课下巩固训练2 磁场对运动电荷的作用力-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修2同步课堂高效讲义配套练习（人教版2019）

课下巩固训练(二)　磁场对运动电荷的作用力 【基础应用题】 1．(2024·陕西西安期末)如图所示，将一阴极射线管置于一通电螺线管的正上方且与线圈轴线处于同一水平面内，则阴极射线将(　　) A．垂直于纸面向里偏转 B．垂直于纸面向外偏转 C．平行于纸面向上偏转 D．平行于纸面向下偏转 解析：选B。根据右手螺旋定则，螺线管内部的磁场方向向下，电子从阴极向阳极运动，运动的方向向右，因为电子带负电，根据左手定则知，电子所受的洛伦兹力方向垂直纸面向外，则阴极射线管中的电子束将向纸面外偏转，故B正确。 2．如图所示，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，仍以原来的速度抛出，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，小球落地时的速度大小不变 B．无论小球带何种电荷，小球在运动过程中机械能不守恒 C．若小球带负电荷，小球会落在a点的右侧 D．若小球带正电荷，小球仍会落在a点 解析：选A。无论小球带何种电荷，小球在磁场中运动时受洛伦兹力方向与速度垂直，则洛伦兹力不做功，只有重力做功，机械能守恒，则落地时的速度大小不变，故A正确，B错误；若小球带负电荷，根据左手定则可知小球受斜向左下方的洛伦兹力，这样小球偏折程度更大，会落在a的左侧，故C错误；若小球带正电荷，根据左手定则可知小球受斜向右上方的洛伦兹力，这样小球会飞得更远，落在a点的右侧，故D错误。 3．太阳内部活动剧烈时会向宇宙抛射大量高能带电粒子，若这些粒子都到达地面，将会对地球上的生命带来灾难，地球也将无法孕育生命。但由于地磁场的存在改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，使得很多高能带电粒子不能到达地面。下面说法中正确的是(　　 ) A．地磁场直接把高能带电粒子给反射回去 B．只有在太阳内部活动剧烈时，地磁场才对射向地球表面的宇宙射线有阻挡作用 C．地磁场会使沿地球赤道平面垂直射向地球的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转 D．地磁场只对带电的宇宙射线有屏蔽作用，对不带电的射线(如γ射线)没有阻挡作用 解析：选D。根据左手定则，高能带电粒子在地磁场中受到洛伦兹力的作用，发生偏转，使其不能到达地面，不是反射回去，故A错误；地磁场对任何射向地球表面的带电宇宙射线，都有洛伦兹力作用，使带电射线发生偏转，起到阻挡作用，故B错误；根据左手定则，沿地球赤道平面垂直射向地球的宇宙射线中的带电粒子所受洛伦兹力向东或向西，故不会向两极偏转，C错误；地磁场对不带电的射线无阻挡作用，因为它们不受洛伦兹力，故D正确。 4．地球上的极光是来自磁层和太阳风的高能带电粒子被地磁场引导进入地磁大气层，并与高层大气的原子碰撞造成发光的现象，实际上每时每刻都有大量宇宙射线射向地球。假设某时刻有一个带负电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来(如图所示，地球自西向东转，图中箭头方向表示地球自转方向，虚线表示地轴)，则该宇宙射线粒子将(　　) A．向东偏转 B．向西偏转 C．向南偏转 D．向北偏转 解析：选B。地球的磁场由南向北，当带负电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来时，根据左手定则可以判断粒子的受力的方向为向西，所以粒子将向西偏转，故B正确。 5．如图所示，足够长的螺线管中通入方向随时间周期性改变的电流，将电子(重力不计)沿轴线方向射入后，电子在螺线管中的运动情况是(　　 ) A．往复运动 B．匀速圆周运动 C．匀速直线运动 D．匀变速直线运动 解析：选C。螺线管中磁场方向始终为水平方向，电子的速度方向始终与磁场方向平行，所以电子始终不受洛伦兹力，电子做匀速直线运动，故C正确，A、B、D错误。 6．(2024·山西运城检测)有四根长直导线a、b、c、d垂直于纸面放置，其导线轴心位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示。现有一带负电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是(　　) A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 解析：选A。根据安培定则可知直导线a、b、c、d在中心处产生的磁场方向分别为向左、向上、向左、向下，且导线中通有大小相同的电流，则四根直导线产生的磁感应强度大小相等，根据磁感应强度的叠加原理可知中心O点处磁感应强度的方向为向左，则根据左手定则可知带负电的粒子所受洛伦兹力的方向是向上，故A正确。 【综合提升题】 7．如图所示，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3垂直于纸面放置，三根导线与坐标原点分别位于边长为a的正方形的四个顶点上，L1与L3中的电流均为I，L2中的电流为2I，L1与L2中电流的方向均垂直纸面向外，L3中电流方向垂直纸面向里。已知距导线r处的磁感应强度B＝(其中k为常数)。某时刻，一电子(电荷量为e)正好沿y轴正方向运动，经过原点O时的速度大小为v，则电子此时所受洛伦兹力(　　 ) A．方向垂直于纸面向里，大小为 B．方向垂直于纸面向里，大小为 C．方向垂直于纸面向外，大小为 D．方向垂直于纸面向外，大小为 解析：选B。根据安培定则，判断三根导线分别在O点的磁场方向，由题意知，L1在O点产生的磁感应强度大小B1＝，方向水平向左，L2在O点产生的磁感应强度大小B2＝，方向与x轴负方向成45°角斜向下，L3在O点产生的磁感应强度大小B3＝，方向竖直向上，所以合磁感应强度B＝，方向沿x轴负方向，电子沿y轴正方向经过原点O时，由左手定则可知，所受洛伦兹力的方向垂直于纸面向里，大小F＝，故B正确。 8．用绝缘细线悬挂一个质量为m、带电荷量为＋q的小球，让它处于如图所示的磁感应强度大小为B的匀强磁场中。由于磁场运动，小球静止在如图所示位置，这时悬线与竖直方向间的夹角为α，并被拉紧，则磁场的运动速度和方向是(　　) A． v＝，水平向右 B． v＝，水平向左 C． v＝，竖直向上 D． v＝，竖直向下 解析：选C。当磁场水平向右运动时，带电小球相对于磁场向左运动，由左手定则知，洛伦兹力方向向下，小球无法在题图所示位置平衡，故A项错误；当磁场以v＝的速度水平向左运动时，F＝qvB＝mg，方向竖直向上，小球可以平衡，但这时悬线上拉力为0，不会被拉紧，故B项错误；当磁场以v＝的速度竖直向上运动时，则F＝qvB＝mg tan α，由左手定则可知，F方向向右，小球可以在题图所示位置平衡，故C项正确，D项错误。 9．(2024·安徽阜阳检测)如图所示，甲是带正电的物块，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场。现用一水平恒力F拉乙物块，使甲、乙无相对滑动一起向左加速运动，在加速运动阶段(　　) A．甲、乙两物块间的摩擦力保持不变 B．甲、乙两物块间的摩擦力不断增大 C．甲、乙两物块间的弹力不断增大 D．乙物块与地面之间的摩擦力不断减小 解析：选C。先对整体受力分析列方程，则有F－μ[(m甲＋m乙)g＋qvB]＝(m甲＋m乙)a，对甲物块单独受力分析则有Ff＝m甲a，根据上述公式可知，甲、乙做加速运动，速度增大，加速度减小，甲、乙之间的弹力逐渐变大，乙与地面间的摩擦力增加，甲、乙之间的静摩擦力减小，故C正确。 10．如图所示，甲、乙是竖直面内两个相同的半圆形光滑轨道，M、N为两轨道的最低点，匀强磁场垂直于甲轨道平面，匀强电场平行于乙轨道平面。两个完全相同的带正电小球a、b分别从甲、乙两轨道的右侧最高点由静止释放，在它们第一次到达最低点的过程中，下列说法正确的是(　　) A．a球下滑的时间比b球下滑的时间长 B．a、b两球的机械能均不守恒 C．a球到M点的速度小于b球到N点的速度 D．a球对M点的压力大于b球对N点的压力 解析：选D。由于小球a在磁场中运动，受到的洛伦兹力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒；而小球b在电场中运动，受到的静电力对小球做负功，到达最低点时的速度较小，所以在电场中运动的时间较长，故A、B、C错误。小球a在磁场中运动，在最低点对小球a受力分析可知：FM－mg－BqvM＝m，解得FM＝m＋mg＋BqvM；小球b在电场中运动，在最低点受力分析可知：FN－mg＝m，解得FN＝mFN，结合牛顿第三定律可知，D正确。 【创新拔高题】 11．(多选)如图所示为一个质量为m、带电荷量为＋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为B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(　　) [创新空间]与洛伦兹力相关的动态分析问题 带电体受到的洛伦兹力与速度有关，当带电体的运动状态变化时，其所受的洛伦兹力也会发生变化，从而引起加速度变化，而运动情况的变化又会引起洛伦兹力变化……如此循环，相互制约，所以涉及洛伦兹力的运动往往是动态变化的。 解析：选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，故B、C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$