2015年湖北高考物理專項(xiàng)訓(xùn)練：運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中受到的力

湖北2015年高考物理專項(xiàng)訓(xùn)練：運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中受到的力

　　2015年湖北高考生正在努力備考中，湖北高考網(wǎng)整理了2015年湖北高考物理專項(xiàng)訓(xùn)練資料，希望對(duì)大家的復(fù)習(xí)有幫助！

　　一、選擇題(8×5′，共40分)

　　1.如圖8所示，一塊通電的銅板放在磁場(chǎng)中，板面垂直于磁場(chǎng)，板內(nèi)通有如圖方向的電流，a、b是銅板左、右邊緣的兩點(diǎn)，則(　　)

　　圖8

　　A.電勢(shì)φa>φb

　　B.電勢(shì)φb>φa

　　C.電流增大時(shí)，|φa-φb|增大

　　D.其他條件不變，將銅板改為NaCl水溶液時(shí)，電勢(shì)結(jié)果仍然一樣

　　解析：電流向上，則自由電子向下運(yùn)動(dòng)，由左手定則可判斷出電子向a側(cè)積聚，φb>φa，B正確;電流增大時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)速度v增大，待穩(wěn)定時(shí)q=qvB，其中d為銅板寬度，得Uba=dvB，即|φa-φb|=dvB，C正確;若將銅板改為NaCl水溶液，由于NaCl水溶液中定向移動(dòng)的是正、負(fù)離子，由左手定則可判斷出正、負(fù)離子均向a側(cè)積聚，結(jié)果φa=φb，D錯(cuò)誤.

　　答案：BC

　　2.一個(gè)長(zhǎng)螺線管中通有大小和方向都不斷變化的電流，把一個(gè)帶電粒子沿管軸線射入管中，若不計(jì)重力，粒子將在管中(　　)

　　A.做圓周運(yùn)動(dòng)

　　B.沿軸線來(lái)回運(yùn)動(dòng)

　　C.做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

　　D.做勻速直線運(yùn)動(dòng)

　　解析：帶電粒子平行磁場(chǎng)方向飛入并不受磁場(chǎng)力作用.

　　答案：D

　　圖9

　　3.在如圖9所示的空間中，存在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，同時(shí)存在沿x軸負(fù)方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一質(zhì)子(電荷量為e)在該空間恰沿y軸正方向以速度v勻速運(yùn)動(dòng).據(jù)此可以判斷出(　　)

　　A.質(zhì)子所受電場(chǎng)力大小等于eE，運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能減小;沿z軸正方向電勢(shì)升高

　　B.質(zhì)子所受電場(chǎng)力大小等于eE，運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能增大;沿z軸正方向電勢(shì)降低

　　C.質(zhì)子所受電場(chǎng)力大小等于evB，運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能不變;沿z軸正方向電勢(shì)升高

　　D.質(zhì)子所受電場(chǎng)力大小等于evB，運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能不變;沿z軸正方向電勢(shì)降低

　　解析：考查帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)及受力特點(diǎn).因?yàn)橘|(zhì)子在電磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)，故電場(chǎng)力并未對(duì)質(zhì)子做功，故電勢(shì)能不變，A、B錯(cuò);因質(zhì)子做勻速運(yùn)動(dòng)，所受電場(chǎng)力與洛倫茲力相等，由左手定則可知洛倫茲力方向沿z軸正方向，所以電場(chǎng)力方向應(yīng)沿z軸負(fù)方向，質(zhì)子帶正電，故可確定電場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向，因此沿z軸正方向電勢(shì)升高，C項(xiàng)正確.

　　答案：C

　　4.電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).下列說(shuō)法正確的是(　　)

　　A.速率越大，周期越大

　　B.速率越小，周期越大

　　C.速度方向與磁場(chǎng)方向平行

　　D.速度方向與磁場(chǎng)方向垂直

　　解析：本題主要考查帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的知識(shí).帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心力是由洛倫茲力提供的，因此由牛頓第二定律得：f=Bqv=，又T=.所以得T=，由此可以確定，帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速率無(wú)關(guān)，則A、B錯(cuò);由左手定則可確定帶電粒子勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度的方向與磁場(chǎng)的方向是垂直的關(guān)系，則C錯(cuò)D對(duì).

　　答案：D

　　5.如圖10所示，帶正電的小球通過(guò)絕緣柄固定在A處，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.若將勻強(qiáng)磁場(chǎng)向右水平平移，則有關(guān)洛倫茲力的分析，正確的是(　　)

　　圖10

　　A.由于帶電小球靜止，所以它不受洛倫茲力

　　B.小球會(huì)受到洛倫茲力，其方向向上

　　C.小球會(huì)受到洛倫茲力，其方向向下

　　D.若磁場(chǎng)沿垂直紙面方向平移，則小球不受洛倫茲力作用

　　解析：受洛倫茲力的運(yùn)動(dòng)電荷的速度不是相對(duì)地面的，而是相對(duì)于磁場(chǎng)的.由此可知，以磁場(chǎng)為參考系來(lái)分析該小球的受力是巧解本題的關(guān)鍵.

　　答案：CD

　　6.下列有關(guān)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法中，正確的是(不計(jì)重力)(　　)

　　A.沿著電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，動(dòng)能一定變化

　　B.沿著磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，動(dòng)能一定變化

　　C.垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，動(dòng)能一定變化

　　D.垂直于磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，動(dòng)能一定不變

　　解析：沿著電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的帶電粒子，動(dòng)能一定變化，但沿著磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，由于不受洛倫茲力作用，動(dòng)能一定不變;若垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，動(dòng)能一定變化，但垂直于磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，動(dòng)能不變，所以A、C、D對(duì)，B錯(cuò).

　　答案：ACD

　　圖11

　　7.如圖11所示，一個(gè)帶正電荷的小球沿光滑水平絕緣的桌面向右運(yùn)動(dòng)，飛離桌子邊緣A，最后落到地板上.設(shè)有磁場(chǎng)時(shí)飛行時(shí)間為t1，水平射程為s1，著地速度大小為v1;若撤去磁場(chǎng)而其余條件不變時(shí)，小球飛行的時(shí)間為t2，水平射程為s2，著地速度大小為v2，則(　　)

　　A.s1>s2　　　　　B.t1>t2

　　C.v1>v2 D.v1=v2

　　圖12

　　解析：沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，小球飛落過(guò)程為平拋運(yùn)動(dòng).當(dāng)空間有勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，分析小球飛落過(guò)程中任一位置受力情況如圖12所示.由于時(shí)刻與瞬時(shí)速度垂直的洛倫茲力對(duì)小球豎直分運(yùn)動(dòng)的影響，在同樣落差下與平拋運(yùn)動(dòng)只受重力作用相比，小球落地時(shí)間加長(zhǎng)，所以t1>t2.從洛倫茲力對(duì)水平分運(yùn)動(dòng)的影響可知，小球水平分速度將比平拋時(shí)加大，而且又有t1>t2，則必有s1>s2.由于洛倫茲力做功為零，而兩種情況下重力對(duì)小球做功相等，所以落地速度大小相同，即v1=v2，當(dāng)然兩種情況下小球落地時(shí)速度的方向不同.

　　答案：ABD

　　8.如圖13所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并處于方向垂直紙面向外、強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.質(zhì)量為m、帶電量為+Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑.在滑塊下滑的過(guò)程中，下列判斷正確的是(　　)

　　圖13

　　A.滑塊受到的摩擦力不變

　　B.滑塊到達(dá)地面時(shí)的動(dòng)能與B的大小無(wú)關(guān)

　　C.滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下

　　D.B很大時(shí)，滑塊可能靜止于斜面上

　　解析：帶電量為+Q的小滑塊從斜面頂端開(kāi)始下滑的過(guò)程中，所受的洛倫茲力的方向垂直斜面向下，因此，滑塊與斜面的壓力增大，滑塊受到的摩擦力增大，滑塊到達(dá)地面的狀態(tài)存在多種可能性，因此，其動(dòng)能與B的大小有關(guān)，B很大時(shí)，滑塊可能在斜面上勻速運(yùn)動(dòng)，但不可能靜止于斜面上.

　　答案：C

　　二、非選擇題(9、10題各10分，11、12題各20分，共60分)

　　9.如圖14陰極射線是從射線管的陰極發(fā)出的高速運(yùn)動(dòng)的粒子流，這些微觀粒子是________.如圖14，若在如圖所示的陰極射線管中部加上垂直于紙面向里的磁場(chǎng)，陰極射線將________(填“向上”、“向下”、“向里”或“向外”)偏轉(zhuǎn).

　　圖14

　　解析：電子的偏轉(zhuǎn)方向可由左手定則判斷.

　　答案：電子　向下

　　圖15

　　10.一種測(cè)量血管中血流速度儀器的原理如圖15所示，在動(dòng)脈血管左右兩側(cè)加有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，上下兩側(cè)安裝電極并連接電壓表，設(shè)血管直徑是2.0 mm，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.08 T，電壓表測(cè)出的電壓為0.10 mV，則血流速度大小為_(kāi)_______m/s.(取兩位有效數(shù)字)

　　解析：血液中的運(yùn)動(dòng)電荷在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，在血管壁上聚集，在血管內(nèi)形成一個(gè)電場(chǎng)，其方向與磁場(chǎng)方向垂直，運(yùn)動(dòng)電荷受的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，達(dá)到了一種穩(wěn)定狀態(tài).q=qvB，所以v==≈0.63 m/s.

　　答案：0.63

　　圖16

　　11.一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的小球，用一長(zhǎng)為l的絕緣細(xì)線懸掛在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖16所示，用絕緣的方法使小球位于與懸線呈水平的位置A，然后靜止釋放，小球運(yùn)動(dòng)的平面與B的方向垂直，求小球第一次和第二次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)C時(shí)懸線的拉力FT1和FT2.

　　解析：球由A運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中，洛倫茲力始終與v的方向垂直，對(duì)小球不做功，只有重力做功，由動(dòng)能定理有

　　mgl=mv，得vc=

　　在C點(diǎn)，由左手定則可知洛倫茲力向上，其受力情況如圖17甲所示.

　　圖17

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

　　同理可得小球第二次經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)，受力情況如圖17乙所示.

　　得FT2=3mg+qB.

　　答案：3mg-qB　3mg+qB

　　12.如圖18所示，套在很長(zhǎng)的絕緣直棒上的小球，其質(zhì)量為m，帶電荷量是+q，小球可在棒上滑動(dòng)，將此棒豎直放在互相垂直且沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度是E，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，小球與棒的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求小球由靜止沿棒下落的最大加速度和最大速度。

　　圖18

　　解析：此類問(wèn)題屬于涉及加速度的力學(xué)問(wèn)題，必定得用牛頓第二定律解決，小球受力分析如圖19所示，根據(jù)牛頓第二定律列出方程有

　　圖19

　　mg-μFN=ma

　　FN-qE-qvB=0

　　所以a=

　　故知v=0時(shí)，a最大，am=g-.同樣可知，a隨v的增大而減小，當(dāng)a減小到零時(shí)v達(dá)最大，故

　　mg=μ(qvmB+qE)，得vm=-.

　　答案：g-　-