2015年湖北高考物理专项训练：运动的电荷在磁场中受到的力

湖北2015年高考物理专项训练：运动的电荷在磁场中受到的力

　　2015年湖北高考生正在努力备考中，湖北高考网整理了2015年湖北高考物理专项训练资料，希望对大家的复习有帮助！

　　一、选择题(8×5′，共40分)

　　1.如图8所示，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板左、右边缘的两点，则(　　)

　　图8

　　A.电势φa>φb

　　B.电势φb>φa

　　C.电流增大时，|φa-φb|增大

　　D.其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样

　　解析：电流向上，则自由电子向下运动，由左手定则可判断出电子向a侧积聚，φb>φa，B正确;电流增大时，电子运动速度v增大，待稳定时q=qvB，其中d为铜板宽度，得Uba=dvB，即|φa-φb|=dvB，C正确;若将铜板改为NaCl水溶液，由于NaCl水溶液中定向移动的是正、负离子，由左手定则可判断出正、负离子均向a侧积聚，结果φa=φb，D错误.

　　答案：BC

　　2.一个长螺线管中通有大小和方向都不断变化的电流，把一个带电粒子沿管轴线射入管中，若不计重力，粒子将在管中(　　)

　　A.做圆周运动

　　B.沿轴线来回运动

　　C.做匀加速直线运动

　　D.做匀速直线运动

　　解析：带电粒子平行磁场方向飞入并不受磁场力作用.

　　答案：D

　　图9

　　3.在如图9所示的空间中，存在场强为E的匀强电场，同时存在沿x轴负方向，磁感应强度为B的匀强磁场.一质子(电荷量为e)在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动.据此可以判断出(　　)

　　A.质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能减小;沿z轴正方向电势升高

　　B.质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能增大;沿z轴正方向电势降低

　　C.质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变;沿z轴正方向电势升高

　　D.质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变;沿z轴正方向电势降低

　　解析：考查带电粒子在电场、磁场中的运动及受力特点.因为质子在电磁场中匀速运动，故电场力并未对质子做功，故电势能不变，A、B错;因质子做匀速运动，所受电场力与洛伦兹力相等，由左手定则可知洛伦兹力方向沿z轴正方向，所以电场力方向应沿z轴负方向，质子带正电，故可确定电场方向沿z轴负方向，因此沿z轴正方向电势升高，C项正确.

　　答案：C

　　4.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动.下列说法正确的是(　　)

　　A.速率越大，周期越大

　　B.速率越小，周期越大

　　C.速度方向与磁场方向平行

　　D.速度方向与磁场方向垂直

　　解析：本题主要考查带电粒子在磁场中运动的知识.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，向心力是由洛伦兹力提供的，因此由牛顿第二定律得：f=Bqv=，又T=.所以得T=，由此可以确定，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与速率无关，则A、B错;由左手定则可确定带电粒子匀速圆周运动时，速度的方向与磁场的方向是垂直的关系，则C错D对.

　　答案：D

　　5.如图10所示，带正电的小球通过绝缘柄固定在A处，匀强磁场方向垂直纸面向里.若将匀强磁场向右水平平移，则有关洛伦兹力的分析，正确的是(　　)

　　图10

　　A.由于带电小球静止，所以它不受洛伦兹力

　　B.小球会受到洛伦兹力，其方向向上

　　C.小球会受到洛伦兹力，其方向向下

　　D.若磁场沿垂直纸面方向平移，则小球不受洛伦兹力作用

　　解析：受洛伦兹力的运动电荷的速度不是相对地面的，而是相对于磁场的.由此可知，以磁场为参考系来分析该小球的受力是巧解本题的关键.

　　答案：CD

　　6.下列有关带电粒子运动的说法中，正确的是(不计重力)(　　)

　　A.沿着电场线方向飞入匀强电场，动能一定变化

　　B.沿着磁感线方向飞入匀强磁场，动能一定变化

　　C.垂直于电场线方向飞入匀强电场，动能一定变化

　　D.垂直于磁感线方向飞入匀强磁场，动能一定不变

　　解析：沿着电场线方向飞入匀强电场的带电粒子，动能一定变化，但沿着磁感线方向飞入匀强磁场，由于不受洛伦兹力作用，动能一定不变;若垂直于电场线方向飞入匀强电场，动能一定变化，但垂直于磁感线方向飞入匀强磁场，动能不变，所以A、C、D对，B错.

　　答案：ACD

　　图11

　　7.如图11所示，一个带正电荷的小球沿光滑水平绝缘的桌面向右运动，飞离桌子边缘A，最后落到地板上.设有磁场时飞行时间为t1，水平射程为s1，着地速度大小为v1;若撤去磁场而其余条件不变时，小球飞行的时间为t2，水平射程为s2，着地速度大小为v2，则(　　)

　　A.s1>s2　　　　　B.t1>t2

　　C.v1>v2 D.v1=v2

　　图12

　　解析：没有磁场时，小球飞落过程为平抛运动.当空间有匀强磁场时，分析小球飞落过程中任一位置受力情况如图12所示.由于时刻与瞬时速度垂直的洛伦兹力对小球竖直分运动的影响，在同样落差下与平抛运动只受重力作用相比，小球落地时间加长，所以t1>t2.从洛伦兹力对水平分运动的影响可知，小球水平分速度将比平抛时加大，而且又有t1>t2，则必有s1>s2.由于洛伦兹力做功为零，而两种情况下重力对小球做功相等，所以落地速度大小相同，即v1=v2，当然两种情况下小球落地时速度的方向不同.

　　答案：ABD

　　8.如图13所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中.质量为m、带电量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是(　　)

　　图13

　　A.滑块受到的摩擦力不变

　　B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关

　　C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下

　　D.B很大时，滑块可能静止于斜面上

　　解析：带电量为+Q的小滑块从斜面顶端开始下滑的过程中，所受的洛伦兹力的方向垂直斜面向下，因此，滑块与斜面的压力增大，滑块受到的摩擦力增大，滑块到达地面的状态存在多种可能性，因此，其动能与B的大小有关，B很大时，滑块可能在斜面上匀速运动，但不可能静止于斜面上.

　　答案：C

　　二、非选择题(9、10题各10分，11、12题各20分，共60分)

　　9.如图14阴极射线是从射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是________.如图14，若在如图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将________(填“向上”、“向下”、“向里”或“向外”)偏转.

　　图14

　　解析：电子的偏转方向可由左手定则判断.

　　答案：电子　向下

　　图15

　　10.一种测量血管中血流速度仪器的原理如图15所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.08 T，电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为________m/s.(取两位有效数字)

　　解析：血液中的运动电荷在洛伦兹力作用下偏转，在血管壁上聚集，在血管内形成一个电场，其方向与磁场方向垂直，运动电荷受的电场力与洛伦兹力平衡时，达到了一种稳定状态.q=qvB，所以v==≈0.63 m/s.

　　答案：0.63

　　图16

　　11.一质量为m、带电荷量为+q的小球，用一长为l的绝缘细线悬挂在方向垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图16所示，用绝缘的方法使小球位于与悬线呈水平的位置A，然后静止释放，小球运动的平面与B的方向垂直，求小球第一次和第二次经过最低点C时悬线的拉力FT1和FT2.

　　解析：球由A运动到C的过程中，洛伦兹力始终与v的方向垂直，对小球不做功，只有重力做功，由动能定理有

　　mgl=mv，得vc=

　　在C点，由左手定则可知洛伦兹力向上，其受力情况如图17甲所示.

　　图17

　　由牛顿第二定律有FT1+F洛-mg=m，又F洛=qvcB，所以FT1=3mg-qB

　　同理可得小球第二次经过C点时，受力情况如图17乙所示.

　　得FT2=3mg+qB.

　　答案：3mg-qB　3mg+qB

　　12.如图18所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，其质量为m，带电荷量是+q，小球可在棒上滑动，将此棒竖直放在互相垂直且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度是E，磁感应强度是B，小球与棒的动摩擦因数为μ，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度。

　　图18

　　解析：此类问题属于涉及加速度的力学问题，必定得用牛顿第二定律解决，小球受力分析如图19所示，根据牛顿第二定律列出方程有

　　图19

　　mg-μFN=ma

　　FN-qE-qvB=0

　　所以a=

　　故知v=0时，a最大，am=g-.同样可知，a随v的增大而减小，当a减小到零时v达最大，故

　　mg=μ(qvmB+qE)，得vm=-.

　　答案：g-　-