2018-2019學(xué)年高中物理 專題3.5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力試題 新人教版選修3-1.doc
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第5節(jié) 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 一、洛倫茲力 1.定義:磁場(chǎng)對(duì) 的作用。 2.與安培力的關(guān)系:安培力是大量運(yùn)動(dòng)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(kāi)左手,使拇指與其余四指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓 從掌心進(jìn)入,并使四指指向 運(yùn)動(dòng)的方向,這時(shí) 就是運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)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(dāng)θ=90即v⊥B時(shí),F(xiàn)= 。 ②當(dāng)θ= ,即v∥B時(shí),F(xiàn)=0。即v與B平行時(shí),運(yùn)動(dòng)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(chǎng),又 于電荷運(yùn)動(dòng)的速度,根據(jù)做功的條件可以推斷:洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷 。 三、電視顯像管的工作原理 電視顯像管應(yīng)用了電子束 的道理。 顯像管中有一個(gè) ,工作時(shí)它能發(fā)射 ,熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光。在偏轉(zhuǎn)區(qū)的 方向和 方向都有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),其 、 都在不斷地變化。 運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn) 陰極 電子 水平 豎直 方向 強(qiáng)弱 一、洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較 洛倫茲力 電場(chǎng)力 性質(zhì) 磁場(chǎng)對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)電荷的作用 電場(chǎng)對(duì)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(chǎng)中的電荷一定受到電場(chǎng)力的作用 大小 F=qvB(v⊥B) F=qE 力方向與場(chǎng)方向的關(guān)系 一定是F⊥B,F(xiàn)⊥v,與電荷的電性無(wú)關(guān) 正電荷受力與電場(chǎng)的方向相同,負(fù)電荷受力與電場(chǎng)的方向相反 做功情況 任何情況下都不做功 可能做正功、負(fù)功,也可能不做功 力為零時(shí)場(chǎng)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(yùn)動(dòng)的速度方向,不改變速度的大小 既可以改變電荷的運(yùn)動(dòng)速度的大小,也可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向 【例題1】(2018安徽省合肥市第一中學(xué)高考最后一卷)在如圖所示的直角坐標(biāo)系中,坐標(biāo)原點(diǎn)O固定有正點(diǎn)電荷,另有平行于y軸的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒,恰好能以y軸上O′(0,a)點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其軌跡平面與xOz平面平行,角速度為ω,旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示,重力加速度為g。下列說(shuō)法中正確的是 A.微??赡軒д姡部赡軒ж?fù)電 B.磁場(chǎng)方向一定沿y軸負(fù)方向 C.無(wú)法求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 D.磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 參考答案:BD 試題解析:帶電微粒受重力、庫(kù)侖力、洛倫茲力,這三個(gè)力的合力提供向心力,則可判斷微粒帶正電,故A錯(cuò)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(chǎng)方向一定沿y軸負(fù)方向,故B正確;設(shè)圓軌道半徑為R,圓周上一點(diǎn)和坐標(biāo)原點(diǎn)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(cuò)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(zhì)的力,都是磁場(chǎng)力。 2.洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功;安培力對(duì)通電導(dǎo)線可以做正功,可以做負(fù)功,也可以不做功。 【例題2】關(guān)于安培力和洛倫茲力,下面說(shuō)法中正確的是 A.洛倫茲力和安培力是性質(zhì)完全不同的兩種力 B.洛倫茲力和安培力,其本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 C.安培力就是洛倫茲力,二者是等價(jià)的 D.安培力對(duì)通電導(dǎo)線能做功,但洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不能做功 參考答案:BD 1.(2017甘肅省蘭州市第一中學(xué)高二期中)關(guān)于安培力、電場(chǎng)力和洛倫茲力,下列說(shuō)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(chǎng)力一定與該處電場(chǎng)方向一致,電荷所受的洛倫茲力不一定與磁場(chǎng)方向垂直 C.電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力作用,電荷在磁場(chǎng)中一定受洛倫茲力作用 D.安培力和洛倫茲力本質(zhì)上都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用,安培力可以對(duì)通電導(dǎo)線做功,洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷也做功 2.如圖所示,帶正電的不計(jì)重力的粒子,沿水平向右的方向垂直進(jìn)入磁場(chǎng),關(guān)于其運(yùn)動(dòng)情況,下列說(shuō)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(yùn)動(dòng) 3.(2018陜西省高三教學(xué)質(zhì)量檢測(cè))磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)。如圖所示,平行金屬板之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng),將一束含有大量正、負(fù)帶電粒子的的等離子體,沿圖中所示方向噴入磁場(chǎng),圖中虛線框部分相當(dāng)于發(fā)電機(jī),把兩個(gè)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(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大 D.若只增大噴入粒子的速度,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大 4.如圖所示,電解池中放了兩個(gè)金屬極板,則最終上面的金屬板和下面的金屬板哪個(gè)電勢(shì)高(垂直紙面向里的磁場(chǎng)) A.上板高 B.下板高 C.一樣高 D.無(wú)法確定 5.(2018貴州省遵義高三模擬)如圖所示,套在足夠長(zhǎng)的絕緣粗糙直棒上的帶正的電小球,其質(zhì)量為m,帶電荷量為q,小球可在棒上滑動(dòng)?,F(xiàn)將此棒豎直放入沿水平方向且互相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中,設(shè)小球所帶電荷量不變,在小球由靜止下滑的過(guò)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(yùn)動(dòng) D.棒對(duì)小球的彈力一直減小 6.如圖所示,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。則有關(guān)洛倫茲力的分析,正確的是 A.若將勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)向右水平平移,小球會(huì)受到洛倫茲力作用,其方向向上 C.若將勻強(qiáng)磁場(chǎng)向右水平平移,小球會(huì)受到洛倫茲力作用,其方向向下 D.若磁場(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(lè)山市高三第三次調(diào)查研究)如圖所示,兩根長(zhǎng)直導(dǎo)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(diǎn),連線上a、b兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱,導(dǎo)線通有大小相等、方向相反的電流I。已知通電長(zhǎng)直導(dǎo)線在周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,式中k是常數(shù),I是導(dǎo)線中的電流,r為點(diǎn)到導(dǎo)線的距離,一帶正電的小球(圖中未畫出)以初速度v0從a點(diǎn)出發(fā)沿連線運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)。關(guān)于上述過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是 A.小球先做加速運(yùn)動(dòng)后做減速運(yùn)動(dòng) B.小球一直做勻速直線運(yùn)動(dòng) C.小球?qū)ψ烂娴膲毫ο仍龃蠛鬁p小 D.小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃? 9.用絕緣細(xì)線懸掛一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的小球,讓它處于如圖所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),小球靜止在如圖所示位置,這時(shí)懸線與豎直方向夾角為α,并被拉緊,則磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(xì)線懸掛的位于螺線管的正上方的通電直導(dǎo)線,其電流方向由a到b,電流很小,不影響螺線管磁場(chǎng)。下列說(shuō)法正確的是 A.P、Q兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同 B.直導(dǎo)線ab通電后,a端垂直紙面向外轉(zhuǎn)動(dòng) C.?dāng)嚅_(kāi)螺線管的電源后,螺線管有沿水平方向向內(nèi)收縮的趨勢(shì) D.將不計(jì)重力的電子沿中軸線射入螺線管,電子將做勻速直線運(yùn)動(dòng) 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(qiáng)磁場(chǎng),現(xiàn)用恒力F拉b,使a、b一起無(wú)相對(duì)滑動(dòng)地向左加速運(yùn)動(dòng),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(tái)市高三模擬)如圖所示,一個(gè)粗糙且足夠長(zhǎng)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(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,質(zhì)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(guò)程中,斜面體靜止不動(dòng)。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(yùn)動(dòng) C.滑塊最終要離開(kāi)斜面 D.滑塊最終可能靜止于斜面上 13.(2018四川省南充高級(jí)中學(xué)高三考前模擬)如圖,有3塊水平放置的長(zhǎng)薄金屬板a、b和c,a、b之間相距為L(zhǎng)。緊貼b板下表面豎直放置半徑為R的半圓形塑料細(xì)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(diào)的直流電源,板b與c間還存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)體積為V0、密度為ρ、電荷量為q的帶負(fù)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(diào)節(jié)板間電壓Uba和Ubc,當(dāng)Uba=U1、Ubc=U2時(shí),油滴穿過(guò)b板M孔進(jìn)入細(xì)管,恰能與細(xì)管無(wú)接觸地從N孔射出。忽略小孔和細(xì)管對(duì)電場(chǎng)的影響,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g。求: (1)油滴進(jìn)入M孔時(shí)的速度v1; (2)b、c兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)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(zhì)發(fā)生衰變放出的部分粒子的經(jīng)跡,氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn),P前有一條形磁鐵垂直于P,且S極朝向a點(diǎn),P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場(chǎng)的共同作用下,在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過(guò)a點(diǎn)。在電子經(jīng)過(guò)a點(diǎn)的瞬間。條形磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)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(chǎng)力一定與該處電場(chǎng)方向一致,電荷所受的洛倫茲力一定與磁場(chǎng)方向垂直,B錯(cuò)誤;電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力作用,靜止的電荷在磁場(chǎng)中一定不受洛倫茲力作用,C錯(cuò)誤;洛倫茲始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直,對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功,D錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力為安培力,而運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到力為洛倫茲力。它們均屬于磁場(chǎng)力,本質(zhì)上是一種力,方向都由左手定則來(lái)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(diǎn)睛】正確分析離子的受力情況是解決本題的關(guān)鍵。先根據(jù)左手定則判斷等離子體的正離子(或負(fù)離子)所受洛倫茲力的方向,從而知道金屬板的電勢(shì)高低,進(jìn)一步受力分析結(jié)合牛頓第二定律可得出最終等離子體做勻速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)洛倫茲力等于電場(chǎng)力,分析電動(dòng)勢(shì)的決定因素。 4.C【解析】在電解液里正離子向右運(yùn)動(dòng),因?yàn)榇艌?chǎng)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(yùn)動(dòng)的相同,拇指指向洛倫茲力方向,可知,洛倫茲力方向應(yīng)向上,所以正離子向上偏轉(zhuǎn),同理負(fù)離子也向上偏轉(zhuǎn),所以電勢(shì)沒(méi)變化,即兩個(gè)板一樣高,故C正確,ABD錯(cuò)誤。 5.B【解析】小球下落時(shí)受力分析如圖所示。開(kāi)始下落時(shí),電場(chǎng)力大于洛倫茲力,彈力向左,在下落過(guò)程中,隨著速度的增加,洛倫茲力增大,彈力減少,從而導(dǎo)致摩擦力減少,下落的加速度增大,總有一時(shí)刻,洛倫茲力等于電場(chǎng)力,此時(shí)彈力為零,摩擦力為零,加速度達(dá)到最大值為g,再下落時(shí),洛倫茲力大于電場(chǎng)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(cuò)誤;當(dāng)摩擦力增大到與小球的重力相等時(shí),小球開(kāi)始勻速下落,且一直勻速運(yùn)動(dòng)下去,B正確,C錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】本題考查了左手定則的直接應(yīng)用,根據(jù)左手定則即可正確判斷磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)方向、洛倫茲力三者之間的關(guān)系,特別注意的是四指指向和正電荷運(yùn)動(dòng)方向相同和負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反。同時(shí)注意判斷幾何關(guān)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(chǎng)方向垂直于MN向里,磁場(chǎng)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?qū)⒆鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng),小球?qū)ψ烂娴膲毫ο仍龃蠛鬁p小,故AD錯(cuò)誤,BC正確。 9.BC【解析】若磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向水平向右,則小球相對(duì)磁場(chǎng)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(cuò)誤;若磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向水平向左,則小球相對(duì)磁場(chǎng)水平向右,由左手定則可知,洛倫茲力方向豎直向上,當(dāng)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(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向豎直向上,則小球相對(duì)磁場(chǎng)豎直向下,由左手定則可知,洛倫茲力方向水平向右,當(dāng)洛倫茲力與拉力的合力與重力相等時(shí),則處于平衡狀態(tài),則有:Bqv=mgtan α,解得:v=,故C正確,若磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向豎直向下,則小球相對(duì)磁場(chǎng)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(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】考查左手定則與平衡方程的應(yīng)用,注意相對(duì)運(yùn)動(dòng)理解,突出小球相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向是解題的關(guān)鍵,同時(shí)掌握三角函數(shù)的應(yīng)用。 10.D【解析】P、Q兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同,方向不相同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;直導(dǎo)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(zhuǎn)動(dòng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;螺線管通電時(shí),各匝之間為同向電流,相互吸引,則斷開(kāi)螺線管的電源后,螺線管有沿水平方向向外擴(kuò)張的趨勢(shì),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;長(zhǎng)螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)可認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng),將不計(jì)重力的電子沿中軸線射入螺線管,電子運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D正確。 13.(1) (2) (1)油滴進(jìn)入電場(chǎng)后,重力與電場(chǎng)力均做功,設(shè)到M點(diǎn)時(shí)的速度為v1,由動(dòng)能定理:mv12-mv02=mgL+qU1 考慮到m=ρV0 得:v1= (2)油滴進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存區(qū)域,恰與細(xì)管無(wú)接觸地從N孔射出,須電場(chǎng)力與重力平衡, 有:mg=qE 得: 油滴在半圓形細(xì)管中運(yùn)動(dòng)時(shí),洛倫茲力提供向心力,有:qv1B=m 得:B==- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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