（山東省專(zhuān)用）2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 第5節(jié) 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力講義（含解析）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 1.磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫洛倫茲力，洛倫茲力的方向可由左手定則判定。 2．荷蘭物理學(xué)家洛倫茲1895年提出了著名的洛倫茲力公式F＝qvBsin θ，其中θ為電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。 3．電視顯像管應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。電子束偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是由兩對(duì)線(xiàn)圈產(chǎn)生的，叫做偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈。 一、洛倫茲力的方向和大小 1．洛倫茲力的定義 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受的作用力。 2．洛倫茲力的方向 (1)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察——陰極射線(xiàn)在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)。 ①?zèng)]有磁場(chǎng)時(shí)電子束是一條直線(xiàn)。 ②將一蹄形磁鐵跨放在陰極射線(xiàn)管外面，電子流運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生彎曲。 (2)洛倫茲力方向的判斷： 左手定則：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線(xiàn)從掌心進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反。 3．洛倫茲力的大小 (1)電荷量為q的粒子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，則F＝qvB。 (2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)的方向夾角為θ時(shí)，F(xiàn)＝qvBsin_θ。 (3)當(dāng)電荷沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)(即θ＝0或v∥B)時(shí)，F(xiàn)＝0。 二、電視顯像管的工作原理 1．構(gòu)造：如圖所示，由電子槍、偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈和熒光屏組成。 2．原理 (1)電子槍發(fā)射電子。 (2)電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)。 (3)熒光屏被電子束撞擊發(fā)光。 3．掃描：在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其方向、強(qiáng)弱都在不斷變化，使得電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)從上向下、從左向右不斷移動(dòng)。 4．偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈：使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是由兩對(duì)線(xiàn)圈產(chǎn)生的。 1．自主思考——判一判 (1)運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中受的力叫洛倫茲力，正電荷所受的洛倫茲力的方向與磁場(chǎng)方向相同，負(fù)電荷所受的洛倫茲力的方向與磁場(chǎng)方向相反。() (2)同一電荷，以相同大小的速度進(jìn)入磁場(chǎng)，速度方向不同時(shí)，洛倫茲力的大小也可能相同。(√) (3)若電荷的速度方向與磁場(chǎng)平行時(shí)，不受洛倫茲力。(√) (4)判斷電荷所受洛倫茲力的方向時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮電荷的電性。(√) (5)顯像管中偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈中的電流恒定不變時(shí)，電子打在熒光屏上的光點(diǎn)是不動(dòng)的。(√) 2．合作探究——議一議 (1)正電荷所受洛倫茲力的方向，負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向以及導(dǎo)線(xiàn)所受安培力的方向有什么聯(lián)系？ 提示：電流的方向即正電荷定向移動(dòng)的方向也就是負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向。所以安培力的方向和相應(yīng)正電荷沿電流方向移動(dòng)所受洛倫茲力方向及相應(yīng)負(fù)電荷沿電流反方向移動(dòng)所受洛倫茲力方向一致，體現(xiàn)了安培力是洛倫茲力的宏觀(guān)表現(xiàn)。 (2)顯像管工作時(shí)，電子束依次掃描熒光屏上各點(diǎn)，可為什么我們覺(jué)察不到熒光屏的閃爍？ 提示：這是由于眼睛的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，當(dāng)電子束掃描頻率達(dá)到人眼的臨界閃爍頻率時(shí)，由于視覺(jué)暫留的原因，人眼就感覺(jué)不到熒光屏的閃爍。 洛倫茲力的方向 1．決定洛倫茲力方向的因素有三個(gè) 電荷的電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。當(dāng)電性一定時(shí)，其他兩個(gè)因素決定洛倫茲力的方向，如果只讓一個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向必定相反；如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔儭? 2．F、B、v三者方向間關(guān)系 電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向間沒(méi)有因果關(guān)系，兩者關(guān)系是不確定的。電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向確定洛倫茲力方向，F(xiàn)⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于B和v所決定的平面。 3．特點(diǎn) 洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化。但無(wú)論怎樣變化，洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力永不做功，它只改變電荷運(yùn)動(dòng)方向，不改變電荷速度大小。 1．在以下幾幅圖中，洛倫茲力的方向判斷正確的是(　　) 解析：選A　A圖，根據(jù)左手定則，磁感線(xiàn)穿過(guò)手心，四指指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向向右，大拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出洛倫茲力向上，故A正確。B圖，根據(jù)左手定則，磁感線(xiàn)穿過(guò)手心，四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向向左，大拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出洛倫茲力向上，故B錯(cuò)誤。C圖，當(dāng)速度與磁感線(xiàn)平行時(shí)，電荷不受洛倫茲力，故C錯(cuò)誤。D圖，根據(jù)左手定則，磁感線(xiàn)穿過(guò)手心，四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向向上，拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出洛倫茲力方向垂直紙面向外，故D錯(cuò)誤。 2．每時(shí)每刻都有大量宇宙射線(xiàn)向地球射來(lái)，地磁場(chǎng)可以改變射線(xiàn)中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，使它們不能到達(dá)地面，這對(duì)地球上的生物有十分重要的意義。假設(shè)有一個(gè)帶正電的宇宙射線(xiàn)粒子正垂直于地面向赤道射來(lái)，在地磁場(chǎng)的作用下，它將(　　) A．向東偏轉(zhuǎn)　　　　 B．向南偏轉(zhuǎn) C．向西偏轉(zhuǎn) D．向北偏轉(zhuǎn) 解析：選A　赤道附近的地磁場(chǎng)方向水平向北，一個(gè)帶正電的射線(xiàn)粒子豎直向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)左手定則可以確定，它受到水平向東的洛倫茲力，故它向東偏轉(zhuǎn)。A正確。 3.湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)了電子。如圖所示，把電子射線(xiàn)管(陰極射線(xiàn)管)放在蹄形磁鐵的兩極之間，可以觀(guān)察到電子束偏轉(zhuǎn)的方向是(　　) A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 解析：選B　電子束帶負(fù)電，電子束由負(fù)極向正極運(yùn)動(dòng)，在電子束運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，條形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)由N極指向S極，根據(jù)左手定則可判斷出電子受到的洛倫茲力方向向下，故電子束的偏轉(zhuǎn)方向向下，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。 洛倫茲力的大小 1．洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系 區(qū)　別 聯(lián)　系 ①洛倫茲力是指單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受到的磁場(chǎng)力，而安培力是指電流(即大量定向移動(dòng)的電荷)所受到的磁場(chǎng)力 ②洛倫茲力永不做功，而安培力可以做功 ①安培力是洛倫茲力的宏觀(guān)表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀(guān)解釋 ②大小關(guān)系：F安＝NF洛(N是導(dǎo)體中定向運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù)) ③方向關(guān)系：洛倫茲力與安培力的方向特點(diǎn)一致，均可用左手定則進(jìn)行判斷 2．洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較 洛倫茲力 電場(chǎng)力 產(chǎn)生條件 電荷必須運(yùn)動(dòng)且速度方向與B不平行時(shí)，電荷才受到洛倫茲力 帶電粒子只要處在電場(chǎng)中就受到電場(chǎng)力 大小方向 F＝qvBsin θ，F(xiàn)⊥B，F(xiàn)⊥v，用左手定則判斷 F＝qE，F(xiàn)的方向與E同向或反向 特點(diǎn) 洛倫茲力永不做功 電場(chǎng)力可以做功 相同點(diǎn) 反映了電場(chǎng)和磁場(chǎng)都具有力的性質(zhì) [典例]　如圖所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并處于方向垂直紙面向外、強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。質(zhì)量為m、帶電量為＋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，下列判斷正確的是(　　) A．滑塊受到的摩擦力不變 B．滑塊到達(dá)地面時(shí)的動(dòng)能與B的大小無(wú)關(guān) C．滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下 D．B很大時(shí)，滑塊可能靜止于斜面上 [思路點(diǎn)撥] (1)滑塊與斜面之間存在滑動(dòng)摩擦力。 (2)洛倫茲力的方向可由左手定則判斷。 (3)洛倫茲力隨滑塊速度的增大而增大。 [解析]　根據(jù)左手定則可知，滑塊受到垂直斜面向下的洛倫茲力，C對(duì)。隨著滑塊速度的變化，洛倫茲力大小變化，它對(duì)斜面的壓力大小發(fā)生變化，故滑塊受到的摩擦力大小變化，A錯(cuò)。B越大，滑塊受到的洛倫茲力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，據(jù)動(dòng)能定理，滑塊到達(dá)地面時(shí)的動(dòng)能就越小，B錯(cuò)。由于開(kāi)始時(shí)滑塊不受洛倫茲力就能下滑，故B再大，滑塊也不可能靜止在斜面上，D錯(cuò)。 [答案]　C 洛倫茲力作用下的變加速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 (1)注意受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的分析。帶電物體在磁場(chǎng)中速度變化時(shí)洛倫茲力的大小隨之變化，并進(jìn)一步導(dǎo)致壓力、摩擦力的變化，物體在變力作用下將做變加速運(yùn)動(dòng)。 (2)注意臨界狀態(tài)的分析。當(dāng)摩擦力與引起物體運(yùn)動(dòng)的外力平衡時(shí)，物體將處于平衡狀態(tài)；當(dāng)洛倫茲力增大使物體與接觸面的壓力為零時(shí)，物體將要離開(kāi)接觸面?！　　　? 1．兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線(xiàn)方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩粒子質(zhì)量之比為1∶4，電量之比為1∶2，則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為(　　) A．2∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．1∶4 解析：選C　帶電粒子的速度方向與磁感線(xiàn)方向垂直時(shí)，洛倫茲力F＝qvB，與電荷量成正比，與質(zhì)量無(wú)關(guān)，C項(xiàng)正確。 2.如圖所示，一個(gè)帶正電q的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若小帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對(duì)水平絕緣面正好無(wú)壓力，應(yīng)該(　　) A．使B的數(shù)值增大 B．使磁場(chǎng)以速率v＝向上移動(dòng) C．使磁場(chǎng)以速率v＝向右移動(dòng) D．使磁場(chǎng)以速率v＝向左移動(dòng) 解析：選D　為使小球?qū)ζ矫鏌o(wú)壓力，則應(yīng)使它受到的洛倫茲力剛好平衡重力，磁場(chǎng)不動(dòng)而只增大B，靜止電荷在磁場(chǎng)里不受洛倫茲力，A不對(duì)；磁場(chǎng)向上移動(dòng)相當(dāng)于電荷向下運(yùn)動(dòng)，受洛倫茲力向右，不可能平衡重力；磁場(chǎng)以v向右移動(dòng)，等同于電荷以速率v向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)洛倫茲力向下，也不可能平衡重力，故B、C不對(duì)；磁場(chǎng)以v向左移動(dòng)，等同于電荷以速率v向右運(yùn)動(dòng)，此時(shí)洛倫茲力向上。當(dāng)qvB＝mg時(shí)，帶電體對(duì)絕緣水平面無(wú)壓力，即v＝，選項(xiàng)D正確。 3．質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小物塊，從傾角為θ的光滑絕緣斜面上由靜止下滑，整個(gè)斜面置于方向水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示。若帶電小物塊下滑后某時(shí)刻對(duì)斜面的作用力恰好為零，下面說(shuō)法中正確的是 (　　) A．小物塊一定帶正電荷 B．小物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) C．小物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做加速度增大，而速度也增大的變加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) D．小物塊在斜面上下滑過(guò)程中，當(dāng)小物塊對(duì)斜面壓力為零時(shí)的速率為 解析：選B　帶電物塊下滑后某時(shí)刻對(duì)斜面的作用力恰好為零，知洛倫茲力的方向垂直于斜面向上，根據(jù)左手定則知，物塊帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；物塊在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受重力、斜面的支持力、洛倫茲力，合外力沿斜面向下，大小為mgsin θ，根據(jù)牛頓第二定律知a＝gsin θ，物塊在離開(kāi)斜面前做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)壓力為零時(shí)，在垂直于斜面方向上的合力為零，有mgcos θ＝qvB，解得v＝，故D錯(cuò)誤。 磁場(chǎng)與科技 裝置 原理圖 規(guī)律 速度選擇器 若qv0B＝Eq，即v0＝，粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 磁流體發(fā)電機(jī) 等離子體射入，受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、負(fù)電，兩極電壓為U時(shí)穩(wěn)定，q＝qv0B，U＝v0Bd 電磁流量計(jì) q＝qvB，所以v＝ 所以Q＝vS＝ 霍爾元件 當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢(shì)差 [典例]　[多選]利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于霍爾元件的工作面向下，通入圖示方向的電流I，C、D兩側(cè)面會(huì)形成電勢(shì)差UCD，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．電勢(shì)差UCD僅與材料有關(guān) B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢(shì)差UCD＜0 C．僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，電勢(shì)差UCD變大 D．在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持水平 [解析]　電勢(shì)差UCD與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、材料有關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若霍爾元件的載流子是自由電子，由左手定則可知，電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn)，則電勢(shì)差UCD＜0，選項(xiàng)B正確；僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，電勢(shì)差UCD變大，選項(xiàng)C正確；在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持豎直且東西放置，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 [答案]　BC 速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)具有相同的特點(diǎn)，即在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電荷所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力均等大反向?！　　　? 1．如圖所示，在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，一帶電粒子以某一速度沿水平直線(xiàn)通過(guò)兩極板。若不計(jì)重力，下列四個(gè)物理量中哪一個(gè)改變時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)改變？(　　) A．粒子速度的大小 B．粒子所帶的電荷量 C．電場(chǎng)強(qiáng)度 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度 解析：選B　帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，由平衡條件知qE＝qvB，可以看出，帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度以及帶電粒子速度的大小均能影響粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，而粒子所帶的電荷量不影響運(yùn)動(dòng)軌跡，選項(xiàng)A、C、D不符合要求，選項(xiàng)B正確。 2.為了測(cè)量某化肥廠(chǎng)的污水排放量，技術(shù)人員在該廠(chǎng)的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開(kāi)口，在垂直于上下表面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面固定有金屬板作為電極，污水充滿(mǎn)管口從左向右流 經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若污水中正離子較多，則前內(nèi)側(cè)面比后內(nèi)側(cè)面電勢(shì)高 B．前內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)一定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)，與哪種離子多無(wú)關(guān) C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大 D．污水流量Q與電壓U成正比，與a、b有關(guān) 解析：選B　由左手定則可判斷：若流動(dòng)的是正離子，則正離子向里偏，前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面電勢(shì)；若流動(dòng)的是負(fù)離子，則負(fù)離子向外偏，仍然是前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)，故A錯(cuò)B對(duì)。污水穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，對(duì)任一離子有：qvB＝qE＝，所以U＝Bbv，電勢(shì)差與濃度無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)。流量Q＝Sv＝bc＝，可以看出流量與a、b均無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)。 3．如圖所示，平行金屬板M、N之間的距離為d，其中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向外，有帶電荷量相同的正、負(fù)離子組成的等離子束，以速度v沿著水平方向由左端連續(xù)射入，電容器的電容為C，當(dāng)S閉合且電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，平行金屬板M、N之間的內(nèi)阻為r，電容器的帶電荷量為Q，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，電容器的充電電荷量Q>CBdv B．當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，電容器的充電電荷量Q＝CBdv C．當(dāng)S閉合時(shí)，電容器的充電電荷量Q＝CBdv D．當(dāng)S閉合時(shí)，電容器的充電電荷量Q>CBdv 解析：選B　等離子束射入磁場(chǎng)中，受到洛倫茲力，離子將打到兩極板上而產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)后來(lái)的離子所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，平行金屬板M、N之間電壓穩(wěn)定，電容器的電壓和電量都穩(wěn)定，由平衡條件得qvB＝q，得U＝Bvd，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，由于有內(nèi)阻r，電容器兩端的電壓小于Bvd，故Q＜CBdv；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電容器兩端的電壓等于Bdv，故Q＝CBdv，故B正確。 1.如圖，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(xiàn)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 解析：選A　條形磁鐵的磁感線(xiàn)方向在a點(diǎn)為垂直P(pán)向外，粒子在條形磁鐵的磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)，所以根據(jù)左手定則可得電子受到的洛倫茲力方向向上，A正確。 2．如圖，在OX，OY，OZ組成的直角坐標(biāo)系中，電子沿著Y軸的正向運(yùn)動(dòng)，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)在Z軸上A處的方向是(　　) A．－X方向　　　 B．－Y方向 C．－Z方向 D．都不是 解析：選A　電子(帶負(fù)電)沿Y軸正方向運(yùn)動(dòng)，形成的電流的方向沿Y軸負(fù)方向。根據(jù)安培定則，A處的磁場(chǎng)的方向沿X軸的負(fù)方向，所以選項(xiàng)A正確。 3.在長(zhǎng)直通電螺線(xiàn)管中通入變化的電流i(如圖所示電流的方向周期性改變)，并沿著其中心軸線(xiàn)OO′的方向射入一顆速度為v的電子，則此電子在螺線(xiàn)管內(nèi)部空間運(yùn)動(dòng)的情況是(　　) A．勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)　　　　 B．來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng) C．變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) D．曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 解析：選A　通電螺線(xiàn)管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向與軸線(xiàn)平行，故電子進(jìn)入螺線(xiàn)管后不受洛倫茲力，應(yīng)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 4．[多選]如圖所示，用絲線(xiàn)吊一個(gè)質(zhì)量為m的帶電(絕緣)小球處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，空氣阻力不計(jì)，若小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)，則兩次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)(　　) A．小球的動(dòng)能相同 B．絲線(xiàn)所受的拉力相同 C．小球所受的洛倫茲力相同 D．小球的向心加速度相同 解析：選AD　帶電小球受到的洛倫茲力及繩的拉力跟速度方向時(shí)刻垂直，對(duì)小球不做功，只改變速度方向，不改變速度大小，只有重力做功，故兩次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)速度大小不變，動(dòng)能相同，選項(xiàng)A正確；小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)，兩次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)速度方向相反，由左手定則可知兩次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)洛倫茲力方向相反，故繩的拉力大小不同，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；由a＝可知向心加速度相同，選項(xiàng)D正確。 5．[多選]如圖所示，一只陰極射線(xiàn)管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線(xiàn)AB時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線(xiàn)的徑跡向下偏，則(　　) A．導(dǎo)線(xiàn)中的電流從A流向B B．導(dǎo)線(xiàn)中的電流從B流向A C．若要使電子束的徑跡向上偏，可以通過(guò)改變AB中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn) D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無(wú)關(guān) 解析：選BC　電流的方向與負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的方向相反，所以陰極射線(xiàn)管內(nèi)電流的方向向左；由題圖可知，電子受到的洛倫茲力的方向向下，所以陰極射線(xiàn)管處的磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向里，由安培定則可知，AB中電流的方向由B到A，故A錯(cuò)誤，B正確；若要使電子束的徑跡向上彎曲，則陰極射線(xiàn)管處的磁場(chǎng)的方向需向外，可以改變AB中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)，故C正確；由以上的分析可知，電子束的徑跡與AB中的電流方向有關(guān)，故D錯(cuò)誤。 6．[多選]如圖，速度為v0、電荷量為q的正離子(不計(jì)重力)恰能沿直線(xiàn)飛出速度選擇器，則(　　) A．若改為電荷量為2q的正離子(其他條件不變)，離子仍沿直線(xiàn)飛出 B．若速度變?yōu)?v0(其他條件不變)，離子將往上偏 C．若改為電荷量為－q的離子(其他條件不變)，離子將往下偏 D．若改為電荷量為－q的離子，則必須從右側(cè)飛入速度選擇器，才能沿直線(xiàn)飛出 解析：選AB　正離子恰能沿直線(xiàn)飛出離子速度選擇器，根據(jù)左手定則判斷可知，離子受的洛倫茲力方向向上，電場(chǎng)力方向向下，此時(shí)洛倫茲力與電場(chǎng)力二力平衡，應(yīng)該有qv0B＝qE，即v0B＝E，該等式與離子的電荷量無(wú)關(guān)，若只改變電荷量，離子仍沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，若改為電荷量為－q的離子，受到向上的電場(chǎng)力，向下的洛倫茲力，仍滿(mǎn)足二力平衡，故從左側(cè)到右側(cè)仍能沿直線(xiàn)飛出，A正確，C、D錯(cuò)誤；若速度變?yōu)?v0，洛倫茲力增大為原來(lái)的2倍，而離子受的洛倫茲力方向向上，電場(chǎng)力不變，所以離子將向上偏轉(zhuǎn)，故B正確。 7.截面為矩形的載流金屬導(dǎo)線(xiàn)置于磁場(chǎng)中，如圖所示，將出現(xiàn)下列哪種情況(　　) A．在b表面聚集正電荷，而a表面聚集負(fù)電荷 B．在a表面聚集正電荷，而b表面聚集負(fù)電荷 C．開(kāi)始通電時(shí)，電子做定向移動(dòng)并向b偏轉(zhuǎn) D．兩個(gè)表面電勢(shì)不同，a表面電勢(shì)較高 解析：選A　金屬導(dǎo)體靠電子導(dǎo)電，金屬正離子并沒(méi)有移動(dòng)，而電流由金屬導(dǎo)體中的自由電子的定向移動(dòng)(向左移動(dòng))形成。應(yīng)用左手定則，四指應(yīng)指向電流的方向，讓磁感線(xiàn)垂直穿過(guò)手心，拇指的指向即為自由電子的受力方向。也就是說(shuō)，自由電子受洛倫茲力方向指向a表面一側(cè)，實(shí)際上自由電子在向左移動(dòng)的同時(shí)，受到指向a表面的作用力，并在a表面進(jìn)行聚集，由于整個(gè)導(dǎo)體是呈電中性的(正、負(fù)電荷總量相等)，所以在b的表面“裸露”出正電荷層，并使b表面電勢(shì)高于a表面電勢(shì)。 8．[多選]某空間存在著如圖甲所示的足夠大的沿水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)中A、B兩個(gè)物塊疊放在一起，置于光滑水平面上，物塊A帶正電，物塊B不帶電且表面絕緣。在t1＝0時(shí)刻，水平恒力F作用在物塊B上，物塊A、B由靜止開(kāi)始做加速度相同的運(yùn)動(dòng)。在A(yíng)、B一起向左運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的是(　　 ) A．圖乙可以反映A所受洛倫茲力大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系 B．圖乙可以反映A對(duì)B的摩擦力大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系 C．圖乙可以反映A對(duì)B的壓力大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系 D．圖乙可以反映B對(duì)地面壓力大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系 解析：選CD　由題意知物體由靜止做勻加速運(yùn)動(dòng)，速度v＝at；那么洛倫茲力：F＝qvB＝qBat，洛倫茲力大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系圖線(xiàn)應(yīng)過(guò)原點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；物塊A對(duì)物塊B的摩擦力大小f＝mAa，因?yàn)閍不變，所以f隨時(shí)間t的變化保持不變，故B錯(cuò)誤；B受到的壓力：N＝mAg＋qvB＝mAg＋qBat，所以隨時(shí)間在均勻增大，故C正確；B對(duì)地面的壓力為：N1＝mAg＋mBg＋qvB＝mAg＋mBg＋qBat，所以隨時(shí)間在均勻增大，故D正確。 9.[多選]如圖所示，在圖中虛線(xiàn)所圍的區(qū)域內(nèi)，存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知從左方水平射入的電子，通過(guò)該區(qū)域時(shí)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，假設(shè)電子重力可忽略不計(jì)，則在該區(qū)域中的E和B的方向可能是(　　) A．E豎直向上，B垂直紙面向外 B．E豎直向上，B垂直紙面向里 C．E和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)方向相同 D．E和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)方向相反 解析：選ACD　如果E豎直向上，B垂直紙面向外，電子沿圖中方向射入后，電場(chǎng)力向下，洛倫茲力向上，二力可能平衡，電子可能沿直線(xiàn)通過(guò)E、B共存區(qū)域，故A對(duì)；同理B不對(duì)；如果E、B沿水平方向且與電子運(yùn)動(dòng)方向相同，電子不受洛倫茲力作用，但電子受到與E反方向的電場(chǎng)力作用，電子做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也不偏轉(zhuǎn)，故C對(duì)；如果E、B沿水平方向，且與電子運(yùn)動(dòng)方向相反，電子仍不受洛倫茲力，電場(chǎng)力與E反向，即與速度同方向，故電子做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也不偏轉(zhuǎn)，故D對(duì)。 10．[多選]如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖：將一束等離子體垂直于磁場(chǎng)方向噴入磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷，兩板間就會(huì)產(chǎn)生電壓，如果射入的等離子體速度均為v，兩金屬板間距離為d，板平面的面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于速度方向，負(fù)載電阻為R，等離子體充滿(mǎn)兩板間的空間。當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，電流表示數(shù)為I，下列說(shuō)法正確的是(　　 ) A．上極板A帶負(fù)電 B．兩極板間的電動(dòng)勢(shì)為IR C．板間等離子體的內(nèi)阻為－R D．板間等離子體的電阻率為 解析：選ACD　大量帶正電和帶負(fù)電的微粒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，由左手定則可以判斷正電荷受到的洛倫茲力向下，所以正電荷會(huì)聚集到B板上，負(fù)電荷受到的洛倫茲力向上，負(fù)電荷聚集到A板上，故B板相當(dāng)于電源的正極，A板相當(dāng)于電源的負(fù)極，故A正確；由閉合電路的歐姆定律可知，兩極板間的電動(dòng)勢(shì)為I(R＋r內(nèi))，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)qvB＝q得，E＝Bdv，根據(jù)歐姆定律得，r＝－R＝－R，選項(xiàng)C正確；由電阻定律，R＝ρ，則電阻率ρ＝，故D正確。 11．如圖所示，斜面上表面光滑絕緣，傾角為θ，斜面上方有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，現(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小球在斜面上被無(wú)初速度釋放，假設(shè)斜面足夠長(zhǎng)，則小球從釋放開(kāi)始，下滑多遠(yuǎn)后離開(kāi)斜面。 解析：小球沿斜面下滑，在離開(kāi)斜面前，受到洛倫茲力F垂直斜面向上，其受力分析如圖： 沿斜面方向：mgsin θ＝ma 垂直斜面方向：F＋FN－mgcos θ＝0 其中洛倫茲力為：F＝Bqv 設(shè)下滑x遠(yuǎn)離開(kāi)斜面，此時(shí)斜面對(duì)小球的支持力 FN＝0， 那么下滑的距離為：v2＝2ax 聯(lián)立以上解得：x＝。 答案： 12．如圖所示的裝置，左半部為速度選擇器，右半部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線(xiàn)通過(guò)速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場(chǎng)垂直的方向，立即進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，最后打在照相底片D上。已知同位素離子的電荷量為q(q>0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場(chǎng)強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，照相底片D與狹縫S1、S2的連線(xiàn)平行且距離為L(zhǎng)，忽略重力的影響。 (1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大??； (2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中沿速度v0方向飛行的距離為x，求出x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)。 解析：(1)能從速度選擇器射出的離子所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，即滿(mǎn)足qE0＝qv0B0 所以v0＝ (2)離子進(jìn)入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)E后做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，則有 x＝v0t，L＝at2 由牛頓第二定律得qE＝ma 聯(lián)立以上各式解得x＝。 答案：(1)　(2)x＝