2.4 電子束偏轉(zhuǎn)的奧秘 (建議用時：45分鐘) 1．下列說法正確的是(　　) A．運動電荷在磁感應(yīng)強度不為零的地方，一定受到洛倫茲力的作用 B．運動電荷在某處不受洛倫茲力的作用，則該處的磁感應(yīng)強度一定為零 C．洛倫茲力既不能改變帶電粒子的動能，也不能改變帶電粒子的速度 D．洛倫茲力對帶電粒子不做功 【解析】　運動電荷受到洛倫茲力不僅跟磁場有關(guān)，還跟電荷的速度方向有關(guān)，在磁感應(yīng)強度不為零的地方，當速度方向與磁場方向平行時，不受洛倫茲力作用．反之，洛倫茲力為零時，可能是因為運動電荷的速度方向與磁場方向平行，而不一定是磁感應(yīng)強度為零，故選項A，B都錯誤；洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直，洛倫茲力只改變帶電粒子的速度方向，不改變帶電粒子的速度大小，因此帶電粒子的動能保持不變；速度是矢量，速度的大小不變，但速度的方向是改變的，因此選項C錯誤，選項D是正確的． 【答案】　D 2．有關(guān)洛倫茲力和安培力的描述，正確的是(　　) A．通電直導(dǎo)線處于勻強磁場中一定受到安培力的作用 B．安培力是大量運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) C．帶電粒子在勻強磁場中運動受到的洛倫茲力對帶電粒子做正功 D．通電直導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向與磁場方向平行 【解析】　通電直導(dǎo)線與磁場平行，不受安培力，選項A錯誤，安培力方向與磁場方向垂直，選項D錯誤．洛倫茲力對帶電粒子不做功，選項C錯誤，安培力是大量運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，選項B正確． 【答案】　B 3．(多選)在只受洛倫茲力的條件下，關(guān)于帶電粒子在勻強磁場中運動，下列說法正確的有(　　) A．只要粒子的速度大小相同，帶電量相同，粒子所受洛倫茲力大小就相同 B．洛倫茲力只改變帶電粒子的運動軌跡 C．洛倫茲力始終與速度垂直，所以洛倫茲力不做功 D．洛倫茲力始終與速度垂直，所以粒子在運動過程中的動能、速度保持不變 【解析】　洛倫茲力的大小與電荷進入磁場的速度方向有關(guān)系，但洛倫茲力永遠垂直速度方向，不做功．不改變速度大小，但可以改變速度的方向． 帶電粒子在勻強磁場中所受的洛倫茲力的大小不但與速度的大小有關(guān)，而且與速度的方向有關(guān)，當帶電粒子的速度方向與磁場方向垂直時，粒子所受的洛倫茲力最大；當粒子的速度方向與磁場方向平行時，帶電粒子不受洛倫茲力的作用．速度大小相同的粒子，沿不同方向進入磁場時所受的洛倫茲力的大小不同，所以選項A不正確．由于洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直，所以洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，動能保持不變，洛倫茲力不做功；但在洛倫茲力的作用下，粒子的運動方向要發(fā)生變化，速度就要發(fā)生變化，所以本題的正確選項應(yīng)為B、C. 【答案】　BC 4．下面幾個選項是表示磁場B、正電荷運動方向v和磁場對電荷作用力F的相互關(guān)系圖，其中正確的是(B、F、v兩兩垂直)(　　) 【解析】　帶電粒子所受洛倫茲力垂直于B和v決定的平面，用左手定則分析，讓B的方向垂直手心，四指指向正電荷運動方向，大拇指所指即為洛倫茲力方向． 【答案】　D 5．圖中帶電粒子所受洛倫茲力的方向向上的是(　　) 【解析】　A圖中帶電粒子受力方向向上，B圖中帶電粒子受力方向向外，C圖中帶電粒子受力方向向左，D圖中帶電粒子受力方向向外， 故A正確． 【答案】　A 6．初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運動方向如圖2414所示，則(　　) 圖2414 A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變 B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變 C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變 D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變 【解析】　由右手定則判定直線電流右側(cè)磁場的方向垂直紙面向里，再根據(jù)左手定則判定電子所受洛倫茲力偏離電流，由于洛倫茲力不做功，電子動能不變． 【答案】　A 7．在學(xué)校操場的上空中停著一個熱氣球，從它底部脫落一個塑料小部件，下落過程中由于和空氣的摩擦而帶負電，如果沒有風(fēng)，那么它的著地點會落在氣球正下方地面位置的(　　) A．偏東　　　　　　　 B．偏西 C．偏南 D．偏北 【解析】　地磁場在水平方向上的分量方向是水平向北，小部件帶負電，根據(jù)左手定則可得氣球受到向西的洛倫茲力，故向西偏轉(zhuǎn)，B正確． 【答案】　B 8．如圖2415所示，一帶負電的物體從光滑斜面頂端滑到底端時的速度為v，若加上一垂直紙面向外的磁場，在滑到底端時(　　) 圖2415 A．v變大 B．v變小 C．v不變 D．無法確定 【解析】　洛倫茲力對電荷不做功，故只有重力做功，v不變． 【答案】　C 9．(多選)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖2416所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：17592032】 圖2416 A．離子由加速器的中心附近進入加速器 B．離子由加速器的邊緣進入加速器 C．離子從磁場中獲得能量 D．離子從電場中獲得能量 【解析】　離子由加速器的中心附近進入加速器，從電場中獲取能量，最后從加速器邊緣離開加速器，選項A、D正確． 【答案】　AD 10．圖2417中各圖已標出磁場方向、電荷運動方向、電荷所受洛倫茲力方向三者中的兩個，試標出第三個的方向 圖2417 【解析】　用左手定則判斷，對－q，四指應(yīng)指向其運動方向的反方向．分別可得，圖(1)中＋q受洛倫茲力方向垂直于v斜向左；圖(2)中－q受洛倫茲力方向垂直于v向左；圖(3)中－q運動方向平行于斜面向下；圖(4)中勻強磁場方向垂直紙面指向讀者． 【答案】　(1)受力方向垂直于v斜向上　(2)受力方向垂直于v向左　(3)運動方向平行于斜面向下　(4)磁場方向垂直紙面指向讀者 11．三個粒子a、b、c(不計重力)以相同的速度射入勻強磁場中，運動軌跡如圖2418所示，其中b粒子做勻速直線運動，試判斷三個粒子的帶電情況． 圖2418 【解析】　三粒子垂直于磁場方向射入，其中b的運動方向不變，說明b不帶電，伸出左手，讓磁感線垂直穿過手心，四指向下，則拇指指向右，即c粒子帶正電，a帶負電． 【答案】　a帶負電　b不帶電　c帶正電 極光現(xiàn)象 太陽的外層大氣稱為日冕，日冕具有百萬度以上的高溫，在這樣的高溫下，氣體處于高度的電離狀態(tài)，成為等離子體．日冕的一部分氣體克服太陽的引力向太空膨脹，形成等離子體穩(wěn)定地向外輻射，這就是太陽風(fēng)．太陽風(fēng)把地磁場壓縮成為一個很有限的區(qū)域，形成地球磁層，地球磁層起著保護地球的作用，它能使宇宙中那些高速沖向地球的帶電粒子偏轉(zhuǎn)方向．一些闖入地球磁層的太陽風(fēng)粒子在地磁場的作用下向兩個地磁極運動，與那里高層大氣作用時，引起氣體輝光放電．美麗的極光就是圍繞著地球南北兩極的一種大規(guī)模氣體放電過程的表現(xiàn)形式． 地球像一個巨大的磁鐵，也有兩個磁極．地磁極與地理極并不重合，它們之間夾一個約為11.5的角．極光集中在地磁極周圍．來自太陽風(fēng)的帶電微粒流，有一部分沿著漏斗狀的地球極區(qū)磁感線進入高層大氣，與那里的稀薄氣體發(fā)生碰撞，使大氣中的原子和分子電離，這些受到電離的氣體吸收了部分能量后被激發(fā)到高能態(tài)，隨后又立即將這額外的能量以輻射光子的形式釋放，并回到原來的狀態(tài)．在這種過程中擾動的氣體發(fā)出了明亮的光線——極光． 如果將一只玻璃管內(nèi)的空氣基本上抽空，然后使電流在這些稀薄氣體中通過，管內(nèi)部氣體導(dǎo)電，發(fā)出美麗的輝光，這就是放電管．在地球高空所看到的極光與放電管相同，都是帶電粒子通過稀薄氣體發(fā)生輝光放電形成的．