磁场 第三讲(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)一、选择题1.如右图所示，一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为v ，若加上一个垂直纸面向外的磁场，则滑到底端时( )A ．v 变大B ．v 变小C ．v 不变D ．不能确定解析： 洛伦兹力虽然不做功，但其方向垂直斜面向下，使物体与斜面间的正压力变大，故摩擦力变大，损失的机械能增加．答案： B2.在某地上空同时存在着匀强的电场与磁场，一质量为m 的带正电小球，在该区域内沿水平方向向右做直线运动，如右图所示，关于场的分布情况不可能的是( )A ．该处电场方向和磁场方向垂直B ．电场竖直向上，磁场垂直纸面向里C ．电场斜向里侧上方，磁场斜向外侧上方，均与v 垂直D ．电场水平向右，磁场垂直纸面向里解析： 带电小球在复合场中运动一定受重力和电场力，是否受洛伦兹力需具体分析．A 选项中若电场、磁场方向与速度方向垂直，则洛伦兹力与电场力垂直，如果与重力的合力为0就会做直线运动．B 选项中电场力、洛伦兹力都向上，若与重力合力为0，也会做直线运动．C 选项中电场力斜向里侧上方，洛伦兹力向外侧下方，若与重力的合力为0，就会做直线运动．D 选项三个力的合力不可能为0，因此选D.答案： D3.地面附近空间中有水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直于纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN 运动，如图所示，由此可判断①如果油滴带正电，它是从M 点运动到N 点；②如果油滴带正电，它是从N 点运动到M 点；③如果水平电场方向向右，油滴是从M 点运动到N 点；④如果水平电场方向向左，油滴是从M 点运动到N 点( )A ．①③正确B ．①④正确C ．②③正确D ．②④正确答案： B4．医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a 和b 以及一对磁极N 和S 构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a 、b 均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如上图所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a 、b 之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零．在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm ，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV ，磁感应强度的大小为0.040 T ．则血流速度的近似值和电极a 、b 的正负为( )A ．1.3 m/s ，a 正、b 负B ．2.7 m/s ，a 正、b 负C ．1.3 m/s ，a 负、b 正D ．2.7 m/s ，a 负、b 正解析： 根据左手定则，可知a 正b 负，所以C 、D 错；因为离子在场中所受合力为零，Bqv ＝U d q ，所以v ＝U Bd＝1.3 m/s ，A 对B 错． 答案： A5.(2011·浙江杭州市模拟)有一个带电荷量为＋q 、重为G 的小球，从两竖直的带电平行板上方h 处自由落下，两极板间另有匀强磁场，磁感应强度为B ，方向如右图所示，则带电小球通过有电场和磁场的空间时，下列说法正确的是( )A ．一定作曲线运动B ．不可能做曲线运动C ．有可能做匀加速运动D ．有可能做匀速运动解析： 由于小球的速度变化时，洛伦兹力会变化，小球所受合力变化，小球不可能做匀速或匀加速运动，B 、C 、D 错，A 正确．答案： A6.空间存在如右图所示的匀强电场E 和匀强磁场B .下面关于带电粒子在其中运动情况的判断，正确的有( )A ．若不计重力，粒子做匀速运动的方向可沿y 轴正方向，也可沿y 轴负方向B ．若不计重力，粒子可沿x 轴正方向做匀加速直线运动C ．若重力不能忽略，粒子不可能做匀速直线运动D ．若重力不能忽略，粒子仍可能做匀速直线运动答案： D7.目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度．磁强计的原理如右图所示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a 、高为b 的长方形，放在沿y 轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x 轴正方向、大小为I 的电流．已知金属导体单位体积中的自由电子数为n ，电子电荷量为e ，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动．两电极M 、N 均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U .则磁感应强度的大小和电极M 、N 的正负为( )A.nebU I，M 正、N 负 B.neaU I ，M 正、N 负 C.nebU I ，M 负、N 正 D.neaU I ，M 负、N 正 解析： 由左手定则知，金属中的电子在洛伦兹力的作用下将向前侧面聚集，故M 负、N 正．由F 电＝F 洛即U a e ＝Bev ，I ＝nevS ＝nevab ，得B ＝nebU I. 答案： C8.(2011·石家庄教学检测)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示．置于高真空中的D 形金属盒半径为R ，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略．磁感应强度为B 的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f ，加速电压为U .若A处粒子源产生的质子质量为m 、电荷量为＋q ，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响．则下列说法正确的是( )A ．质子被加速后的最大速度不可能超过2πRfB ．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U 成正比C ．质子第2次和第1次经过两D 形盒间狭缝后轨道半径之比为1∶ 2D ．不改变磁感应强度B 和交流电频率f ，该回旋加速器也能用于α粒子(含两个质子，两个中子)加速解析： 粒子被加速后的最大速度受到D 形盒半径R 的制约，因v ＝2πR T＝2πRf ，A 正确；粒子离开回旋加速器的最大动能E km ＝12mv 2＝12m ×4π2R 2f 2＝2m π2R 2f 2，与加速电压U 无关，B 错误；根据R ＝mv Bq ，Uq ＝12mv 21，2Uq ＝12mv 22，得质子第2次和第1次经过两D 形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1，C 错误；因回旋加速器的最大动能E km ＝2m π2R 2f 2与m 、R 、f 均有关，D 错误．答案： A9.如右图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a (不计重力)以一定的初速度由左边界的O 点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O ′点(图中未标出)穿出．若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b (不计重力)仍以相同初速度由O 点射入，从区域右边界穿出，则粒子b ( )A ．穿出位置一定在O ′点下方B ．穿出位置一定在O ′点上方C ．运动时，在电场中的电势能一定减小D ．在电场中运动时，动能一定减小解析： 带电粒子的电性可正也可负，当只有电场作用时，粒子穿出位置可能在O ′点上方，也可能在O ′点下方．电场力一定对粒子做正功，粒子的电势能减小，动能一定增加．答案： C10.在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带电荷量为q 、质量为m 的带电球体，管道半径略大于球体半径．整个管道处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，磁感应强度方向与管道垂直．现给带电球体一个水平速度v 0，则在整个运动过程中，带电球体克服摩擦力所做的功不可能为( )A ．0 B.12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫mg qB 2 C.12mv 20 D.12m ⎣⎢⎡⎦⎥⎤v 20－⎝ ⎛⎭⎪⎫mg qB 2 解析： 若带电球体所受的洛伦兹力qv 0B ＝mg ，带电球体与管道间没有弹力，也不存在摩擦力，故带电球体克服摩擦力做的功为0，A 可能；若qv 0B <mg ，则带电球体在摩擦力的作用下最终停止，故克服摩擦力做的功为12mv 20，C 可能；若qv 0B >mg ，则带电球体开始时受摩擦力的作用而减速，当速度达到v ＝mg qB时，带电球体不再受摩擦力的作用，所以克服摩擦力做的功为12m ⎣⎢⎡⎦⎥⎤v 20－⎝ ⎛⎭⎪⎫mg qB 2，D 可能．所以不可能的是B. 答案： B二、非选择题11．(2010·福建理综)如下图所示的装置，左半部为速度选择器，右半部为匀强的偏转电场．一束同位素离子流从狭缝S 1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S 2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E 的偏转电场，最后打在照相底片D 上．已知同位素离子的电荷量为q (q >0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E 0的匀强电场和磁感应强度大小为B 0的匀强磁场，照相底片D 与狭缝S 1、S 2的连线平行且距离为L ，忽略重力的影响．(1)求从狭缝S 2射出的离子速度v 0的大小；(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v 0方向飞行的距离为x ，求出x 与离子质量m 之间的关系式(用E 0、B 0、E 、q 、m 、L 表示)．解析： (1) 能从速度选择器射出的离子满足qE 0＝qv 0B O ①v 0＝E 0B 0.② (2)离子进入匀强偏转电场E 后做类平抛运动，则x ＝v 0t ③L ＝12at 2④ 由牛顿第二定律得qE ＝ma ⑤由②③④⑤解得x ＝E 0B 02mL qE . 答案： (1)E 0B 0 (2)E 0B 02mL qE12．(2011·黑龙江适应性测试)在如右图所示的平面直角坐标系中，存在一个半径R ＝0.2 m 的圆形匀强磁场区域，磁感应强度B ＝1.0 T ，方向垂直纸面向外，该磁场区域的右边缘与坐标原点O 相切．y 轴右侧存在电场强度大小为E ＝1.0×104 N/C 的匀强电场，方向沿y 轴正方向，电场区域宽度l ＝0.1m ．现从坐标为(－0.2 m ，－0.2 m)的P 点发射出质量m ＝2.0×10－9 kg 、带电荷量q ＝5.0×10－5 C 的带正电粒子，沿y 轴正方向射入匀强磁场，速度大小v 0＝5.0×103 m/s.重力不计．(1)求该带电粒子射出电场时的位置坐标；(2)为了使该带电粒子能从坐标为(0.1 m ，－0.05 m)的点回到电场后，可在紧邻电场的右侧一正方形区域内加匀强磁场，试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和正方形区域的最小面积．解析： (1)带正电粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qv 0B ＝m v 20r解得r ＝0.20 m ＝R根据几何关系可知，带电粒子恰从O 点沿x 轴进入电场，带电粒子做类平抛运动．设粒子到达电场边缘时，竖直方向的位移为y ，有l ＝v 0t ，y ＝12·qE mt 2 联立解得y ＝0.05 m所以粒子射出电场时的位置坐标为(0.1 m,0.05 m)．(2)粒子飞离电场时，沿电场方向速度v y ＝at ＝5.0×103 m/s ＝v 0粒子射出电场时速度v ＝2v 0由几何关系可知，粒子在正方形区域磁场中做圆周运动半径r′＝0.05 2 m由qvB′＝m v2r′，解得B′＝4 T正方形区域最小面积S＝(2r′)2解得S＝0.02 m2.答案：(1)(0.1 m,0.05 m) (2)0.02 m2。