新人教版选修1-1《2.4 磁场对运动电荷的作用》2015年单元测试卷(湖南省株洲市醴陵市青云学校)
一、选择题(本题包括7小题,每小题5分, ( http: / / www.21cnjy.com )每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错或不选的得0分,共35分)
1.在你身边,若有一束电子从上而下运动,在地磁场的作用下,它将( )
A.向东偏转 B.向西偏转 C.向北偏转 D.向南偏转
2.如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图,当线圈通以图示的直流电时,一束沿着管颈轴线射向纸内的电子将( )
A.向上偏转 B.向下偏转 C.向左偏转 D.向右偏转
3.如图所示,在真空中匀强电场的方向竖直向 ( http: / / www.21cnjy.com )下,匀强磁场的方向垂直纸面向里,三个油滴a、b、c 带有等量同种电荷,其中a静止,b向右做匀速运动,c向左匀速运动,比较它们的重力Ga、Gb、Gc的大小关系,正确的是( )
A.Ga最大 B.Gb最大 C.Gc最大 D.Gb最小
4.如图所示虚线所围的区域内,存在电场强度 ( http: / / www.21cnjy.com )为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场,已知从左侧水平射入的电子,穿过这一区域时未发生偏转,设重力忽略不计,则在这个区域中的E和B的方向可能是( )
A.E和B都沿水平方向,并与电子运动方向相同
B.E和B都沿水平方向,并与电子运动方向相反
C.E竖直向上,B垂直于纸面向外
D.E竖直向上,B垂直于纸面向里
5.1998年1月发射的“ ( http: / / www.21cnjy.com )月球勘探者号”空间探测器,运用最新科技手段对月球近距离勘测,在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得了最新成果.
(1)探测器在一些环形山中发现了质量密 ( http: / / www.21cnjy.com )集区,当飞越这些重力异常区时,通过地面大口径射电望远镜观察,轨道参数发生了微小变化,这些变化是
A.速度变小 B.速度变大 C.半径变小 D.半径变大
(2)月球上的磁场极其微弱,探测器 ( http: / / www.21cnjy.com )通过测量运动电子在月球磁场中的轨迹来推算磁场强弱分布.如图2﹣4﹣13所示是探测器通过月球a、b、c、d四个位置时,电子运动轨道的照片,设电子速率相同,且与磁场方向垂直,则其中磁场最强的位置是 ,图A中电子轨道半径为10 cm,电子的比荷为1.8×1011C/kg,速度为90 m/s,则a点的磁感应强度为 T.
6.如图所示,用两根相同的细绳水平 ( http: / / www.21cnjy.com )悬挂一段均匀载流直导线MN,电流I方向从M到N,绳子的拉力均为F.为使F=0,可能达到要求的方法是( )
A.加水平向右的磁场 B.加水平向左的磁场
C.加垂直纸面向里的磁场 D.加垂直纸面向外的磁场
7.如图所示,在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线,且导线中电流方向水平向右,则阴极射线将会( )
A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸内偏转 D.向纸外偏转
二、填空题(本题共6小题,每小题5分,共30分.请将正确的答案填到横线上)
8.运动电荷在磁场中所受的力称为 ( http: / / www.21cnjy.com ).通电导线在磁场中所受的 ,实际是洛伦兹力的 .由此我们可以推断运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向可以根据 判定.
9.在匀强磁场中,当运动电 ( http: / / www.21cnjy.com )荷速度方向与磁场方向垂直时,运动电荷所受洛伦兹力F的大小取决于三个因素: 、 和 .
10.三个粒子a、b、c ( http: / / www.21cnjy.com )(不计重力)以相同的速度射入匀强磁场中,运动轨迹如图所示.其中b粒子做匀速直线运动,则a粒子带 电,c粒子带 电.(请填“正”或“负”)
11.电视机里的显像管应用了 来实现它的工作的.
12.如图所示,质量为m的带正电小球能 ( http: / / www.21cnjy.com )沿着竖直的绝缘墙竖直下滑,磁感应强度为B的匀强磁场方向水平,并与小球运动方向垂直.若小球带电荷量为q,球与墙间的动摩擦因数为μ,则小球下滑的最大速度为 ,最大加速度为 .
13.质量为m、电荷量为q的微粒以速度 ( http: / / www.21cnjy.com )v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场中,如图所示,磁场的方向垂直于纸面向里,如微粒在电场、磁场及重力的作用下做匀速直线运动,则电场强度的大小为E= ,磁感应强度的大小为B= .
三、计算题(本题共3小题,共35分 ( http: / / www.21cnjy.com ).解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.将倾角为θ的光滑绝缘斜面放置在一个 ( http: / / www.21cnjy.com )足够大的、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中.一个质量为m、带电荷量为﹣q的小滑块,在竖直平面内沿斜面由静止开始下滑,如图所示,问:经过多少时间,带电滑块将脱离斜面?
15.有一质量为m、电荷量为q的带正 ( http: / / www.21cnjy.com )电的小球停在绝缘平面上,并处在磁感应强度为B、方向垂直指向纸面内部的匀强磁场中,如图所示,为了使小球飘离平面,匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少?方向如何?
16.通常要求磁铁远离电视机,这是为什么?若将磁铁的N极在左边(以看电视的人观察)靠近电视,则显像管上的光斑会怎样变化?
新人教版选修1-1《2.4 磁场对运动电荷的作用》2015年单元测试卷(湖南省株洲市醴陵市青云学校)
参考答案与试题解析
一、选择题(本题包括7小题,每小题5分 ( http: / / www.21cnjy.com ),每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错或不选的得0分,共35分)
1.在你身边,若有一束电子从上而下运动,在地磁场的作用下,它将( )
A.向东偏转 B.向西偏转 C.向北偏转 D.向南偏转
【考点】左手定则;地磁场.
【分析】根据地磁场方向、电子运动方向,由左手定则可以判断出电子所受洛伦兹力的方向,然后答题.
【解答】解:在北半球,地磁场水平方向的分量水平向北,电子从上向下运动,由左手定则可知,电子所受洛伦兹力水平向西,则电子将向西偏转;
故选B.
【点评】本题考查了判断电子的运动,知道地磁场方向、应用左手定则即可正确解题.
2.如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图,当线圈通以图示的直流电时,一束沿着管颈轴线射向纸内的电子将( )
A.向上偏转 B.向下偏转 C.向左偏转 D.向右偏转
【考点】左手定则;通电直导线和通电线圈周围磁场的方向.
【分析】由安培定则判断出磁场方向,然后由左手定则判断电子所受洛伦兹力方向.
【解答】解:由安培定则可知,线圈在纸面内中心点的磁场方向向下,由左手定则可知电子将向右偏转,故D正确.
故选:D.
【点评】本题考查了判断电子的偏转方向问题,应用安培定则与左手定则即可正确解题,应用左手定则解题时要注意电子带负电.
3.如图所示,在真空中匀强电场 ( http: / / www.21cnjy.com )的方向竖直向下,匀强磁场的方向垂直纸面向里,三个油滴a、b、c 带有等量同种电荷,其中a静止,b向右做匀速运动,c向左匀速运动,比较它们的重力Ga、Gb、Gc的大小关系,正确的是( )
A.Ga最大 B.Gb最大 C.Gc最大 D.Gb最小
【考点】带电粒子在混合场中的运动.
【专题】带电粒子在复合场中的运动专题.
【分析】三个带电油滴都受力平衡,根据共点力平衡条件列式求解即可.
【解答】解:a球受力平衡,有
Ga=qE ①
重力和电场力等值、反向、共线,故电场力向上,由于电场强度向下,故球带负电;
b球受力平衡,有
Gb+qvB=qE ②
c球受力平衡,有
Gc=qvB+qE ③
解得
Gc>Ga>Gb
故选CD.
【点评】本题关键分别对a、b、c三个球 ( http: / / www.21cnjy.com )进行受力分析,然后得到小球的电性,电场力和洛仑兹力的方向,最后根据共点力平衡条件得到各个球的重力的大小.
4.如图所示虚线所围的区域内,存在电场强度 ( http: / / www.21cnjy.com )为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场,已知从左侧水平射入的电子,穿过这一区域时未发生偏转,设重力忽略不计,则在这个区域中的E和B的方向可能是( )
A.E和B都沿水平方向,并与电子运动方向相同
B.E和B都沿水平方向,并与电子运动方向相反
C.E竖直向上,B垂直于纸面向外
D.E竖直向上,B垂直于纸面向里
【考点】带电粒子在混合场中的运动.
【专题】带电粒子在复合场中的运动专题.
【分析】根据各选项提供的电场方向和磁场方向,逐一分析各选项中的受力情况,分析电场力和磁场力的合力,即可判断带电粒子的运动情况.
【解答】解:重力忽略不计的电子,穿过这一区域时未发生偏转,
A、若E和B都沿水平方向,并 ( http: / / www.21cnjy.com )与电子运动方向相同,则有电子所受电场力方向与运动方向相反,而由于电子运动方向与B方向相互平行,所以不受磁场力,因此穿过此区域不会发生偏转.故A正确;
B、若E和B都沿水平方向,并与电子运动 ( http: / / www.21cnjy.com )方向相反,则有电子所受电场力方向与运动方向相同,而由于电子运动方向与B方向在一条直线上,所以不受磁场力,因此穿过此区域不会发生偏转.故B正确;
C、若E竖直向上,B垂直于纸面向外,则 ( http: / / www.21cnjy.com )有电场力竖直向下,而磁场力由左手定则可得方向竖直向上,所以当两力大小相等时,电子穿过此区域不会发生偏转.故C正确;
D、若E竖直向上,B垂直于纸面向里,则有电场力方向竖直向下,而磁场力方向由左手定则可得竖直向下,所以两力不能使电子做直线运动,故D错误;
故选ABC.
【点评】该题考查了电场力和磁场力的方向的 ( http: / / www.21cnjy.com )判断,在判断磁场力方向时,要会熟练的应用左手定则;了解二力平衡的条件,会准确的判断二力是否能平衡是解决此类问题的关键.
5.1998年1月发射的“月球勘探者号”空间 ( http: / / www.21cnjy.com )探测器,运用最新科技手段对月球近距离勘测,在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得了最新成果.
(1)探测器在一些环形山中发现了质量 ( http: / / www.21cnjy.com )密集区,当飞越这些重力异常区时,通过地面大口径射电望远镜观察,轨道参数发生了微小变化,这些变化是 BC
A.速度变小 B.速度变大 C.半径变小 D.半径变大
(2)月球上的磁场极其微弱,探测器通过 ( http: / / www.21cnjy.com )测量运动电子在月球磁场中的轨迹来推算磁场强弱分布.如图2﹣4﹣13所示是探测器通过月球a、b、c、d四个位置时,电子运动轨道的照片,设电子速率相同,且与磁场方向垂直,则其中磁场最强的位置是 A ,图A中电子轨道半径为10 cm,电子的比荷为1.8×1011C/kg,速度为90 m/s,则a点的磁感应强度为 5×10﹣9 T.
【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动.
【分析】(1)当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空时,月球的重心上移,导致轨道半径减小,根据万有引力提供向心力判断速率的变化.
(2)电子在月球磁场中做圆周运动时,根据半径公式r=分析得知,半径与磁感应强度成反比,由图分析轨迹半径的大小,即可得到磁感应强度的大小.
【解答】解:(1)当探测器在飞越月球上一 ( http: / / www.21cnjy.com )些环形山中的质量密集区上空时,月球的重心上移,轨道半径减小,根据,解得v=,r减小,则v增大.故AD错误,BC正确.
故选:BC
(2)电子在月球磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则有:
解得:半径为r=,
m、q、v相同,则半径r与磁感应强度B成反比.由图看出,A照片中电子轨迹半径最小,则磁感应强度B最大,即磁场最强.
B=
故答案为:(1)BC;(2)A;5×10﹣9
【点评】(1)解决本题的关键掌握万有引力提供向心力;
(2)本题考查运用物理知识分析实际问题,背景较新,但落点较低,实质是带电粒子在磁场中圆周运动半径公式r=的直接应用.
6.如图所示,用两根相同的细绳水平 ( http: / / www.21cnjy.com )悬挂一段均匀载流直导线MN,电流I方向从M到N,绳子的拉力均为F.为使F=0,可能达到要求的方法是( )
A.加水平向右的磁场 B.加水平向左的磁场
C.加垂直纸面向里的磁场 D.加垂直纸面向外的磁场
【考点】安培力;共点力平衡的条件及其应用.
【专题】共点力作用下物体平衡专题.
【分析】以直导线MN为研究对象,开始 ( http: / / www.21cnjy.com )没有电流时重力和绳子拉力大小相等,若使绳子上的拉力为零,则可以在该空间中加上磁场,使MN所受安培力方向向上即可.
【解答】解:根据左手定则可知,在MN中 ( http: / / www.21cnjy.com )通入电流,在空间加上垂直与纸面的磁场,可以使MN受到向上的安培力,这样可以使MN受到绳子拉力为零,具体根据左手定则有:当MN中通入从M到N的电流时,要使安培力向上,可以加上垂直纸面向里的磁场,故ABD错误,C正确.
故选C.
【点评】本题考查了在磁场中的受力平衡问题,注意左手定则的灵活应用,明确磁场方向、电流方向、受力方向三者之间的关系.
7.如图所示,在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线,且导线中电流方向水平向右,则阴极射线将会( )
A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸内偏转 D.向纸外偏转
【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动.
【专题】带电粒子在磁场中的运动专题.
【分析】首先由安培定则分析判断通电直导线周围产生的磁场情况,再由左手定则判断出电子流的受力方向,可知电子流的偏转方向.
【解答】解:
由安培定则可判断出通电直导线 ( http: / / www.21cnjy.com )周围所产生的磁场,阴极射线管正好处于垂直纸面向外的磁场中,由左手定则可判断出电子流受到向上的洛伦兹力作用,所以电子流要向上偏转.所以选项A正确,选项BCD都错误.
故选:A
【点评】此题要求要会熟练的 ( http: / / www.21cnjy.com )使用安培定则和左手定则分析解决问题,要明确电流、磁场、磁场力的关系,能正确的运用左手定则和右手定则分析问题是解决该题的关键
二、填空题(本题共6小题,每小题5分,共30分.请将正确的答案填到横线上)
8.运动电荷在磁场中所受的力称为 洛伦兹力 ( http: / / www.21cnjy.com ) .通电导线在磁场中所受的 安培力 ,实际是洛伦兹力的 宏观表现 .由此我们可以推断运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向可以根据 左手定则 判定.
【考点】洛仑兹力.
【分析】电流是电荷定向移动形成的,磁场对电流 ( http: / / www.21cnjy.com )的作用力是安培力,对运动电荷的作用力是洛伦兹力,实际上安培力是洛伦兹力的宏观表现.方向可以通过左手定则判断.
【解答】解:运动电荷在磁场中所受的力称为洛伦 ( http: / / www.21cnjy.com )兹力,通电导线在磁场中所受的安培力,实际是洛伦兹力的宏观表现,运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向可以根据左手定则判断.
故答案为:洛伦兹力,安培力,宏观表现,左手定则
【点评】解决本题的关键知道洛伦兹力和安培力的区别和联系,知道安培力是洛伦兹力的宏观表现.
9.在匀强磁场中,当运动电荷速度方向与磁场方向垂直时,运动电荷所受洛伦兹力F的大小取决于三个因素: 磁感应强度 、 电荷量 和 速度 .
【考点】磁感应强度.
【分析】在匀强磁场中,当运动电荷速度方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力F大小公式为F=qvB.由此式分析.
【解答】解:在匀强磁场中,当 ( http: / / www.21cnjy.com )运动电荷速度方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力F大小公式为F=qvB,则知洛伦兹力F的大小取决于三个因素:磁感应强度,电荷量,速度
故答案为:磁感应强度,电荷量,速度.
【点评】解决本题的关键要掌握洛伦兹力大小公式F=qvB,要注意该公式的适用条件:1、匀强磁场.2、运动电荷速度方向与磁场方向垂直.
10.三个粒子a、b、c(不计重 ( http: / / www.21cnjy.com )力)以相同的速度射入匀强磁场中,运动轨迹如图所示.其中b粒子做匀速直线运动,则a粒子带 负 电,c粒子带 正 电.(请填“正”或“负”)
【考点】洛仑兹力.
【分析】b粒子做直线运动,表明b粒子不受洛伦兹力,b粒子不带电,根据a、c粒子的偏转方向,由左手定则可判断其带电性.
【解答】解:b粒子做直线运动,表明b粒子不受洛伦兹力,b粒子不带电;由左手定则可知,a粒子带负电,c带正电
故答案为:负;正.
【点评】本题考查左手定则,知道磁场方向和粒子运动方向,判断带电性质,基础题.
11.电视机里的显像管应用了 电子束磁偏转 来实现它的工作的.
【考点】电视机的主要结构.
【专题】定性思想;推理法;磁场 磁场对电流的作用.
【分析】显像管应用了磁场使电子束偏转的原理,而使电子可以在磁场的作用下打在屏幕上的任意位置,从而形成图象.
【解答】解:电视机显像管应用了电子束磁偏转原理,让电子通过可以控制的磁场区域即可控制电子的偏转,从而形成不同的图象;
故答案为:电子束磁偏转.
【点评】本题考查电视机的工作原理,要明确我们周围用电器应用了大量的物理规律,要注意能进行分析并明确其基本原理;这些可以激发我们的学习兴趣.
12.如图所示,质量为m的带正电小球能沿着 ( http: / / www.21cnjy.com )竖直的绝缘墙竖直下滑,磁感应强度为B的匀强磁场方向水平,并与小球运动方向垂直.若小球带电荷量为q,球与墙间的动摩擦因数为μ,则小球下滑的最大速度为 ,最大加速度为 g .
【考点】共点力平衡的条件及其应用;洛仑兹力.
【分析】对小球进行受力分析,再根据各力的变化,可以找出合力及加速度的变化;即可以找出小球最大速度及最大加速度的状态.
【解答】解:小球静止时只受重力,则加速度为g,下滑后,小球受洛伦兹力、重力、支持力及摩擦力,洛伦兹力水平向左,摩擦力竖直向上,
小球向下做加速运动,速度越大,洛伦兹力越大,则摩擦力越大,加速度越小,当加速度等于零时,速度最大,则
mg=μqvB,得v=,此后小球做匀速直线运动,加速度为0,故开始时加速度最大:a=g.
故答案为:;g
【点评】本题要注意分析带电小球的运动过 ( http: / / www.21cnjy.com )程,属于牛顿第二定律的动态应用与磁场结合的题目,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.
13.质量为m、电荷量为q的微粒以 ( http: / / www.21cnjy.com )速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场中,如图所示,磁场的方向垂直于纸面向里,如微粒在电场、磁场及重力的作用下做匀速直线运动,则电场强度的大小为E= ,磁感应强度的大小为B= .
【考点】带电粒子在混合场中的运动.
【专题】带电粒子在复合场中的运动专题.
【分析】对带电微粒进行受力分析, ( http: / / www.21cnjy.com )然后由平衡条件列方程,求出电场强度与磁感应强度;电场方向反向后,分析带电微粒的受力情况,根据带电微粒的受力情况,确定微粒的运动状态.
【解答】解:由题意可知,带电微粒受力如图所示,微粒做匀速直线运动,因此电场力水平向右,则微粒带正电;
由于微粒沿着虚线运动,所以根据左手定则可知,洛伦兹力斜向左上方.因处于平衡状态,由平衡条件可得:
竖直方向:qvBsin45°=mg ①,
水平方向:qvBcos45°=qE ②,
由①②解得:E=,
B=
故答案为:,.
【点评】本题难度不大,对微粒正确受力分 ( http: / / www.21cnjy.com )析、熟练应用平衡条件,同时在左手定则的判定洛伦兹力的方向时,注意电荷的电性,并掌握根据运动来确定受力分析的方法.
三、计算题(本题共3小题,共35分 ( http: / / www.21cnjy.com ).解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.将倾角为θ的光滑绝缘斜面放置在 ( http: / / www.21cnjy.com )一个足够大的、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中.一个质量为m、带电荷量为﹣q的小滑块,在竖直平面内沿斜面由静止开始下滑,如图所示,问:经过多少时间,带电滑块将脱离斜面?
【考点】洛仑兹力;共点力平衡的条件及其应用.
【分析】当物体对斜面的压力为零时,物体 ( http: / / www.21cnjy.com )开始离开斜面,由平衡条件求出物体此时的速度,根据牛顿第二定律求出下滑的加速度,结合速度时间公式求出运动的时间.
【解答】解:滑块脱离斜面时的速度为v,则有:
qvB=mgcosθ ①
滑块沿斜面匀加速下滑的加速度a==gsinθ,则:
v=at②
由①②两式得 t=.
答:经过时间,带电滑块将脱离斜面.
【点评】解决本题的关键是正确地进行受力分析,抓住垂直于斜面方向上的合力为零时,物体开始离开斜面进行分析求解.
15.有一质量为m、电荷 ( http: / / www.21cnjy.com )量为q的带正电的小球停在绝缘平面上,并处在磁感应强度为B、方向垂直指向纸面内部的匀强磁场中,如图所示,为了使小球飘离平面,匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少?方向如何?
【考点】洛仑兹力.
【分析】磁场运动时,可以等效为小球 ( http: / / www.21cnjy.com )相对于磁场运动,当洛伦兹力等于重力时,小球会飘起.根据mg=qvB,求出速度的大小,根据洛伦兹力的方向判断出小球相对于磁场的方向,从而得知磁场的运动方向.
【解答】解:当磁场向左运 ( http: / / www.21cnjy.com )动时,相当于小球向右运动,带正电小球所受的洛伦兹力方向向上,当其与重力平衡时,小球即将飘离平面.设此时速度为v,则由力的平衡有:qvB=mg;则v=.
答:磁场应水平向左平移,最小速度为.
【点评】解决本题的关键知道洛伦兹力和重力相等时,小球会飘起,掌握左手定则判定洛伦兹力方向、电荷运动方向和磁场方向的关系.
16.通常要求磁铁远离电视机,这是为什么?若将磁铁的N极在左边(以看电视的人观察)靠近电视,则显像管上的光斑会怎样变化?
【考点】磁现象和磁场.
【分析】明确电视机中电磁偏转转的原理,根据左手定则分析电子的偏转方向.
【解答】解:磁铁产生的磁场使射向显像管的电子发生偏转,使显像变形.
N极在左边,则磁场向右,由左手定则可知,光斑会向下偏.
答:磁铁产生的磁场使射向显像管的电子发生偏转,使显像变形;向下偏.
【点评】本题考查电视机原理以及左手定则的应用,要注意因电子带负电,故四指应指向电子运动的反方向.