第一章2磁场对运动电荷的作用力作业（Word版含答案）

人教版（2019）选择性必修 第二册 第一章 2磁场对运动电荷的作用力 作业
一、多选题
1．有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图。在图中所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两根导线附近的两点，它们在两导线连线的中垂线上，且与O点的距离相等。若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I，则下列说法中正确的是（　　）
A．M点和N点的磁感应强度大小相等
B．M点和N点的磁感应强度方向相反
C．在O点的磁感应强度为零
D．若在N点放一小磁针，静止时其北极沿ON指向O点
2．在平行板电容器极板间有场强为E、方向竖直向下的匀强电场和磁感应强度为B1、方向水平向里的匀强磁场．左右两挡板中间分别开有小孔S1、S2，在其右侧有一边长为L的正三角形磁场，磁感应强度为B2，磁场边界ac中点S3与小孔S1、S2正对．现有大量的带电荷量均为+q、而质量和速率均可能不同的粒子从小孔S1水平射入电容器，其中速率为v0的粒子刚好能沿直线通过小孔S1、S2．粒子的重力及各粒子间的相互作用均可忽略不计．下列有关说法中正确的是( )
A．v0一定等于
B．在电容器极板中向上偏转的粒子的速度一定满足
C．质量的粒子都能从ac边射出
D．能打在ac边的所有粒子在磁场B2中运动的时间一定都相同
3．一种新型发电机叫磁流体发电机，它的发电原理是：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性）沿图中所示方向高速喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷．已知等离子体喷入速度为v，A、B间磁感应强度为B，A、B间距为d．在磁极配置如图中所示的情况下，下述说法正确的是
A．A板带正电
B．B板带正电
C．金属板A、B间只存在磁场
D．该磁流体发电机的电动势为vBd
二、单选题
4．如图所示,三根通电长直导线互相平行,垂直纸面放置,其间距均为,电流强度均为,方向垂直纸面向里(已知电流为的长直导线产生的磁场中,距导线处的磁感应强度,其中为常数).某时刻有一电子(质量为、电量为)正好经过原点,速度大小为,方向沿轴正方向,则电子此时所受磁场力为( )
A．方向垂直纸面向里,大小为
B．方向指向轴正方向,大小为
C．方向垂直纸面向里,大小为
D．方向指向轴正方向,大小为
5．如图所示，一带负电的粒子（不计重力）进入磁场中，图中的磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛仑兹力方向标示正确的是（ ）
A． B．
C． D．
6．磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，间距为d的平行金属板之间有大小为B的匀强磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，以速度v向右喷人磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连，则（　　）
A．平行板间负电荷向上偏转 B．用电器中的电流方向从B到A
C．若只增强磁场，发电机的电动势减小 D．若发电机内阻不计，则用电器两端电压为Bdv
7．下列图示的带电粒子刚进入磁场时受到洛伦兹力的作用，向上偏转的是（ ）
A． B．
C． D．
8．如图所示是电视机中偏转线圈的示意图，圆心O表示电子束，由纸内向纸外而来，那么，接通电源，给偏转线圈加上图示方向的电流时，电子束应
A．不偏转 B．向左偏转 C．向上偏转 D．向下偏转
9．关于电荷在电场和磁场中受力情况，以下表述错误的是
A．电荷在电场中一定受电场力
B．静止电荷在磁场中不受磁场力，运动电荷在磁场中一定受磁场力
C．运动电荷在磁场中也可以不受磁场力
D．电荷所受磁场力的方向一定与磁场的方向垂直
10．为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在上下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极,污水充满管口地从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U．若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积),下列说法中正确的是( )
A．若污水中负离子较多,则N板比M板电势高
B．M板电势一定高于N板的电势
C．污水中离子浓度越高,电压表的示数越大
D．电压表的示数U与污水流量Q成反比
11．在我们生活的地球周围，每时每刻都会有大量的由带电粒子组成的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些宇宙射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义．图所示为地磁场的示意图．现有一束宇宙射线在赤道上方沿垂直于地磁场方向射向地球，在地磁场的作用下，射线方向发生改变的情况是 （ ）
A．若这束射线是由带正电荷的粒子组成，它将向南偏移
B．若这束射线是由带正电荷的粒子组成，它将向北偏移
C．若这束射线是由带负电荷的粒子组成，它将向东偏移
D．若这束射线是由带负电荷的粒子组成，它将向西偏移
12．如图所示为速度选择器示意图，若使之正常工作，则以下叙述哪个是正确的（ ）
A．的电势必须高于的电势
B．匀强磁场的磁感应强度、匀强电场的电场强度和被选择的速度的大小应满足
C．从出来的只能是正电荷，不能是负电荷
D．如果把正常工作时的和的方向都改变为原来的相反方向，选择器同样正常工作
13．用示波器观察某交流信号时，显示屏上显示如图所示的波形．若要使该波形移动到显示屏的中央，只需调节______．
A．X增益旋钮
B．Y增益旋钮
C．水平位移旋钮
D．竖直位移旋钮
14．一质量 m、电荷量的﹣q 圆环，套在与水平面成θ角的足够长的粗糙细杆上，圆环的直径略大于杆的直径，细杆处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中。现给圆环一沿杆左上方方向的初速度 v0，（取为初速度 v0正方向）以后的运动过程中圆环运动的速度图像不可能是（　　）
A． B．
C． D．
15．如图所示是电视显像管原理示意图（俯视图），电流通过偏转线圈，从而产生偏转磁场，电子束经过偏转磁场后运动轨迹发生偏转，不计电子的重力，下列说法正确的是（　　）
A．电子经过磁场时速度增大
B．欲使电子束打在荧光屏上的A点，偏转磁场的方向应垂直纸面向里
C．欲使电子束打在荧光屏上的B点，偏转磁场的方向应垂直纸面向外
D．欲使电子束打在荧光屏上的位置由A点调整到B点，应调节偏转线圈中的电流使磁场增强
16．如图所示为一螺距较大、有弹性的通电螺线管的磁场截面分布图，虚线为螺线管的中轴线（与某一磁感线重合），ab为用绝缘细线悬挂的，位于螺线管的正上方的通电直导线，其电流方向由a到b，电流很小，不影响螺线管磁场，则（　　）
A．P，Q两点的磁感应强度相同
B．直导线的b端垂直纸面向里转动
C．断开螺线管的电源后，螺线管有沿水平轴线收缩的趋势
D．将不计重力的电子沿中轴线射入螺线管，电子将做匀速直线运动
三、解答题
17．如图所示，固定在水平面上的斜面倾角为α，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于斜面向上．将质量为m、带电量为+q的滑块轻轻放置在斜面上，求滑块稳定滑动时速度的大小和方向（与图中虚线之间的夹角）（斜面与滑块之间的动摩擦因数）
18．太阳的质量为1.99×1030 kg，距银河系中心约3万光年（1光年≈9.46×1012 km），以220 km/s左右的速率绕银河系中心转动。试计算太阳绕银河系中心转动时所需向心力的大小。
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．ABC
【详解】
AB．如图所示，根据安培定则以及对称性可知M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反，故AB正确；
C．如图所示，根据安培定则以及对称性可知a、b两导线中的电流在O点产生磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，所以O点的磁感应强度为零，故C正确；
D．若在N点放一小磁针，静止时其北极垂直ON指向上。故D错误。
故选ABC。
2．AB
【详解】
A. 当正粒子向右进入复合场时，受到的电场力向下，洛伦兹力方向向上，如果大小相等，
即
解得
v0=
就会做匀速直线运动，A正确；
B. 正粒子向上偏转是因为向上的洛伦兹力大于向下的电场力，即v0>，故B正确；
C.设质量为m0的粒子的轨迹刚好与bc边相切，如图所示
由几何关系得
R+R=，
而R=，
解得
m0=，
所以m<的粒子都会从ac边射出，而<，故C错误；
D. 质量不同的粒子在磁场中运动的周期不同，所以在磁场中运动的时间不同，D错误；
故选AB．
3．BD
【分析】
由题意可知考查带电粒子在磁场中的偏转问题，根据左手定则、受力动态平衡条件分析可得．
【详解】
A B．由左手定则可知，正粒子受到向下的洛伦兹力，
偏转打在B板上，负粒子受到向上的洛伦兹力偏转打在B板上，所以A板带负电，B板带正电，故A错误，B正确；
C．金属板A、B间除存在磁场处，还存在电场；故C错误；
D．带电粒子受到磁场力和电场力平衡，
，
所以磁流体发电机的电动势为，故D正确．
【点睛】
磁流体发电机的工作原理：正负带电粒子在磁场中偏转，达到稳定后，电场力和洛伦兹力大小相等，根据平衡条件列式可求出电动势
4．A
【详解】
P、Q两根导线距离0点的距离相等，根据安培定则，在O点产生的磁场方向相反，大小相等，合场强为零，所以最终场强等于R在O点产生的场强，根据安培定则，方向沿x轴负方向，RO=a，磁感线强度的大小，根据左手定则，洛伦兹力方向垂直纸面向里，大小．故A正确，BCD错误．故选A．
点睛：解决本题的关键掌握安培定则判断电流周围的磁场方向，运用左手定则判断洛伦兹力的方向．
5．C
【详解】
A．由左手定则判可知A图电荷所受洛伦兹力向下，A选项错误；
B．B图电荷的运动方向与磁感应强度方向平行不受洛伦兹力，B选项错误；
C．由左手定则判可知C图电荷所受洛伦兹力向下，C选项正确；
D．由左手定则判可知D图电荷所受洛伦兹力向左，D选项错误。
故选C。
6．D
【详解】
AB．首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断带正电粒子所受洛伦兹力方向向上（带负电粒子所受洛伦兹力向下），则带正电粒子向上板聚集，带负电粒子向下板聚集，两板之间产生了电势差，即金属板变为电源，且上板为正极，下板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，故AB错误；
CD．此后的带正电粒子除受到向上的洛伦兹力外还受到向下的电场力F，最终二力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，因
联立解得
所以电动势E与速度及磁场成正比，所以若只增大磁场，发电机的电动势增大，若发电机内阻不计，则用电器两端的电压即为发电机的电动势，等于，故C错误，D正确。
故选D。
7．A
【详解】
根据左手定则有：A中粒子的洛伦兹力方向竖直向上，向上偏转；B中粒子的洛伦兹力方向竖直向下，向下偏转；C中粒子的洛伦兹力方向垂直纸面向外，向下偏转；D中粒子的洛伦兹力方向垂直纸面向里，向里偏转，BCD错误，A正确；选A.
【点睛】解决本题的关键掌握左手定则判断洛伦兹力的方向，注意四指方向与正电荷运动的方向相同，与负电荷运动的方向相反．
8．C
【详解】
试题分析：磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，根据右手螺旋定则，在磁环上形成的磁场方向水平
向左，磁场是闭合的，故在磁环中心处的磁场是水平向左的，如图
再根据左手定则，当电子束沿轴线向纸外射出时，电子束受到向上的洛伦兹力，根据左手定则电子束的偏转方向向上．故C正确、ABD错误；故选C．
考点：洛伦兹力．
【名师点睛】本题要注意安培定则判断磁环中的磁场方向，不是线圈中心处的磁场方向，这一点很容易出错，应考虑到磁场是闭合的，磁环上产生的磁场向下，磁环中心处磁场向上．
9．B
【详解】
试题分析：电荷在电场中一定受电场力，选项A正确；静止电荷在磁场中不受磁场力，运动电荷在磁场中当速度方向与磁场平行时不受磁场力，选项BC错误； 电荷所受磁场力的方向一定与磁场的方向垂直，选项D正确；此题选择错误的选项，故选B．
考点：电场力和洛伦兹力
【名师点睛】解决本题的关键知道电场的性质是对电荷有力的作用．当运动的带电粒子的速度方向不与磁场平行，将会受到洛伦兹力作用，若运动电荷的速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力．
10．B
【详解】
由左手定则可知正离子向上偏转，负离子向下偏转，上极板带正电，M板电势高，选项A错误；选项B正确；当电压表示数稳定时，带电离子做匀速直线运动则：，与离子浓度无关；选项C错误；由可知，选项D错误；故选B。
11．D
【详解】
AB．由地磁场的分布可知，在赤道地区的磁场分布特点为：与地面平行由南指向北．若这束射线由带正电荷的粒子组成，由左手定则可得所受的安培力向东，所以将向东偏移，A、B错误；
CD．若这束射线由带负电荷的粒子组成，由左手定则可得所受的安培力向西，所以将向西偏移，C错误，D正确。
故选D。
12．D
【详解】
A．根据粒子通过复合场后，电场力与洛伦兹力平衡，若正电荷，则P1的电势必须低于P2的电势；若负电荷，则P1的电势仍必须低于P2的电势．故A错误；
B．匀强磁场的磁感应强度B．匀强电场的电场强度E和被选择的速度v的大小应满足，故B错误；
C．从S2出来的可以是正电荷，也可以是负电荷，故C错误；
D．如果把正常工作时的B和E的方向都改变为原来的相反方向，则电场力与洛伦兹力均反向，因此选择器同样正常工作，故D正确．
故选D。
13．D
【详解】
若要增大波形的亮度，应调节辉度调节旋钮；若要波形变细且清晰，应调节聚焦调节旋钮和辅助聚焦调节旋钮；若要将波形调至屏中央，应调节竖直位移与水平位移调节旋钮；当扫描频率与正弦信号频率相等时显示一个完整的正弦波形．欲显示两个完整的正弦波形，必须有正弦信号的频率是扫描频率的两倍，所以必须调整扫描微调旋钮．欲增大波形幅度，可调整Y增益旋钮．本题波形略靠上，应调节竖直位移旋钮，使其下移，故选D.
【点睛】示波器的使用要明确各旋钮的功能，示波器的使用以及记忆其实可以联系我们生活中常用的数码相机，比如若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节聚焦，数码相机也是调聚焦；若要将波形曲线调至屏中央，就是上下左右移动图象，跟数码相机操作也一致．
14．C
【详解】
当 qBv0＞mgcosθ时，物体受到 FN 先变小后变大，摩擦力
Ff＝μFN
也先变小后变大，物体减速的加速度
也先变小后变大；当速度变小为零时，若μ＞tanθ时，物体将静止；若μ＜tanθ时，物体将做加速度减小的加速运动直到平衡后做匀速。
当 qBv0＜mgcosθ时，物体受到 FN 变大，摩擦力
Ff＝μFN
变大，物体减速的加速度
变大；速度变小为零时，若μ＞tanθ时，物体将静止；若μ＜tanθ时，物体将做加速度减小的加速运动直到平衡后做匀速。故 ABD 图像可能存在，C 图像不可能存在，故 ABD 正确，C 错误。
本题选错误的，故选C。
15．C
【详解】
A．电子经过磁场发生偏转时，洛伦兹力方向与速度方向垂直，洛伦兹力不做功，所以电子的速度大小不变，A错误；
BC．根据左手定则，欲使电子束打在荧光屏上的A、B点，偏转磁场的方向应垂直纸面向外，B错误，C正确；
D．欲使电子束打在荧光屏上的位置由A点调整到B点，应减小电子的偏转程度，故应调节偏转线圈中的电流使磁场减弱，D错误。
故选C。
16．D
【详解】
A．P、Q两点的磁场方向为该处磁感线的切线方向，即两处磁场方向不同，故P、Q两点的磁感应强度不同，选项A错误；
B．根据左手定则，直导线左侧所受安培力垂直纸面向里，而右侧所受安培力垂直纸面向外，选项B错误；
C．在通电时，线圈的电流方向一致，线圈之间相互吸引，断开电源之后，弹性的线圈就要恢复原状，即螺线管要弹开，选项C错误；
D．在螺线管内部，近乎是匀强磁场，带电粒子沿着轴线射入，不受洛伦兹力，做匀速直线运动，选项D正确。
故选D。
17．；滑块稳定运动时运动方向与MN的夹角：
【详解】
试题分析：因为，所以滑块不会静止在斜面上．滑块将在斜面上滑动，并达到稳定状态时，设速度方向与MN的夹角为φ，如图所示．此时，滑块受到三个力而平衡：沿MN向下的重力的分力,与速度方向相反的摩擦力，垂直于速度方向的洛仑兹力．由物体的平衡：
其中：，
联立解得：，
即滑块稳定运动时运动方向与MN的夹角：
滑块稳定时的速度为：
考点：物体的平衡
【名师点睛】此题是关于物体的平衡问题；关键是搞清物体所受的三个力的关系，摩擦力的方向与速度方向相反，洛伦兹力与速度方向垂直；根据平衡知识列出两个方向的方程即可求解；此题数学计算较复杂，考查学生的计算能力．
18．
【详解】
根据向心力公式可得
答案第1页，共2页
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