高中物理课时达标训练（选修3－1）：第三章磁场 第5课时 运动电荷在磁场中受到的力 .doc

1. 洛伦兹力定义：磁场对运动电荷的作用。与安培力的关系：安培力是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现。2. 洛伦兹力的大小和方向洛伦兹力的方向：用左手定则判断：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。洛伦兹力的大小公式：F=qvBsin。式中为v与B的夹角。特殊情况：当=90即vB时，F=qvB。当=0或180，即vB时，F=0。即v与B平行时，运动电荷不受洛伦兹力。洛伦兹力不做功洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于电荷运动的速度，根据做功的条件可以推断：洛伦兹力对运动电荷不做功。3. 电视显像管的工作原理电视显像管应用了电子束磁偏转的道理。显像管中有一个阴极，工作时它能发射电子，荧光屏被电子束撞击就能发光。在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断地变化。如图所示，直导线长为L，电流为I，导线中运动电荷数为n，截面积为S，电荷的电荷量为q，运动速度为v，请推导洛伦兹力的大小。在如图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并说明洛伦兹力的方向。计算洛伦兹力大小时，要注意v取与B垂直的分量，洛伦兹力的方向垂直于v与B所决定的平面。解析：（1）因vB，所以F=qvB，方向与v垂直斜向上；（2）v与B夹角为30，取v与B垂直分量，故F=qvBsin30= ，方向垂直直面向里；（3）由于v与B平行，所以不受洛伦兹力；（4）v与B垂直，故F=qvB，方向与v垂直斜向上。如图所示为“滤速器”装置的示意图。 a、b为水平放置的平行金属板，一束具有不同速率的电子沿水平方向由左向右进入a、b两板之间，为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压及匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO运动，由O射出。不计重力作用。能达到目的的办法是（ ）A使a板带正电，b板带负电；磁场方向垂直纸面向外B使a板带正电，b板带负电；磁场方向平行纸面向左C使a板带负电，b板带正电；磁场方向垂直纸面向外D使a板带负电，b板带正电；磁场方向垂直纸面向里一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0mm，磁场的磁感应强度为0.08T，电压表测出的电压为0.10mV，则血流速度的大小为_。（结果取两位有效数字，提示：血液是导电体，血流流动时，带电粒子在洛伦兹力作用下偏转）血液流动时，血液中的正负电荷在磁场中发生偏转，向上下两端偏转，在上下两端间产生电势差，最终电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡。根据该规律求出血流的速度大小。答案：0.63解析：当电场力和洛伦兹力相等时有：qE=qvB，又有 ，则有： 。如图所示，在磁感应强度为B的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒OO在竖直面内垂直于磁场方向放置，细棒与水平面夹角为。一质量为m、带电荷量为+q的圆环A套在OO棒上，圆环与棒间的动摩擦因数为，且<tan。现让圆环A由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中：(1)圆环A的最大加速度为多大？获得最大加速度时的速度为多大？(2)圆环A能够达到的最大速度为多大？这是一个动态问题： ，FN大小及方向变化，要对过程认真进行受力分析，明确动态变化，才能找出极值条件，顺利求解。(2)设当环A的速度达到最大值vm时，环受杆的弹力为FN2，摩擦力为Ff2=FN2，此时应有a=0，即mgsin=Ff2，在垂直杆方向上：FN2+mgcos=qvmB，解得 。1关于安培力、电场力和洛伦兹力，下列说法正确的是（ ）A安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断B电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直C电荷在电场中一定受电场力作用，电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用D安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用，安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷也做功2下面四幅图表示了磁感应强度B、电荷速度v和洛伦兹力F三者方向之间的关系，其中正确的是（ ）A BC D3如图所示，一个导电金属板置于匀强磁场中，当电流方向向上时，金属板两侧电子多少及电势高低判断正确的是（ ）A左侧电子较多，左侧电势较高B左侧电子较多，右侧电势较高C右侧电子较多，左侧电势较高D右侧电子较多，右侧电势较高4如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线（电子束)将（ ）A向纸内偏B向纸外偏C向上偏D向下偏5如图所示，带正电的小球通过绝缘柄固定在A处，匀强磁场方向垂直纸面向里。则有关洛伦兹力的分析，正确的是（ ）A若将匀强磁场向右水平平移，由于带电小球静止，所以它不受洛伦兹力作用B若将匀强磁场向右水平平移，小球会受到洛伦兹力作用，其方向向上C若将匀强磁场向右水平平移，小球会受到洛伦兹力作用，其方向向下D若磁场沿垂直纸面的方向平移，则小球不受洛伦兹力作用6一个带电粒子在匀强磁场B中所受的洛伦兹力F的方向如图所示，则该粒子所带电性和运动方向可能是（ ）A粒子带负电，向下运动B粒子带正电，向左运动C粒子带负电，向上运动D粒子带正电，向右运动7题图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的经迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是（ ）Aa、b为粒子的经迹Ba、b为粒子的经迹Cc、d为粒子的经迹Dc、d为粒子的经迹 8如图所示，a是竖直平面P上的一点，P前有一条形磁铁垂直于P，且S极朝向a点，P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下，在水平面内向右弯曲经过a点。在电子经过a点的瞬间。条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向（ ）A向上 B向下C向左 D向右 9. 如图所示，斜面顶端在同一高度的三个光滑斜面AB、AC、AD，均处于水平方向的匀强磁场中。一个带负电的绝缘物块，分别从三个斜面顶端A点由静止释放，设滑到底端的时间分别为tAB、tAC、tAD，则( ).A .tAB=tAC=tADB .tAB>tAC>tADC .tAB<tAC<tADD .无法比较 10为了测量某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下表面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法正确的是（ ）A若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧面电势高B前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势，与哪种离子多无关C污水中离子浓度越高，电压表的示数越大D污水流量Q与电压U成正比，与a、b有关11如图所示，两个半径相同的半圆形轨道分别竖直放在匀强电场和匀强磁场中，轨道两端在同一高度上，轨道是光滑的，两个相同的带正电的小球同时从两轨道左端的最高点O由静止释放，M、N为轨道的最低点，以下说法正确的是（ ）A两小球到达轨道最低点的速度vM>vNB两小球到达轨道最低点时对轨道的压力FM>FNC小球第一次到达M点的时间大于到达N点的时间D在磁场中小球能到达轨道的另一端，在电场中不能参考答案与解析1A解析：安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断，A正确；正电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向垂直，B错误；电荷在电场中一定受电场力作用，静止的电荷在磁场中一定不受洛伦兹力作用，C错误；洛伦兹始终与运动方向垂直，对运动电荷不做功，D错误。【名师点睛】通电导线在磁场中受到力为安培力，而运动电荷在磁场中受到力为洛伦兹力。它们均属于磁场力，本质上是一种力，方向都由左手定则来确定，由于洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功。2B3B4C解析：电流的周围存在磁场，根据右手螺旋定则判断出电流下方的磁场方向，电子在磁场中运动时，会受到洛伦兹力，根据左手定则判断出洛伦兹力的方向，从而确定阴极射线的偏转方向。根据右手螺旋定则，知电流下方的磁场方向垂直纸面向外，阴极射线（电子流）从负极流向正极，根据左手定则，电子所受洛伦兹力方向向上，所以阴极射线向上偏转，C正确。5CD解析：匀强磁场向右水平移动，相当于带点小球水平向左移动，因此小球会受到洛伦兹力作用，方向向下，AB错误，C正确；若匀强磁场沿垂直纸面的方向平移，则相当于小球沿垂直纸面的方向移动，因此小球的运动方向平行磁场的方向，故不受洛伦兹力的作用，D正确。6A解析：应用左手定则判断洛伦兹力的方向与磁感应强的方向，电荷的运动方向间的关系时四指指向正电荷的运动方向，负电荷运动的反方向。由左手定则可知粒子带正电向上运动，粒子带负电，向下运动所以A选项符合，A选项正确，BCD选项错误。【名师点睛】容易题，应用左手定则判断洛伦兹力的方向与磁感应强的方向电荷的运动方向间的关系时一定要明确四指指向正电荷的运动方向。7D解析：射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故选项B错误。粒子为氦核带正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转，故选项AC错误；粒子是带负电的电子流，应向下偏转，选项D正确。8A解析：条形磁铁的磁感线方向在a点为垂直P向外，粒子在条形磁铁的磁场中向右运动，所以根据左手定则可得电子受到的洛伦兹力方向向上，A正确。9.C10B功，电场力做负功，根据动能定理，有mgRqER=m，vN=，所以vM>vN；因为，所以该过程所用时间tM<tN，故A正确，C错误。根据能量守恒定律可知，D正确。在M点FM=mg+qvMB+m，在N点FN=mg+m，不难看出FM>FN，由牛顿第三定律可知，FM=FM，FN=FN，所以B正确。