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高二物理下册磁场对电流的作用力检测题  

2012-04-04 11:30:03|  分类: 【高二试题】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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高二物理下册磁场对电流的作用力检测题

 

一、单项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分)
1.如图1所示,一个带正电荷的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为v.若在空间加上一个垂直纸面向外的磁场,则物体滑到底端时的速度将(  )
 
图1
A.大于v        B.小于v
C.等于v      D.不能确定
解析:若在空间加上一个垂直纸面向外的磁场,在物体向下滑时,将受到一个垂直斜面向上的洛伦兹力,使得斜面与物体间的弹力比未加磁场时减小,则滑动摩擦力减小,滑到底端摩擦力对物体所做的负功减小,则物体滑到底端时的动能增大,速率增大,故选项A正确.
答案:A
2.如图2所示,在竖直绝缘的水平台上,一个带正电的小球以水平速度v0抛出,落在地面上的A点,若加一垂直纸面向里的匀强磁场,小球仍能落到地面上,则小球的落点(  )
 
图2
A.仍在A点  B.在A点左侧
C.在A点右侧  D.无法确定
解析:小球在运动中任一位置的受力如图所示,小球此时受到了斜向上的洛伦兹力的作用,小球在竖直方向的加速度ay=mg-qvBcosθm<g,故小球在空中做曲线运动的时间将增加,落点应在A点的右侧,选项C正确.
答案:C
3.如图3所示,在图中虚线所围的区域内,存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场.已知从左方水平射入的电子,通过该区域时未发生偏转,假设电子重力可忽略不计,则在该区域中的E和B的方向不可能的是(  )
 
图3
A.E竖直向上,B垂直纸面向外
B.E竖直向上,B垂直纸面向里
C.E和B都沿水平方向,并与电子运动方向相同
D.E和B都沿水平方向,并与电子运动方向相反
思路点拨:电子在电场和磁场的复合场中可能做哪些类型的直线运动?条件是什么?
解析:若E竖直向上,B垂直纸面向外,则静电力F电=qE竖直向下,洛伦兹力F洛=qvB竖直向上,若qE=qvB,则电子做匀速直线运动,此即为“速度选择器”模型,A项正确.若E、B与v平行时,F洛=0,F电与v同向,电子加速,反向时,电子减速,C、D项均正确,所以B是不可能的,选B.
答案:B
4.如图4所示,在x>0,y>0的空间中有恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里,大小为B.现有一质量为m、电荷量为q的点电荷,在x轴上到原点的距离为x0的P点,以平行于y轴的初速度射入此磁场,在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场.不计重力的影响.由这些条件可知(  )
 
图4
A.不能确定粒子通过y轴时的位置
B.不能确定粒子速度的大小
C.不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间
D.以上三个判断都不对
解析:垂直于x轴进入磁场,垂直于y轴离开磁场,由此可确定离子运动的轨迹是四分之一个圆周,故选项A、B、C都能确定,只能选D.
答案:D
二、双项选择题(本题共5小题,每小题8分,共40分)
5.质谱议是一种测定点电荷质量和分析同位素性质的重要工具,它的构造原理如图5所示.粒子源S发出各种不同的正粒子束,粒子从S出来时速度很小,可以看作初速为零,粒子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场区域(图中线框所示),并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点,测得P点到入口的距离为x,则以下说法正确的是(  )
 
图5
A.若粒子束不是同位素,则x越大,正粒子的质量一定越大
B.若粒子束是同位素,则x越大,质量一定越大
C.只要x相同,则正粒子的质量一定相同
D.只要x相同,则正粒子的比荷一定相同
解析:粒子在加速电场被加速,有qU=12mv2,然后粒子进入磁场中偏转,其轨道为半圆,故有x2=mvqB.由以上二式可解得:m=qB2x28U.若粒子束为同位素,q相同,则x越大,m越大;若x相同,则粒子束比荷qm一定相同.正确选项为B、D.
答案:BD
6.1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图6所示,这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是(  )
 
图6
A.离子由加速器的中心附近进入加速器
B.离子由加速器的边缘进入加速器
C.离子从磁场中获得能量
D.离子从电场中获得能量
答案:AD
7.某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中做匀速圆周运动,磁场方向垂直于它的运动平面,电子所受的电场力恰是磁场对它的作用力的3倍,若电子的电荷量为e、质量为m,磁感应强度为B,那么,电子运动的可能角速度是(  )
A.4eB/m     B.3eB/m
C.2eB/m      D.eB
解析:由于本题中没有明确磁场的方向和电子的环绕方向,所以电子受洛伦兹力的方向有两种可能,一种可能是F电与F洛同时指向圆心,如图(1)、(2)所示,另一种是F洛背离圆心,如图(3)、(4)所示,所以此题必有两个解.
 
在(1)、(2)情况下:F电+F洛=mw2r,又F电=3F洛=3evB,则4evB=mw2r,又因为v=wr,所以w=4eBm.在(3)、(4)情况下:F电-F洛=mw2r,又F电=3F洛=3evB,则2evB=mw2r,又因为v=wr,所以w=2eBm.本题选择A、C.
答案:AC
8.如图7所示,正方形容器处在匀强磁场中,一束电子从a孔垂直于磁场沿ab方向射入容器中,其中一部分从c孔射出,一部分从d孔射出,容器处在真空中,下列说法正确的是(  )
 
图7
A.从两孔射出的电子速率之比为vc∶vd=2∶1
B.从两孔射出的电子在容器中运动所用的时间之比为tc∶td=1∶2
C.从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比为ac∶ad=2∶1
D.从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比为ac∶ad=2∶1
解析:设正方形容器的边长为a,从c孔射出的电子的圆周半径rc=a,从d孔射出的电子的圆周半径rd=a2,由r=mvqB得vcvd=rcrd=21,A错误,从c孔射出的电子运动的时间tc=14T,从d孔射出的电子运动的时间td=12T,所以tctd=12,B正确.粒子的加速度a=Fm=qvBm,所以acad=vcvd=21,C错误,D正确.
答案:BD
9.如图8所示,在半径为R的圆形区域内有匀强磁场.在边长为2R的正方形区域里也有匀强磁场,两个磁场的磁感应强度大小相同.两个相同的带电粒子以相同的速率分别从M、N两点射入匀强磁场.在M点射入的带电粒子,其速度方向指向圆心;在N点射入的带电粒子,速度方向与边界垂直,且N点为正方形边长的中点,则下列说法正确的是(  )
 
图8
A.带电粒子在磁场中飞行的时间可能相同
B.从M点射入的带电粒子可能先飞出磁场
C.从N点射入的带电粒子可能先飞出磁场
D.从N点射入的带电粒子不可能比M点射入的带电粒子先飞出磁场
解析:画轨迹草图如右图所示,容易得出粒子在圆形磁场中的轨迹长度(或轨迹对应的圆心角)不会大于在正方形磁场中的,故A、B、D正确.
答案:ABD
三、非选择题(本题共3小题,共36分)
10.(12分)质量为0.1 g的小物块,带有5×10-4 C的电荷量,放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上,整个斜面置于0.5 T的匀强磁场中,磁场方向如图9所示,物体由静止开始下滑,滑到某一位置时,物块开始离开斜面(设斜面足够长,g=10 m/s2)问:
 
图9
(1)物块的带电性质如何?
(2)物块离开斜面时的速度为多少?
(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少?
思维导图
判定洛伦兹力方向―→求离开斜面的临界速度―→由动能定理求物块位移
解析:(1)由左手定则可知物块带负电荷.
(2)当物块离开斜面时,物块对斜面压力为0,受力如图所示,则:
qvB-mgcos30°=0,
解得v=3.46 m/s.
(3)由动能定理得:mgsin30°?L=12mv2,
解得物块在斜面上滑行的最大距离L=1.2 m.
答案:(1)物块带负电荷 (2)3.46 m/s (3)1.2 m
11.(12分)在平面直角坐标xOy中,第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上的N点与x轴正方向成θ=60°角射入磁场,最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场,如图10所示.不计粒子重力,求
 
图10
(1)M、N两点间的电势差UMN;
(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r;
(3)粒子从M点运动到P点的总时间t.
解析:(1)设粒子过N点时的速度为v,有v0v=cosθ       ①
v=2v0                  ②
粒子从M点运动到N点的过程,有
qUMN=12mv2-12mv20               ③
UMN=3mv202q                 ④
(2)粒子在磁场中以O′为圆心做匀速圆周运动,半径为O′N,有qvB=mv2r        ⑤
r=2mv0qB            ⑥
(3)由几何关系得ON=rsinθ       ⑦
设粒子在电场中运动的时间为t1,有ON=v0t1  ⑧
t1=3mqB           ⑨
粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期
T=2πmqB                  ⑩

设粒子在磁场中运动的时间为t2,有t2=π-θ2πT        ?
t2=2πm3qB                  ?
t=t1+t2,t=?33+2π?m3qB
答案:(1)3mv202q (2)2mv0qB (3)?33+2π?m3qB
12.(12分)如图11所示,在x轴的上方有垂直于xOy平面的匀强磁场,磁感应强度为B;在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场,场强为E.一个质量为m、电荷量为-q的粒子从坐标原点沿着y轴的正方向射出,射出之后,第三次到达x轴时,它与O点的距离为L,求此粒子射出时的速度v和运动的总路程s.(重力不计)
 
图11
解析:粒子从O点开始,在匀强磁场中做匀速圆周运动,经半个圆周后第一次到达x轴上的P点.随后以初速度v做匀减速直线运动,到达Q点速度减为零.接着返回做匀加速直线运动,第二次到达x轴上的P点时速度又为v.进入匀强磁场中再做匀速圆周运动,经半个圆周后第三次到达x轴上的N点(如图所示).
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,圆周半径为R=L4
向心力由洛伦兹力提供:qvB=mv2R得v=BqL4m,粒子由P到Q,初速度为v,加速度大小为a=qEm
设P、Q相距d,则:v2=2ad,粒子运动总路程s=2πR+2d,由以上各式得s=12πL+qB2L216mE
答案:BqL4m 12πL+qB2L216mE



 

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