《2018-2019學年高中物理 專題3.5 運動電荷在磁場中受到的力試題 新人教版選修3-1.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019學年高中物理 專題3.5 運動電荷在磁場中受到的力試題 新人教版選修3-1.doc（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第5節(jié) 運動電荷在磁場中受到的力 一、洛倫茲力 1．定義：磁場對 的作用。 2．與安培力的關系：安培力是大量運動電荷受到洛倫茲力的 表現(xiàn)。 二、洛倫茲力的大小和方向 1．洛倫茲力的方向 用左手定則判斷：伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內；讓 從掌心進入，并使四指指向 運動的方向，這時 就是運動電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。 2．洛倫茲力的大小 （1）公式：F= 。式中θ為v與B的夾角。 （2）特殊情況 ①當θ=90即v⊥B時，F(xiàn)= 。 ②當θ= ，即v∥B時，F(xiàn)=0。即v與B平行時，運動電荷不受洛倫茲力。 3．洛倫茲力不做功 洛倫茲力的方向既 于磁場，又 于電荷運動的速度，根據(jù)做功的條件可以推斷：洛倫茲力對運動電荷 。 三、電視顯像管的工作原理 電視顯像管應用了電子束 的道理。 顯像管中有一個 ，工作時它能發(fā)射 ，熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光。在偏轉區(qū)的 方向和 方向都有偏轉磁場，其 、 都在不斷地變化。 運動電荷 宏觀 磁感線 正電荷 拇指所指的方向 qvB 0或180 垂直 垂直 不做功 磁偏轉 陰極 電子 水平 豎直 方向 強弱 一、洛倫茲力和電場力的比較 洛倫茲力 電場力 性質 磁場對在其中運動電荷的作用 電場對放入其中電荷的作用 產(chǎn)生條件 v≠0且v不與B平行 電場中的電荷一定受到電場力的作用 大小 F=qvB（v⊥B） F=qE 力方向與場方向的關系 一定是F⊥B，F(xiàn)⊥v，與電荷的電性無關 正電荷受力與電場的方向相同，負電荷受力與電場的方向相反 做功情況 任何情況下都不做功 可能做正功、負功，也可能不做功 力為零時場的情況 F為零，B不一定為零 F為零，E一定為零 作用效果 只改變電荷運動的速度方向，不改變速度的大小 既可以改變電荷的運動速度的大小，也可以改變電荷運動的方向 【例題1】（2018安徽省合肥市第一中學高考最后一卷）在如圖所示的直角坐標系中，坐標原點O固定有正點電荷，另有平行于y軸的勻強磁場。一質量為m、帶電荷量為q的微粒，恰好能以y軸上O′（0，a）點為圓心做勻速圓周運動，其軌跡平面與xOz平面平行，角速度為ω，旋轉方向如圖中箭頭所示，重力加速度為g。下列說法中正確的是 A．微?？赡軒д姡部赡軒ж撾? B．磁場方向一定沿y軸負方向 C．無法求出磁感應強度的大小 D．磁感應強度大小為 參考答案：BD 試題解析：帶電微粒受重力、庫侖力、洛倫茲力，這三個力的合力提供向心力，則可判斷微粒帶正電，故A錯誤；由于洛倫茲力方向一定是指向圓心的，又微粒帶正電，故磁場方向一定沿y軸負方向，故B正確；設圓軌道半徑為R，圓周上一點和坐標原點連線與y軸的夾角為θ，則有mg＝F電cosθ；qωRB?F電sinθ＝mω2R，解得，故C錯誤，D正確。 二、洛倫茲力與安培力的聯(lián)系及區(qū)別 1．安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，二者是相同性質的力，都是磁場力。 2．洛倫茲力對運動電荷不做功；安培力對通電導線可以做正功，可以做負功，也可以不做功。 【例題2】關于安培力和洛倫茲力，下面說法中正確的是 A．洛倫茲力和安培力是性質完全不同的兩種力 B．洛倫茲力和安培力，其本質都是磁場對運動電荷的作用力 C．安培力就是洛倫茲力，二者是等價的 D．安培力對通電導線能做功，但洛倫茲力對運動電荷不能做功 參考答案：BD 1．（2017甘肅省蘭州市第一中學高二期中）關于安培力、電場力和洛倫茲力，下列說法正確的是 A．安培力和洛倫茲力的方向均可用左手定則判斷 B．電荷所受電場力一定與該處電場方向一致，電荷所受的洛倫茲力不一定與磁場方向垂直 C．電荷在電場中一定受電場力作用，電荷在磁場中一定受洛倫茲力作用 D．安培力和洛倫茲力本質上都是磁場對運動電荷的作用，安培力可以對通電導線做功，洛倫茲力對運動電荷也做功 2．如圖所示，帶正電的不計重力的粒子，沿水平向右的方向垂直進入磁場，關于其運動情況，下列說法中正確的是 A．如圖中軌跡1所示 B．如圖中軌跡2所示 C．如圖中軌跡3所示 D．垂直紙面向里運動 3．（2018陜西省高三教學質量檢測）磁流體發(fā)電是一項新興技術。如圖所示，平行金屬板之間有一個很強的磁場，將一束含有大量正、負帶電粒子的的等離子體，沿圖中所示方向噴入磁場，圖中虛線框部分相當于發(fā)電機，把兩個極板與用電器相連，則 A．用電器中的電流方向從B到A B．用電器中的電流方向從A到B C．若只增大帶電粒子電荷量，發(fā)電機的電動勢增大 D．若只增大噴入粒子的速度，發(fā)電機的電動勢增大 4．如圖所示，電解池中放了兩個金屬極板，則最終上面的金屬板和下面的金屬板哪個電勢高（垂直紙面向里的磁場） A．上板高 B．下板高 C．一樣高 D．無法確定 5．（2018貴州省遵義高三模擬）如圖所示，套在足夠長的絕緣粗糙直棒上的帶正的電小球，其質量為m，帶電荷量為q，小球可在棒上滑動?，F(xiàn)將此棒豎直放入沿水平方向且互相垂直的勻強磁場和勻強電場中，設小球所帶電荷量不變，在小球由靜止下滑的過程中 A．小球的加速度一直增大 B．小球的速度一直增大，直到最后勻速 C．小球的速度先增大，再減小，直到停止運動 D．棒對小球的彈力一直減小 6．如圖所示，帶正電的小球通過絕緣柄固定在A處，勻強磁場方向垂直紙面向里。則有關洛倫茲力的分析，正確的是 A．若將勻強磁場向右水平平移，由于帶電小球靜止，所以它不受洛倫茲力作用 B．若將勻強磁場向右水平平移，小球會受到洛倫茲力作用，其方向向上 C．若將勻強磁場向右水平平移，小球會受到洛倫茲力作用，其方向向下 D．若磁場沿垂直紙面的方向平移，則小球不受洛倫茲力作用 7．（2018福建省福州市八縣一中高二聯(lián)考）如圖所示，勻強磁場的磁感應強度為B，帶電粒子的速率為v，帶電荷量為q，下列帶電粒子所受洛倫茲力的大小和方向正確的是 A．圖（1）為，方向與v垂直斜向上 B．圖（2）為，方向與v垂直斜向下 C．圖（3）為，方向垂直紙面向外 D．圖（4）為，方向垂直紙面向里 8．（2018四川省樂山市高三第三次調查研究）如圖所示，兩根長直導線豎直插入光滑絕緣水平桌面上的M、N兩小孔中，O為M、N連線中點，連線上a、b兩點關于O點對稱，導線通有大小相等、方向相反的電流I。已知通電長直導線在周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應強度，式中k是常數(shù)，I是導線中的電流，r為點到導線的距離，一帶正電的小球（圖中未畫出）以初速度v0從a點出發(fā)沿連線運動到b點。關于上述過程，下列說法正確的是 A．小球先做加速運動后做減速運動 B．小球一直做勻速直線運動 C．小球對桌面的壓力先增大后減小 D．小球對桌面的壓力一直在增大 9．用絕緣細線懸掛一個質量為m、帶電荷量為+q的小球，讓它處于如圖所示的磁感應強度為B的勻強磁場中。由于磁場運動，小球靜止在如圖所示位置，這時懸線與豎直方向夾角為α，并被拉緊，則磁場的運動速度和方向是 A．v=，水平向右 B．v=，水平向左 C．v=，豎直向上 D．v=，豎直向下 10．（2018江蘇省興化一中高考第四次模擬）如圖所示為一螺距較大、有彈性的通電螺線管的磁場截面分布圖，虛線為螺線管的中軸線（與某一磁感線重合），ab為用絕緣細線懸掛的位于螺線管的正上方的通電直導線，其電流方向由a到b，電流很小，不影響螺線管磁場。下列說法正確的是 A．P、Q兩點的磁感應強度相同 B．直導線ab通電后，a端垂直紙面向外轉動 C．斷開螺線管的電源后，螺線管有沿水平方向向內收縮的趨勢 D．將不計重力的電子沿中軸線射入螺線管，電子將做勻速直線運動 11．如圖所示，a為帶正電的物體，b為不帶電的絕緣物塊，a、b疊放在粗糙水平地面上。地面上方有垂直紙面向里的勻強磁場，現(xiàn)用恒力F拉b，使a、b一起無相對滑動地向左加速運動，則在加速階段，a受到b施加的摩擦力方向及大小變化是 A．向左，變大 B．向左，變小 C．向左，不變 D．先向左后向右，先減小后增大 12．（2018山東省煙臺市高三模擬）如圖所示，一個粗糙且足夠長的斜面體靜止于水平面上，并處于方向垂直紙面向外、磁感應強度大小為B的勻強磁場中，質量為m、帶電荷量為+Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑，在滑塊下滑的過程中，斜面體靜止不動。下列判斷正確的是 A．滑塊受到的摩擦力逐漸增大 B．滑塊沿斜面向下做勻加速直線運動 C．滑塊最終要離開斜面 D．滑塊最終可能靜止于斜面上 13．（2018四川省南充高級中學高三考前模擬）如圖，有3塊水平放置的長薄金屬板a、b和c，a、b之間相距為L。緊貼b板下表面豎直放置半徑為R的半圓形塑料細管，兩管口正好位于小孔M、N處。板a與b、b與c之間接有電壓可調的直流電源，板b與c間還存在方向垂直紙面向外的勻強磁場。當體積為V0、密度為ρ、電荷量為q的帶負電油滴，等間隔地以速率v0從a板上的小孔豎直向下射入，調節(jié)板間電壓Uba和Ubc，當Uba=U1、Ubc=U2時，油滴穿過b板M孔進入細管，恰能與細管無接觸地從N孔射出。忽略小孔和細管對電場的影響，不計空氣阻力，重力加速度為g。求： （1）油滴進入M孔時的速度v1； （2）b、c兩板間的電場強度E和磁感應強度B的值； 14．（2015重慶卷）題圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物質發(fā)生衰變放出的部分粒子的經(jīng)跡，氣泡室中磁感應強度方向垂直紙面向里。以下判斷可能正確的是 A．a(chǎn)、b為β粒子的經(jīng)跡 B．a(chǎn)、b為γ粒子的經(jīng)跡 C．c、d為α粒子的經(jīng)跡 D．c、d為β粒子的經(jīng)跡 15．（2015海南卷）如圖所示，a是豎直平面P上的一點，P前有一條形磁鐵垂直于P，且S極朝向a點，P后一電子在偏轉線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下，在水平面內向右彎曲經(jīng)過a點。在電子經(jīng)過a點的瞬間。條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向 A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 1．A【解析】安培力和洛倫茲力的方向均可用左手定則判斷，A正確；正電荷所受電場力一定與該處電場方向一致，電荷所受的洛倫茲力一定與磁場方向垂直，B錯誤；電荷在電場中一定受電場力作用，靜止的電荷在磁場中一定不受洛倫茲力作用，C錯誤；洛倫茲始終與運動方向垂直，對運動電荷不做功，D錯誤。 【名師點睛】通電導線在磁場中受到力為安培力，而運動電荷在磁場中受到力為洛倫茲力。它們均屬于磁場力，本質上是一種力，方向都由左手定則來確定，由于洛倫茲力始終與速度垂直，所以洛倫茲力不做功。 【名師點睛】正確分析離子的受力情況是解決本題的關鍵。先根據(jù)左手定則判斷等離子體的正離子（或負離子）所受洛倫茲力的方向，從而知道金屬板的電勢高低，進一步受力分析結合牛頓第二定律可得出最終等離子體做勻速直線運動，根據(jù)洛倫茲力等于電場力，分析電動勢的決定因素。 4．C【解析】在電解液里正離子向右運動，因為磁場垂直直面向里，據(jù)左手定則：磁感線穿入手心，四指指向正離子運動的相同，拇指指向洛倫茲力方向，可知，洛倫茲力方向應向上，所以正離子向上偏轉，同理負離子也向上偏轉，所以電勢沒變化，即兩個板一樣高，故C正確，ABD錯誤。 5．B【解析】小球下落時受力分析如圖所示。開始下落時，電場力大于洛倫茲力，彈力向左，在下落過程中，隨著速度的增加，洛倫茲力增大，彈力減少，從而導致摩擦力減少，下落的加速度增大，總有一時刻，洛倫茲力等于電場力，此時彈力為零，摩擦力為零，加速度達到最大值為g，再下落時，洛倫茲力大于電場力，彈力向右，隨著速度的增加，洛倫茲力增大，彈力也增大，從而摩擦力增大，加速度減小，AD錯誤；當摩擦力增大到與小球的重力相等時，小球開始勻速下落，且一直勻速運動下去，B正確，C錯誤。 【名師點睛】本題考查了左手定則的直接應用，根據(jù)左手定則即可正確判斷磁場、運動方向、洛倫茲力三者之間的關系，特別注意的是四指指向和正電荷運動方向相同和負電荷運動方向相反。同時注意判斷幾何關系的判斷，特別是平行的判斷。 8．BC【解析】根據(jù)右手螺旋定則及矢量合成法則，可知直線MN處的磁場方向垂直于MN向里，磁場大小先減小后增大，根據(jù)左手定則可知，帶正電的小球受到的洛倫茲力豎直向上，根據(jù)F=qvB可知，洛倫茲力是先減小后增大，由此可知，小球將做勻速直線運動，小球對桌面的壓力先增大后減小，故AD錯誤，BC正確。 9．BC【解析】若磁場的運動方向水平向右，則小球相對磁場水平向左，由左手定則可知，洛倫茲力方向豎直向下，不可能處于平衡狀態(tài)，故A錯誤；若磁場的運動方向水平向左，則小球相對磁場水平向右，由左手定則可知，洛倫茲力方向豎直向上，當洛倫茲力等于重力，處于平衡狀態(tài)，則有：Bqv=mg，解得：v=，故B正確；若磁場的運動方向豎直向上，則小球相對磁場豎直向下，由左手定則可知，洛倫茲力方向水平向右，當洛倫茲力與拉力的合力與重力相等時，則處于平衡狀態(tài)，則有：Bqv=mgtan α，解得：v=，故C正確，若磁場的運動方向豎直向下，則小球相對磁場豎直向上，由左手定則可知，洛倫茲力方向水平向左，則不可能處于平衡狀態(tài)，D錯誤。 【名師點睛】考查左手定則與平衡方程的應用，注意相對運動理解，突出小球相對磁場的運動方向是解題的關鍵，同時掌握三角函數(shù)的應用。 10．D【解析】P、Q兩點的磁感應強度大小相同，方向不相同，選項A錯誤；直導線ab通電后，由左手定則可知，a端受安培力向里，則a端垂直紙面向里轉動，選項B錯誤；螺線管通電時，各匝之間為同向電流，相互吸引，則斷開螺線管的電源后，螺線管有沿水平方向向外擴張的趨勢，選項C錯誤；長螺線管內部的磁場可認為是勻強磁場，將不計重力的電子沿中軸線射入螺線管，電子運動的方向與磁感線平行，不受洛倫茲力作用，則電子將做勻速直線運動，選項D正確。 13．（1） （2） （1）油滴進入電場后，重力與電場力均做功，設到M點時的速度為v1，由動能定理：mv12-mv02=mgL+qU1 考慮到m=ρV0 得：v1= （2）油滴進入電場、磁場共存區(qū)域，恰與細管無接觸地從N孔射出，須電場力與重力平衡， 有：mg=qE 得： 油滴在半圓形細管中運動時，洛倫茲力提供向心力，有：qv1B=m 得：B==