1.2 磁场对运动电荷的作用力 能力提升（word版含答案）

1.2 磁场对运动电荷的作用力 能力
一、单项选择题（共7小题；共28分）
1. 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，一定受到洛伦兹力作用
B. 放置在磁场中的通电导线，一定受到安培力作用
C. 因洛伦兹力总垂直于电荷运动方向，故洛伦兹力对运动电荷一定不做功
D. 因安培力垂直于通电导线，故安培力对通电导线一定不做功
2. 下列四幅图中各物理量方向间的关系表示正确的是
A. B.
C. D.
3. 如图所示，有一磁感应强度大小为 、方向竖直向上的匀强磁场，一束电子流以初速度 沿水平方向射入，为了使电子流经过磁场时不偏转（不计重力），磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，则这个电场的场强大小和方向是
A. ，竖直向上 B. ，水平向左
C. ，垂直于纸面向里 D. ，垂直于纸面向外
4. 如图所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端水平向右进入两板间后，恰好能做直线运动。忽略粒子重力的影响，则
A. 若只将粒子改为带负电，其将往上偏
B. 若只增大粒子进入该装置的速度，其将往上偏
C. 若只增大粒子的电荷量，其将往下偏
D. 若粒子从右端水平进入，则仍沿直线水平飞出
5. 医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极 和 以及一对磁极 和 构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极 、 均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直如图所示。由于血液中的正、负离子随血流一起在磁场中运动，电极 、 之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为零。在某次监测中，两触点间的距离为 ，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为 ，磁感应强度的大小为 。则血流速度的近似值和电极 、 的正负为
A. ， 正、 负 B. ， 正、 负
C. ， 负、 正 D. ， 负、 正
6. 带电油滴以水平速度 垂直进入匀强磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为 ，磁感应强度为 ，重力加速度大小为 ，则下述说法正确的是
A. 油滴必带正电荷，电荷量为
B. 油滴必带正电荷，比荷
C. 油滴必带负电荷，电荷量为
D. 油滴带什么电荷都可以，只要满足
7. 如图，光滑半圆形轨道与光滑曲面轨道在 处平滑连接，前者置于水平向里的匀强磁场中，有一带正电小球从 处（高度为 ）由静止释放，能沿轨道前进并恰能通过半圆形轨道最高点 。现若撤去磁场，使球从静止释放仍能恰好通过半圆形轨道最高点，则释放高度 与原释放高度 的关系是
A. B. C. D. 无法确定
二、双项选择题（共2小题；共8分）
8. 磁流体发电机可简化为如下模型：两块长、宽分别为 、 的平行板，彼此相距 ，板间通入已电离的速度为 的气流，两板间存在一磁感应强度大小为 的匀强磁场，磁场方向与两板平行，并与气流速度方向垂直，如图所示。把两板与外电阻 连接起来，在洛伦兹力作用下，气流中的正、负离子分别向两板移动形成电流。设该气流的导电率（电阻率的倒数）为 ，则
A. 该磁流体发电机模型的内阻为
B. 产生的感应电动势为
C. 流过外电阻 的电流为
D. 该磁流体发电机模型的路端电压为
9. 按照十八大“五位一体”的总体布局，全国各省市启动“”专项行动，打响碧水蓝天保卫战。暗访组在某化工厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，水平放置，其长为 ，直径为 ，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向下，在前后两个内侧面 、 固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经测量管时， 、 两端电压为 ，显示仪器显示污水流量为 （数值上等于单位时间内排出的污水体积）。则下列说法正确的是
A. 侧电势比 侧电势高
B. 若污水中正离子较多，则 侧电势比 侧电势高；若污水中负离子较多，则 侧电势比 侧电势低
C. 污水中离子浓度越高， 、 两端的电压 将越大
D. 污水流量 与 成正比，与 无关
三、多项选择题（共1小题；共4分）
10. 关于安培力、电场力和洛伦兹力，下列说法中正确的是
A. 电荷在电场中一定受电场力作用，电荷在磁场中定受洛伦兹力作用
B. 电荷所受电场力可能与该处电场方向一致，电荷所受的洛伦兹力与该处磁场方向垂直
C. 安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断
D. 安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用
四、解答题（共1小题；共13分）
11. 如图所示在磁感应强度为 的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒 在竖直面内垂直磁场方向放置，细棒与水平面夹角为 。一质量为 、带电荷量为 的圆环 套在棒 上，圆环与棒间的动摩擦因数为 ，且 。现让圆环 由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中：
（1）圆环 的最大加速度为多大 获得最大加速度时的速度为多大
（2）圆环 能够达到的最大速度为多大
答案
第一部分
1. C
【解析】若带电粒子的速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力，选项A错误；若通电导线与磁场方向平行，则安培力为零，选项B错误；因洛伦兹力总垂直于电荷运动方向，故洛伦兹力对运动电荷一定不做功，选项C正确；安培力垂直于通电导线，但不一定垂直于导线运动方向，故安培力可以对通电导线做功，选项D错误。
2. B
【解析】由左手定则可知，安培力的方向总是与磁感应强度的方向垂直，选项A错误；磁场的方向向下，电流的方向向里，由左手定则可知安培力的方向向左，选项B正确；由左手定则可知，洛伦兹力的方向总是与磁感应强度的方向垂直，选项C错误；通电螺线管内部的磁场方向沿螺线管的轴线，由题图D可知电荷运动的方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，选项D错误。
3. C
【解析】根据左手定则可知电子受到垂直纸面向里的洛伦兹力，若要电子不偏转，则一定受到垂直纸面向外的电场力，故场强方向垂直纸面向里（场强方向跟负电荷受电场力方向相反）；根据平衡条件有 ，可知 ，选项C正确。
4. B
【解析】带正电的粒子在该装置中恰好做直线运动，向上的洛伦兹力和向下的电场力平衡，则 ，即 。若只将粒子改为带负电，则洛伦兹力和电场力的方向均反向，粒子仍沿直线通过，选项A错误；若只增大粒子进入该装置的速度，则洛伦兹力变大，粒子将往上偏，选项B正确；若只增大粒子的电荷量，向上的洛伦兹力和向下的电场力仍平衡，粒子仍将沿直线通过，选项C错误；若粒子从右端水平进入，则电场力和洛伦兹力均向下，粒子不可能仍沿直线水平飞出，选项D错误。
5. A
【解析】血液中的正、负离子在磁场中运动时，根据左手定则可知，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏，则 带正电， 带负电。最终血液中的离子所受的电场力和洛伦兹力的合力为零，有 ，所以 ，选项A正确。
6. A
【解析】油滴水平向右做匀速直线运动，其所受洛伦兹力必与重力平衡，故洛伦兹力方向竖直向上，由左手定则可知油滴带正电；由 得其电荷量 ，选项A正确，C、D错误；油滴的比荷 ，选项B错误。
7. C
【解析】设小球质量为 ，电荷量为 ，半圆形轨道半径为 。有磁场时，小球恰好通过半圆形轨道最高点，有 ；无磁场时，小球恰好通过半圆形轨道最高点，有 ；由两式可知 。由于洛伦兹力和支持力不做功，两过程都是只有重力做功，根据动能定理有 ，可知 ，选项C正确，A、B、D错误。
第二部分
8. A， C
【解析】根据左手定则知正离子向上偏，负离子向下偏，上极板带正电，下极板带负电，板间产生电场，最终离子处于平衡状态，有 ，解得电动势为 ，内电阻为 ，根据闭合电路欧姆定律有 ，路端电压为 。选项A、C正确，B、D错误。
9. A， D
【解析】正、负离子从左向右移动，受到洛伦兹力，根据左手定则可知，正离子向 侧偏转，负离子向 侧偏转，则 侧电势比 侧电势高，电势的高低与哪种离子多少无关，选项A正确，B错误；最终稳定时，离子所受洛伦兹力和电场力平衡，有 ，可得 ，知 、 两端电压 与 成正比，与离子浓度无关，选项C错误；污水流量 ，可知污水流量 与 成正比，与 有关，与 无关，选项D正确。
第三部分
10. B， C， D
【解析】电荷在电场中一定受电场力作用静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力作用，选项A错误；正电荷所受电场力与该处电场方向一致，负电荷所受电场力与该处电场方向相反，电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向垂直，选项B正确；安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断，选项C正确；通电导线的电流也是电荷定向移动形成的，安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用，选项D正确。
第四部分
11. （1） ；
【解析】环由静止开始沿棒下滑，当环 沿棒运动的速度为 时，受到重力 、洛伦兹力 、棒的弹力 和摩擦力 。
根据牛顿第二定律，对沿棒的方向有
垂直于棒的方向有
所以当 时， 有最大值 ，
此时 ，
故有
解得
（2）
【解析】设当环 的速度达到最大值 时，环受棒的弹力为 ，方向垂直于棒向下，摩擦力为 。
此时应有 ，即
由平衡条件得
联立解得
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