物理选择性必修 第二册磁场对运动电荷的作用力达标测试

这是一份物理选择性必修 第二册磁场对运动电荷的作用力达标测试，共14页。试卷主要包含了单选题，多选题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1.在匀强磁场中,一带电粒子沿着垂直磁感应强度的方向运动。现将该磁场的磁感应强度增大为原来的2倍,则该带电粒子受到的洛伦兹力( )
A.增大为原来的2倍B.增大为原来的4倍
C.减小为原来的12 D.不变
2.带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场,恰好做匀速直线运动,如图所示,若油滴质量为m,磁感应强度为B,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A.油滴必带正电荷,电荷量为2mgv0B
B.油滴必带负电荷,比荷qm=gv0B
C.油滴必带正电荷,电荷量为mgv0B
D.油滴带什么电荷都可以,只要满足q=mgv0B
3.如图所示,电子枪发射的电子经加速后沿虚线方向进入匀强磁场区域(图中圆内),沿图中实线方向射出磁场,最后打在屏上P点,则磁场的方向可能为( )
A.垂直于纸面向外B.垂直于纸面向内
C.平行纸面向上D.平行纸面向右
4.如图所示,在长直通电螺线管中通入变化的电流i(电流的方向周期性改变),并沿着其中心轴线OO'的方向射入一个速度为v的电子,则此电子在螺线管内部空间运动的情况是( )
A.匀速直线运动B.来回往复运动
C.变速直线运动D.曲线运动
5.如图所示,a是竖直平面P上的一点。P前有一条形磁体垂直于P,且S极朝向a点,P后一电子在偏转线圈和条形磁体的磁场的共同作用下,在水平面内向右弯曲经过a点。在电子经过a点的瞬间,条形磁体的磁场对该电子的作用力的方向( )
A.向上B.向下
C.向左D.向右
6.金属原子由带正电的原子核和核外带负电的电子组成,金属导线中通有水平向右的电流I,在导线的下方某处水平向右射入电子A,如图所示。下列说法正确的是( )
A.电子A在金属原子核的作用下向上偏转
B.电子A在金属原子核外电子的作用下向下偏转
C.电子A在洛伦兹力的作用下向上偏转
D.电子A在洛伦兹力的作用下向下偏转
7.速度选择器如图所示,电场强度为E的匀强电场与磁感应强度为B的匀强磁场互相垂直。一电荷量为+q、质量为m的粒子(不计重力)以速度v水平向右射入,粒子恰好沿直线穿过,则下列说法正确的是( )
A.若带电粒子带的电荷量为+2q,粒子将向下偏转
B.若带电粒子带的电荷量为-2q,粒子不能沿直线穿过
C.若带电粒子速度为2v,且粒子不与极板相碰,则从右侧射出时电势能一定增加
D.若带电粒子从右侧水平射入,粒子仍能沿直线穿过
8.如图所示,用丝线吊一个质量为m的带电绝缘小球并使之处于匀强磁场中,空气阻力不计,若小球分别从A点和B点向最低点O运动,则两次经过O点时( )
A.小球的动能不同
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
二、多选题
9.一根通电直导线水平放置,通过直导线的电流方向如图所示。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.电子将向上偏转B.电子将向下偏转
C.电子运动的速率保持不变D.电子运动的速率开始变大
10.在图中虚线所示的区域存在匀强电场和匀强磁场。如图所示建立坐标系,一带电粒子沿x轴正方向进入此区域,在穿过此区域的过程中运动方向始终不发生偏转,不计重力的影响。电场强度E和磁感应强度B的方向可能是( )
A.E和B都沿x轴方向
B.E沿y轴正向,B沿z轴正向
C.E沿z轴正向,B沿y轴正向
D.E、B都沿z轴方向
11.如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,匀强电场的电场强度为E,方向竖直向下,一带电微粒在竖直平面内做匀速圆周运动,不计空气阻力,则( )
A.此微粒带正电
B.此微粒带负电
C.此微粒沿顺时针方向转动
D.此微粒沿逆时针方向转动
三、非选择题
12.质量为m、电荷量为q的微粒,以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间,如图所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动,求:
(1)电场强度的大小及该带电粒子的电性;
(2)磁感应强度的大小。
13.如图所示的装置,左半部为速度选择器,右半部为匀强的偏转电场。一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器,能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子,又沿着与电场垂直的方向,立即进入电场强度大小为E的偏转电场,最后打在照相底片D上。已知同位素离子的电荷量为q(q>0),速度选择器内部存在着相互垂直的电场强度大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场,照相底片D与狭缝S1、S2的连线平行且距离为l,忽略重力的影响。
(1)求从狭缝S2射出的离子的速度v0的大小。
(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x,求x与离子质量m之间的关系式(用E0、B0、E、q、m、l表示)。
14.如图所示,竖直平面xOy内存在水平向右的匀强电场,电场强度大小E=10 N/C,在y≥0的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.5 T,一电荷量为q=+0.2 C、质量为m=0.4 kg的小球由长为l=0.4 m的细线悬挂于P点,小球可视为质点,现将小球拉至水平位置A无初速度释放,小球运动到悬点P正下方的坐标原点O时,悬线突然断裂,此后小球又恰好能通过O点正下方的N点,g取10 m/s2,求:
(1)小球运动到O点时的速度大小;
(2)悬线断裂前瞬间拉力的大小;
(3)ON间的距离。
标准答案
一、单选题
1.答案:A
解析:根据洛伦兹力公式F=qvB,若带电粒子的运动方向与磁感应强度方向垂直,当该磁场的磁感应强度增大为原来的2倍时,则该带电粒子受到的洛伦兹力将增大为原来的2倍,选项A正确。
2.答案:C
解析:油滴水平向右匀速运动,其所受洛伦兹力方向竖直向上,根据左手定则可知,油滴必带正电,由qv0B=mg得q=mgv0B,选项C正确。
3.答案:A
解析:电子受到的洛伦兹力方向向上,根据左手定则可得磁场的方向可能垂直于纸面向外,选项A正确。
4.答案:A
解析:通电螺线管内部的磁场方向与轴线平行,故电子进入螺线管后不受洛伦兹力,应做匀速直线运动。
5.答案:A
解析:条形磁体的磁感线方向在a点为垂直P向外,粒子在条形磁体的磁场中向右运动,所以根据左手定则可得电子受到的洛伦兹力方向向上,选项A正确。
6.答案:D
解析:由安培定则可知,在电子A所在处电流的磁场方向垂直于纸面向里,电子A由左向右运动,由左手定则可知,电子A受到的洛伦兹力竖直向下,由于电子A与金属原子相距较远,
电子A受到的洛伦兹力远大于金属原子核对电子A的吸引力,及核外电子对电子A的排斥力,则金属原子核及核外电子对电子的作用力可忽略不计,电子A在洛伦兹力的作用下向下偏移,选项A、B、C错误,D正确。
7.答案:C
解析:粒子恰好沿直线穿过,静电力和洛伦兹力均垂直于速度,合力为零,粒子做匀速直线运动;根据平衡条件,有qvB=qE,解得v=EB,只要粒子速度为EB,就能沿直线匀
速通过选择器;若带电粒子带的电荷量为+2q,速度不变,仍然沿直线匀速通过选择器,选项A错误。若带电粒子带的电荷量为-2q,只要粒子速度为EB,静电力与洛伦兹力仍然平衡,仍然沿直线匀速通过选择器,选项B错误。若带电粒子速度为2v,静电力不变,洛伦兹力变为原来的2倍,故会偏转,克服静电力做功,电势能增加,选项C正确。若带电粒子从右侧水平射入,静电力方向不变,洛伦兹力方向反向,故粒子一定偏转,选项D错误。
8.答案:D
解析:带电小球受到的洛伦兹力及绳的拉力跟速度方向时刻垂直,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,选项A错误。小球分别从A点和B点向最低点O运动,两次经过O点时速度方向相反,由左手定则可知两次经过O点时洛伦兹力方向相反,故绳的拉力大小不同,选项B、C错误。由a=v2R可知向心加速度相同,选项D正确。
二、多选题
9.答案:AC
10.答案:AB
解析:本题没有说明带电粒子的带电性质,为便于分析,假定粒子带正电。选项A中,磁场对粒子作用力为零,静电力与粒子运动方向在同一直线上,运动方向不会发生偏转;选项B中,静电力方向向上,洛伦兹力方向向下,当这两个力平衡时,粒子运动方向可以始终不变;选项C中,静电力、洛伦兹力都沿z轴正方向,粒子将做曲线运动;选项D中,静电力沿z轴方向,洛伦兹力沿y轴方向,两力不可能平衡,粒子将做曲线运动。如果粒子带负电,仍有上述结果。选项A、B正确。
11.答案:BD
解析:由带电微粒在竖直平面内做匀速圆周运动,可知带电微粒所受的重力和静电力二力平衡,因为电场方向向下,静电力方向向上,所以微粒带负电,选项B正确;微粒在洛伦兹力的作用下做圆周运动,由左手定则可知微粒沿逆时针方向转动,选项D正确。
三、非选择题
12.解:(1)微粒做匀速直线运动,故合力为零,微粒受重力mg、静电力qE、洛伦兹力qvB,由平衡条件可知,微粒带正电,受力分析如图所示,qE=mg,则电场强度E=mgq。
(2)由于合力为零,则qvB=2mg,所以B=2mgqv。
13.解:(1)能沿直线从速度选择器射出的离子所受静电力与洛伦兹力平衡,即满足qE0=qv0B0
所以v0=E0B0。
(2)离子进入匀强偏转电场E后做类平抛运动,则有
x=v0t,l=12at2
由牛顿第二定律得qE=ma
联立以上各式解得x=E0B02mlqE。
14解:1)小球从A运动到O的过程中,根据动能定理
12mv02=mgl-qEl
解得小球在O点的速度为v0=2 m/s。
(2)小球运动到O点悬线断裂前瞬间,对小球应用牛顿第二定律得FT-mg-F洛=mv02l
并且F洛=Bv0q
解得FT=8.2 N。
(3)悬线断后,将小球的运动分解为水平方向和竖直方向的分运动,小球在水平方向上做往返运动,在竖直方向上做自由落体运动,小球水平方向加速度
ax=F电m=Eqm=5 m/s2
小球从O点运动至N点所用时间为
t=2v0ax=2×25 s=0.8 s
ON间距离为h=12gt2=12×10×0.82 m=3.2 m。