高中物理选修3-1：第3章第5节时同步训练及解析 6页

高中物理选修3-1 同步训练 ‎ 带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用．下列表述正确的是(　　)‎ A．洛伦兹力对带电粒子做功 B．洛伦兹力不改变带电粒子的动能 C．洛伦兹力的大小与速度无关 D．洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向 解析：选B.洛伦兹力的方向总跟速度方向垂直，所以洛伦兹力永不做功，不会改变粒子的动能，因此B正确．‎ (2012·石家庄一中高二期末)在赤道平面上无风的时候，雨滴是竖直下落的．若雨滴带负电，则它的下落方向将偏向(　　)‎ A．东方　　　　　　　　 B．西方 C．南方 D．北方 解析：选B.在赤道处地磁场水平由南向北，带负电的雨滴竖直向下运动，由左手定则可知，雨滴受向西的洛伦兹力作用，故B项正确．‎ 图3－5－9‎ 阴极射线管中粒子流向由左向右，其上方放置一根通有如图3－5－9所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将(　　)‎ A．向上偏转 B．向下偏转 C．向纸里偏转 D．向纸外偏转 解析：选B.由安培定则，电流在其下方所产生的磁场方向垂直纸面向里，由左手定则，电子流所受洛伦兹力向下，故向下偏转，故选B.‎ 在图3－5－10所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是(　　)‎ 图3－5－10‎ 解析：选BC.电子必受与电场反向的电场力，当其运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，当其运动方向与磁场垂直时必受与磁场垂直的洛伦兹力．电子做直线运动合力可能为零，若不为零则必与速度共线．由此可判知，B、C正确．‎ 如图3－5－11所示，运动电荷电荷量为q＝2×10－8C，电性已在图中标明，运动速度v＝4×105 m/s，匀强磁场磁感应强度为B＝0.5 T，分别求出三个电荷受到的洛伦兹力的大小．‎ 6‎ 图3－5－11‎ 解析：对于A、B.电性不同，速度方向也不同，但速度方向与磁感应强度方向垂直，所以可以用F＝qvB求出F＝2×10－8×4×105×0.5 N＝4×10－3N.‎ 对C，v沿垂直于B方向的分量为 v′＝vcos30°，‎ 所受洛伦兹力大小则为 F＝qv′B＝2×10－8×4×105×cos30°×0.5 N ‎＝3.5×10－3N.‎ 答案：4×10－3N　4×10－3N　3.5×10－3N 一、单项选择题 关于带电粒子所受洛伦兹力F、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是(　　)‎ A．F、B、v三者必定相互垂直 B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于v C．B必定垂直于F，但F不一定垂直于v D．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B 解析：选B.根据左手定则可知，F一定垂直于B、v，但B与v不一定垂直，选项B正确．‎ 图3－5－12‎ 如图3－5－12所示，一带电粒子沿x轴正方向进入一个垂直纸面向里的匀强磁场中，若要使该粒子所受的合外力为零(重力不计)，所加匀强电场的方向为(　　)‎ A．沿＋y方向 B．沿－y方向 C．沿－x方向 D．因不知粒子的正负、无法确定 解析：选B.若粒子带正电，由左手定则可知洛伦兹力方向沿y轴的正方向，要使该粒子所受的合外力为零(重力不计)，电场力与洛伦兹力一定等大、反向，则电场方向应沿y轴的负方向；若粒子带负电，同理可知电场方向仍沿y轴的负方向．故选项B正确．‎ 6‎ 图3－5－13‎ (2012·成都四中高二检测)如图3－5－13所示，某空间匀强电场竖直向下，匀强磁场垂直纸面向里，一金属棒AB从高h处自由下落，则(　　)‎ A．A端先着地 B．B端先着地 C．两端同时着地 D．以上说法均不正确 解析：选B.AB棒中自由电子随棒一起下落，有向下的速度，并受到向左的洛伦兹力，故自由电子往左端集中，因此A端带负电，B端带正电．A端受到向上的电场力，B端受到向下的电场力，B端先着地．‎ 图3－5－14‎ 从地面上方A点处自由落下一带电荷量为＋q、质量为m的粒子，地面附近有如图3－5－14所示的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，这时粒子的落地速度大小为v1，若电场不变，只将磁场的方向改为垂直纸面向外，粒子落地的速度大小为v2，则(　　)‎ A．v1＞v2　　　　　　　　 B．v1＜v2‎ C．v1＝v2 D．无法判定 解析：选A.带电粒子落下后，受重力、电场力、洛伦兹力的作用，洛伦兹力的方向跟运动方向垂直，不做功．重力做功都一样，但电场力做功有区别．若磁场方向向里，粒子落下后沿电场力方向移动的距离大，电场力做功多，故v1＞v2.故答案A正确．‎ 二、双项选择题 (2012·安徽师大附中高二检测)下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是(　　)‎ 图3－5－15‎ 解析：选AB.根据左手定则，A中F方向应向上，B中F方向应向下，故A、B对．C、D中都是v∥B，F＝0，故C、D都错．‎ 图3－5－16‎ 如图3－5－16所示，质量为m的带电小物块在绝缘粗糙的水平面上以初速度v0开始运动．已知在水平面上方的空间内存在方向垂直纸面向里的水平匀强磁场，则以下关于小物块的受力及运动的分析中，正确的是(　　)‎ A．若物块带正电，可能受两个力，做匀速直线运动 6‎ B．若物块带负电，可能受两个力，做匀速直线运动 C．若物块带正电，一定受四个力，做减速直线运动 D．若物块带负电，一定受四个力，做减速直线运动 解析：选AD.若物块带正电，则受到的洛伦兹力竖直向上，如果洛伦兹力小于重力，则物块还会受到支持力和摩擦力，做变减速运动；如果恰好洛伦兹力等于重力，则物块只受这两个力而做匀速直线运动，故A对，C错．若物块带负电，洛伦兹力竖直向下，物块受四个力而做减速运动，故B错D对．‎ 图3－5－17‎ 如图3－5－17所示，一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙绝缘杆上，整个装置处于方向如图所示的匀强磁场B中．现给滑环一个水平向右的瞬时速度，则滑环在杆上的运动情况可能是(　　)‎ A．始终做匀速运动 B．先做减速运动，最后静止在杆上 C．先做加速运动，最后做匀速运动 D．以上都有可能 解析：选AB.带电滑环向右运动所受洛伦兹力的方向向上，其大小与滑环的初速度大小有关．由于滑环的初速度大小未具体给出，所以洛伦兹力与滑环的重力可能出现三种不同的关系，但不会先加速，C不可能，故选A、B.‎ 图3－5－18‎ 如图3－5－18所示，用丝线吊一个质量为m的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中，空气阻力不计，当小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时(　　)‎ A．小球的动能相同 B．丝线所受的拉力相同 C．小球所受的洛伦兹力相同 D．小球的向心加速度相同 解析：选AD.带电小球受到的洛伦兹力和绳的拉力与速度方向时刻垂直，对小球不做功，只改变速度方向，不改变速度大小，只有重力做功，故两次经过O点时速度大小不变，动能相同，A正确；小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时速度方向相反，由左手定则可知两次过O点时洛伦兹力方向相反，绳的拉力大小也就不同，故B、C错；由a＝可知向心加速度相同，D正确．‎ (2012·斗门一中高二检测)如图3－5－19所示，两个半径相同的半圆形轨道分别竖直放在匀强磁场和匀强电场中，轨道两端在同一高度上，轨道是光滑的．两个相同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放，M、N为轨道的最低点，则(　　)‎ 6‎ 图3－5－19‎ A．两小球到达轨道最低点的速度vM＝vN B．两小球到达轨道最低点的速度vM>vN C．小球第一次到达M点的时间大于小球第一次到达N点的时间 D．在磁场中小球能到达轨道的另一端，在电场中小球不能到达轨道的另一端 解析：选BD.小球在磁场中运动时洛伦兹力不做功，所以满足机械能守恒．在电场中受的电场力向左，下滑过程中电场力做负功，所以到达最低点时速度关系为vM>vN，同理，电场中的小球不能到达轨道的另一端．故A错，B、D对．整个过程的平均速度vM>vN，所以时间tM