱ区域两个磁场中的运动半径之比为2∶1 C．粒子通过aP、Pb两段弧的时间之比为1∶1 D．弧aP与弧Pb对应的角速度之比为1∶1 解析：AB　[根据粒子偏转方向相反可得Ⅰ、Ⅱ区域两个磁场的磁感应强度方向相反；据粒子偏转方向相反，由粒子经过a、b点时的速度方向均水平向右可得：两粒子转过的角度相等，所以弧aP与弧Pb对应的圆心角相等，又有弧aP、弧Pb的弧长之比为2∶1，那么半径为＝R，得粒子在Ⅰ、Ⅱ区域两个磁场中的运动半径之比为2∶1；粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，洛伦兹力提供向心力，故有根据Bqv＝，磁感应强度为B＝，得磁场的磁感应强度大小之比为1∶2，故A、B正确；根据粒子做圆周运动的周期T＝，由粒子运动半径之比为2∶1，则通过aP、Pb两段弧的时间之比为2∶1；由角速度公式ω＝，由圆心角相等可得角速度之比为1∶2，故C、D错误．] 12．在同一匀强磁场中，α粒子(He)和质子(H)做匀速圆周运动，若它们的动量大小相等，则α粒子和质子(　　) A．运动半径之比是2∶1 B．运动周期之比是2∶1 C．运动速度大小之比是4∶1 D．受到的洛伦兹力大小之比是2∶1 解析：B　[带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r＝，故两者的运动半径之比为1∶2，选项A错误；带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T＝，故二者运动周期之比为2∶1，选项B正确；α粒子和质子质量之比为4∶1，由于动量大小相等，故速度大小之比为1∶4，选项C错误；带电粒子在匀强磁场中受到的洛伦兹力F＝qvB，故受到的洛伦兹力大小之比为1∶2，选项D错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $$