2019人教版选择性必修第二册第一章第2节磁场对运动电荷的作用力同步练习(word版含答案)

2019人教版选择性必修第二册 第一章 第2节 磁场对运动电荷的作用力 同步练习
一、多选题
1．如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图乙为质谱仪原理图，图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，下列说法错误的是（　　）
A．图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板间产生电势差，A板电势高
B．图乙中，、、三种粒子经加速电场射入磁场，在磁场中的偏转半径最大
C．图丙中，加速电压越大，粒子获得的能量越高，比回旋加速器更有优势
D．图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大
2．如图所示，竖直放置的两平行金属板，长为 L，板间距离为 d，接在电压为 U 的直流电源上。 在两板间加一磁感应强度为 B，方向垂直纸面向里的匀强磁场。一个质量为 m，电荷量为 q 的带 正电油滴，从距金属板上端高为 h 处由静止开始自由下落，并经两板上端连线中点 P 进入板间。 油滴在 P 点所受的电场力与磁场力大小恰好相等，且最后恰好从金属板的下边缘离开电磁场区 域。空气阻力不计，重力加速度为 g，则下列说法正确的是（ ）
A．油滴刚进入电磁场时的加速度为 g
B．油滴开始下落的高度
C．油滴从左侧金属板的下边缘离开
D．油滴离开电磁场时的速度大小为
二、单选题
3．如图所示，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，一定受两个力，做匀速直线运动
B．若物块带负电，一定受两个力，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
4．如图是某电磁泵模型，泵体是长为L1宽和高都为L2的长方体，泵体处在垂直向外、磁感应强度为B的匀强磁场中，泵体上下表面分别接电势差为U的恒压电源。若电磁泵工作时电流表示数为I，泵和液面的高度差为h，液体的电阻率为，单位时间内电磁泵抽取液体的质量为m（不计电流表内阻以及液体在流动中与管壁之间的阻力，重力加速度为g）。则（　　）
A．泵体上表面应接电源负极
B．流过电磁泵的电流I小于
C．电磁泵对液体产生的推力大小为BIL1
D．时间t内抽取的水离开泵时的动能为
5．下列说法正确的是（　　）
A．图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压U
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的负极，A极板是发电机的正极
C．图丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D．图丁是霍尔效应示意图，导体上表面的电势比下表面的高
6．如图所示，平行金属极板M、N间的距离为d，两板间存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。大量带正、负电荷的等离子体以速度v沿图示方向射入两板之间。已知电容器的电容为C，两定值电阻阻值相等，电路中其余部分电阻忽略不计。闭合开关S待电路稳定后（　　）
A．M板的电势比N板的电势低
B．若只增加等离子体中带电粒子的个数，稳定后电容器C的带电量增加
C．若只增大MN之间的间距，稳定后电容器C的带电量增加
D．将开关S断开，稳定后电容器C所带电荷量
7．如图所示，一水平的可自由移动的通电长直导线置于螺线管的右端，通入垂直纸面向外方向的电流，当开关K闭合瞬间，长直导线的运动方向为（　　）
A．向上 B．向下 C．向左 D．向右
8．如图为速度选择器示意图，P1、P2为其两个极板．某带电粒子以速度v0从S1射入，恰能沿虚线从S2射出．不计粒子重力，下列说法正确的是
A．极板P1的电势一定高于极板P2的电势
B．该粒子一定带正电
C．该粒子以速度2v0从S1射入，仍能沿虚线从S2射出
D．该粒子以速度vo从S2射入，也能沿虚线从S1射出
9．如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是（　　）
A．甲图要增大粒子的最大动能，可增加电压
B．乙图可判断出A极板是发电机的正极
C．丙图可以判断出带电粒子的电性，粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D．丁图中若载流子带负电，稳定时D板电势高
10．如图所示，匀强磁场的方向竖直向下。磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管。试管在水平拉力F 作用下向右匀速运动，带电小球能从管口处飞出。关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确的是（　　）
A．小球带负电 B．洛伦兹力对小球做正功
C．小球做匀变速曲线运动 D．小球的运动轨迹是一条直线
11．下列说法正确的是（　　）
A．运动电荷在磁场中所受的磁场力方向一定与磁场的方向垂直
B．电荷在电场中的受力方向一定与电场的方向相同
C．感应电流的磁场方向总与引起感应电流的磁场方向相反
D．导体棒在匀强磁场中运动时一定能产生感应电动势
12．武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如下图所示模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，流量值等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为的匀强磁场，下列说法正确的是（　　）
A．带电粒子所受洛伦兹力方向是水平向左
B．正、负粒子所受洛伦兹力方向是相反的
C．废液的流量与、两点间电压成反比
D．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速
三、解答题
13．如图所示，在匀强磁场中，有一长为l的悬线，一端固定于O点，另一端挂一质量为m、带电荷量为的小球，将小球与悬线先后两次拉至与磁感线垂直且等高的左、右两侧的水平位置，由静止释放，已知小球通过最低位置时悬线的拉力之差为2mg，重力加速度为g，试求该匀强磁场的磁感应强度。
14．质量为m的金属滑块，带电荷量+q，以某一初速度沿水平放置的绝缘板进入电磁场空间，匀强磁场方向如图所示，匀强电场方向水平(且与地板平行)，滑块与绝缘地板间的动摩擦因数为μ，已知滑块自A点沿绝缘板做匀速直线运动，到B点与电路开关相撞，使形成电场的电路断开，电场立即消失，磁场依然存在。设碰撞时滑块无电荷量损失，而动能变为碰前的，滑块碰撞后，做匀速直线运动返回A点，往返总时间为T，AB长为L，求：
（1）匀强电场场强大小及方向；
（2）磁感应强度B。
15．在一根足够长的竖直绝缘杆上，套着一个质量为m、带电量为-q的小球，球与杆之间的动摩擦因数为μ．场强为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场方向如图所示，小球由静止开始下落。
(1)小球开始下落时的加速度为多大？
(2)小球运动的最大加速度为多大？
(3)小球运动的最大速度为多大？
16．如图所示，在平行板电容器中存在匀强电场E和匀强磁场B，它们的方向相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同，不考虑带电粒子所受的重力作用，某带粒子沿极板中心轴线射入，恰好做匀速直线运动，已知极板的长度为L，极板间距为d。
(1)求带电粒子的速率多大
(2)若撤去匀强电场，带电粒子恰好从极板边缘飞出，则带电粒子的比荷多大
17．为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨．潜艇下方有左、右两组推进器，每组由6个相同的用绝缘材料制成的直线通道推进器构成，其原理示意图如下．在直线通道内充满电阻率ρ=0.2Ω m的海水，通道中a×b×c=0.3m×0.4m×0.3m的空间内，存在由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度B=6.4T、方向垂直通道侧面向外．磁场区域上、下方各有a×b=0.3mx0.4m的金属板M、N，当其与推进器专用直流电源相连后，在两板之间的海水中产生了从N到M，大小恒为I=1.0×103A的电流，设电流只存在于磁场区域．不计电源内阻及导线电阻，海水密度ρ=1.0×103kg/m3．
（1）求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小，并判断其方向．
（2）在不改变潜艇结构的前提下，简述潜艇如何转弯？如何倒车？
（3）当潜艇以恒定速度v0=30m/s前进时，海水在出口处相对于推进器的速度v=34m/s，思考专用直流电源所提供的电功率如何分配，求出相应功率的大小．
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．ACD
【详解】
A．将一束等离子体喷入磁场，由左手定则得，正离子向下偏转，负离子向上偏转，A、B两板会产生电势差，且B板电势高，故选项A说法错误，符合题意；
B．质谱仪中，粒子经电场加速有
在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，有
解得
由此可知在磁场中偏转半径最大的是比荷()最小的粒子，、、三种粒子电荷量相同，质量最大，所以在磁场中的偏转半径最大，故选项B说法正确，不符合题意；
C．粒子通过多级直线加速器加速，加速电压越大，粒子获得的能量越高，但要产生这种高压所需的技术要求很高，同时加速装置的长度也要很长，故多级直线加速器不一定比回旋加速器更有优贽，故选项C说法错误，符合题意；
D．在回旋加速器中带电粒子经过电场多次加速后，速度越来越大，在磁场中做匀速圆周运动的半径
也会越来越大，而粒子在磁场中做圆周运动的周期
没有变化，故交变电流的频率不变，选项D说法错误，符合题意。
故选ACD。
2．ABD
【详解】
A．油滴刚进入电磁场时（在P点），受重力、电场力和洛伦兹力，其中电场力与磁场力大小恰好相等，故合力等于重力G，根据牛顿第二定律，加速度为g，故A正确；
B．在P点由题意可知
qE=qvB
自由下落过程有
v2=2gh
U=Ed
由以上三式解得
故B正确；
C．根据左手定则，在P位置时受洛伦兹力向右，竖直方向在加速，故洛伦兹力在变大，故油滴从右侧金属板的下边缘离开，故C错误；
D．由左手定则可知油滴经过P点后向右侧金属板偏转，则油滴克服电场力做功，整个过程由动能定理有
得
故D正确；
故选ABD。
3．D
【解析】
试题分析：若物块带正电，由左手定则知物块所受洛伦兹力方向向上，若向上的洛伦兹力和物块的重力相等，则物块与地面间无压力，物块也不受摩擦力，即物块只受两个力，在合力为零的情况下做匀速直线运动；若向上的洛伦兹力小于物块的重力则物块对地面有压力，还会受向后的摩擦力，即物块受重力、洛伦兹力、支持力、摩擦力四个力，物块做减速直线运动；综上，AC错误；若物块带负电，由左手定则知物块所受洛伦兹力方向向下，根据平衡条件物体受地面向上支持力，则物块还会受向后的摩擦力，共四个力，做减速直线运动，故D正确，C错误；故选D．
考点：洛伦兹力；左手定则
【名师点睛】本题借助洛伦兹力考查了物体的受力分析，知道弹力和摩擦力的关系：有摩擦力一定有弹力的作用，即弹力是存在摩擦力的必要不充分条件．
4．B
【详解】
A．当泵体上表面接电源的负极时，电流从下向上流过泵体，这时受到的磁场力水平向右，不会拉动液体，故A错误；
B．根据电阻定律，泵体内液体的电阻
由能量关系可知
故B正确；
C．根据安培力公式F=BIL2，故C错误；
D．若t时间内抽取水的质量为mt，根据能量守恒定律，则这部分水离开泵时的动能为
故D错误；
故选B。
5．C
【详解】
A．设回旋加速器的最大半径为R，加速后粒子的最大速度为v，根据
得
粒子获得的最大速度由半径R决定，而与加速电压U无关，选项A错误；
B．根据左手定则，正离子将向B极板偏转，负离子将向A极板偏转，所以，B极板是发电机的正极，A极板是发电机的负极，选项B错误；
C．沿直线匀速通过速度选择器的条件是
得
选项C正确；
D．根据左手定则，电子将向上偏转，所以上表面的电势比下表面的低，选项D错误。
故选C。
6．C
【详解】
A．根据左手定则可知，正离子偏向M板，负离子偏向N板，M板的电势比N板的电势高，选项A错误；
BC．稳定后
解得
U=Bdv
则电容器带电量为
可知若只增加等离子体中带电粒子的个数，稳定后电容器C的带电量不变；若只增大MN之间的间距d，稳定后电容器C的带电量增加，选项B错误，C正确；
D．将开关S断开，则电容器将放电，则稳定后电容器C所带电荷量为零，选项D错误。
故选C。
7．A
【详解】
当闭合开关K瞬间，根据右手螺旋定则可知通电螺线管产生的磁场在长直导线处的方向水平向右，再根据左手定则判断出通电导线的受力方向向上
故选A。
8．A
【详解】
A. 当粒子在正交的电场和磁场的区域内做直线运动时，电场力和洛伦兹力等大且方向相反．假设带电粒子带正电，由左手定则可判断，粒子将受到的应为竖直向上洛伦兹力，所以电场力竖直向下的，电场的方向应向下，则上极带正电，若带负电，则洛伦兹力向下，则电场力向上，上极仍带正电，选项A正确．
B. 设带电粒子带正电，由左手定则可判断，粒子将受到的应为竖直向上的洛伦兹力，竖直向下的电场力；如粒子带负点，由左手定则可判断，粒子将受到的应为竖直向下的洛伦兹力，竖直向上的电场力，仍能沿直线通过．故B错误．
C. 若粒子以速度2v0从S1射入，受到的洛仑磁力增大，但是电场力不变，故粒子不能沿着直线运动，不能沿虚线从S2射出．故C错误．
D.带电粒子从S2射入，所受的电场力方向不变，而洛伦兹力方向会变为与电场力相同，此时带电粒子将发生偏转．故D错误．
9．D
【详解】
A．根据
可得
结合，可知粒子的最大动能为
粒子的最大动能与加速电压无关，要增大粒子的最大动能，可增大磁感应强度B和金属盒半径R，故A错误；
B．根据左手定则，可知正电荷向B极板偏转，则B极板是发电机的正极，故B错误；
C．速度选择器选择的是带电粒子的速度，但丙图无法判断出带电粒子的电性，根据
可得粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
故C错误；
D．根据左手定则可知，带负电的载流子受到洛伦兹力方向向左，即向C板偏转，故稳定时D板电势高，故D正确。
10．C
【详解】
A．小球能从管口处飞出，说明小球受到指向管口洛伦兹力，根据左手定则判断，小球带正电，故A错误；
B．洛伦兹力总是与速度垂直，不做功，故B错误；
CD．设管子运动速度为v1，小球垂直于管子向右的分运动是匀速直线运动，小球沿管子方向受到洛伦兹力的分力F1=qv1B，q、v1、B均不变，F1不变，则小球沿管子做匀加速直线运动，运动规律与平抛运动类似为匀变速曲线运动，则小球运动的轨迹是一条抛物线，故C正确，D错误。
故选C。
11．A
【详解】
A．运动电荷在磁场中所受的磁场力方向一定与磁场的方向垂直，A正确；
B．正电荷在电场中的受力方向一定与电场的方向相同，B错误；
C．根据楞次定律，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反，C错误；
D．导体棒在匀强磁场中沿磁感线方向运动时不能产生感应电动势，D错误。
故选A。
12．B
【详解】
AB．根据左手定则可知正粒子所受洛伦兹力方向竖直向下，负粒子所受洛伦兹力方向竖直向上，故A错误，B正确；
CD．当M、N两点间电压U稳定时，根据平衡条件有
根据匀强电场中电势差与场强的关系有
由题意可知
联立解得
可知废液的流量与、两点间电压成正比，通过流量的表达式可知，污水流量计不可以用于测量不带电的液体的流速，故CD错误。
故选B。
13．
【详解】
小球自左侧通过最低位置时，由左手定则可知小球所受洛伦兹力F方向向上，在最低点，小球受到重力mg、洛伦兹力F和悬线的拉力T，根据牛顿第二定律有
小球自右侧通过最低位置时，洛伦兹力方向向下，设悬线的拉力为，小球速度为，根据牛顿第二定律有
小球从最高点运动至最低位置过程中，悬线的拉力、洛伦兹力均不做功，根据动能定理有
又
联立以上各式得
14．（1）；（2）
【详解】
（1）滑块速度向右，根据匀速运动条件
Eq＝μ(mg＋qv1B) ①
可知E的方向必水平向右。
由返回速度向左时仍匀速运动可知
qv2B＝mg ②
而题中有
③
联立得知
v1＝2v2
即
qv1B＝2mg
代入①式，
（2）由往返总时间为
即
v2＝
代入②式可得
15．(1) (2)g (3)
【解析】
【分析】
对小环进行受力分析，再根据各力的变化，可以找出合力及加速度的变化；即可以找出小环最大速度及最大加速度的状态．
【详解】
（1）小环静止时只受电场力、重力及摩擦力，电场力水平向右，摩擦力竖直向上；开始时，小环的加速度应为：；
（2）小环速度将增大，产生洛仑兹力，由左手定则可知，洛仑兹力向左，故水平方向合力将减少，摩擦力减少，故加速度增加；当qvB=qE时水平方向合力为0，摩擦力减小到0，加速度达到最大，所以小环由静止沿棒下落的最大加速度为：a==g；
（3）当此后速度继续增大，则洛仑兹力增大，水平方向上的合力增大，摩擦力将增大；加速度将继续减小，当加速度等于零时，即重力等于摩擦力，此时小环速度达到最大．
则有：mg=μ（qvB-qE），
解得：
【点睛】
本题要注意分析带电小环的运动过程，属于牛顿第二定律的动态应用与电磁场结合的题目，此类问题要求能准确找出物体的运动过程，并能分析各力的变化，对学生要求较高．同时注意因速度的变化，导致洛伦兹力变化，从而使合力发生变化，最终导致加速度发生变化．
16．(1)；(2)
【详解】
（1）根据题意可知带电粒子做的是匀速直线运动，所以电场力与洛伦兹力大小相等，设粒子的速度为v，则有
可求得速率为
（2）若撤去匀强电场，则带电粒子做匀速圆周运动，设圆周运动的半径为R，则根据勾股定理得，
求得
由于
联立以上求得
17．（1） 用左手定则判断磁场对海水作用力方向向右（或与海水出口方向相同）；（2）根据受力情况，通过开启、关闭推进器实现“转弯”，通过改变磁场力的方向实现“倒车”；（3）4.6104W
【详解】
（1）将通电海水看成导线，所受磁场力： F=IBL，代入数据得：
F=IBc=
用左手定则判断磁场对海水作用力方向向右（或与海水出口方向相同）
（2）考虑到潜艇下方有左、右2组推进器，可以开启或关闭不同个数的左、右两侧的直线通道推进器，实施转弯．改变电流方向，或者磁场方向，可以改变海水所受磁场力的方向，根据牛顿第三定律，使潜艇“倒车”．
（3）电源提供的电功率中的第一部分：牵引功率
根据牛顿第三定律
=12IBL
当时，代入数据得
第二部分：海水的焦耳热功率
对单个直线推进器，根据电阻定律：
代入数据得
由热功率公式
代入数据得
第三部分：单位时间内海水动能的增加值
设时间内喷出海水的质量为m
考虑到海水的初动能为零
m=
=12=4.6104W
答案第1页，共2页
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