选修3-1 3.5 运动电荷在磁场中受到的力 同步练习(word含答案)
文档属性
| 名称 | 选修3-1 3.5 运动电荷在磁场中受到的力 同步练习(word含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 350.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-22 05:07:20 | ||
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文档简介
选修3-1 3.5 运动电荷在磁场中受到的力 同步练习
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 初速度为 的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子初速度方向如图，则
A. 电子将向左偏转，速率不变 B. 电子将向左偏转，速率改变
C. 电子将向右偏转，速率不变 D. 电子将向右偏转，速率改变
2. 一带电粒子在匀强磁场中沿着磁感线方向运动，现将该磁场的磁感应强度增大一倍，则带电粒子受到的洛伦兹力
A. 增大两倍 B. 增大一倍 C. 减小一半 D. 依然为零
3. 如图，距离为 的两平行金属板 、 之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为 ，一束速度大小为 的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为 的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为 ，导轨平面与水平面夹角为 ，两导轨分别与 、 相连，质量为 、电阻为 的金属棒 垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为 ，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是
A. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，
B. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，
C. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，
D. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，
4. 两个带电粒子以相同的速度沿垂直磁感线的方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为 ，电荷量之比为 ，则两带电粒子所受洛伦兹力之比为
A. B. C. D.
5. 阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示。若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为
A. 平行于纸面向左 B. 平行于纸面向上
C. 垂直于纸面向外 D. 垂直于纸面向里
6. 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，则阴极射线将
A. 向纸内偏转 B. 向纸外偏转 C. 向下偏转 D. 向上偏转
7. 如图所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端水平向右进入两板间后，恰好能做直线运动。忽略粒子重力的影响，则
A. 若只将粒子改为带负电，其将往上偏
B. 若只增加粒子进入该装置的速度，其将往上偏
C. 若只增加粒子的电荷量，其将往下偏
D. 若粒子从右端水平进入，则仍沿直线水平飞出
8. 如图所示，速度选择器中匀强电场的电场强度为 ，匀强磁场的磁感应强度为 ，挡板右侧质谱仪中匀强磁场的磁感应强度为 。速度相同的一束粒子（不计重力），由左侧沿垂直于 和 的方向射入速度选择器后，又进入质谱仪，其运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是
A. 该束带电粒子带负电
B. 能通过狭缝 的带电粒子的速率等于
C. 粒子打在胶片上的位置越远离狭缝 ，粒子的比荷 越小
D. 能通过狭缝 的带电粒子进入质谱仪后运动半径都相同
9. 如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板 、 之间有一个很强的磁场。一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）沿垂直于磁场方向喷入磁场。将 、 与电阻 相连接。下列说法正确的是
A. 板的电势低于 板的电势
B. 通过 的电流方向由 指向
C. 若只改变磁场强弱，则通过 的电流保持不变
D. 若只增大粒子入射速度，则通过 的电流增大
10. 如图所示，从 处发出的热电子经加速电压 加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转。设两极板间电场强度为 ，磁感应强度为 。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是
A. 适当减小电场强度
B. 适当减小磁感应强度
C. 适当增大加速电场极板之间的距离
D. 适当减小加速电压
二、填空题（共4小题；共14分）
11. 目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体上来说呈电中性）喷入磁场，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，磁场中的两块金属板 和 上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压。请你判断；在图示磁极配置的情况下，金属板 （填“”或“”）的电势较高，通过电阻 的电流方向是 （填“”或“”）。
12. 质子以 进入 的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向外， 的方向沿纸面与水平方向成 角，则质子在磁场中受的洛伦兹力大小为
13. 如图所示的平行板器件中，电场强度 和磁感应强度 相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。若从左侧水平射入的带电粒子，不计重力，穿过这一区域时未发生偏转，则该粒子的速度大小为 ；若只改变该粒子的电性，则粒子穿过这一区域时是否会发生偏转 （选填“会”或“不会”）。
14. 如图所示，阴极射线管（ 为其阴极）放在蹄形磁铁的 、 两极间，射线管的 极接在直流高压电源的 极（选填“正极”或者“负极”）。此时，荧光屏上的电子束运动轨迹 偏转（选填“向上”“向下”或“不”）。
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 如图 所示，平行长直金属导轨置于水平面内，间距为 。导轨左端接有电动势为 、内阻为 的电源。空间存在着竖直向下（垂直纸面向里）的匀强磁场，磁感应强度大小为 。将一质量为 、电阻为 的导体棒 垂直于导轨固定放置，且接触良好。导轨电阻不计。
（1）判断导体棒 所受安培力 的方向，并求安培力 的大小。
（2）小明同学尝试由安培力的表达式 推导洛伦兹力的表达式。如图 所示，他选取一段长为 的导线，以导线中做定向移动的自由电荷为研究对象。已知自由电荷的电荷量为 ，做定向移动的速度为 。
① 请推导洛伦兹力的表达式。（注意：推导过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要做必要的说明）
② 小红同学认为：在上述推导过程中，只考虑了电子定向移动的速度，而没有考虑电荷无规则的热运动，所以推导过程是不合理的。你是否同意小红的观点，并说明理由。
16. 如图所示，虚线 是速度选择器的中线，其间匀强磁场的磁感应强度为 ，匀强电场的场强为 （电场线没有画出）。照相底片与虚线 垂直，其右侧偏转磁场的磁感应强度为 。现有一个离子沿着虚线 向右做匀速运动，穿过照相底片的小孔后在偏转磁场中做半径为 的匀速圆周运动，最后垂直打在照相底片上（不计离子所受重力）。
（1）求该离子沿虚线运动的速度大小 ；
（2）求该离子的比荷 ；
（3）如果带电量都为 的两种同位素离子，沿着虚线 射入速度选择器，它们在照相底片的落点间距大小为 ，求这两种同位素离子的质量差 。
17. 年，劳伦斯和学生利文斯顿研制了世界上第一台回旋加速器，如图 所示，这个精致的加速器由两个 形空盒拼成，中间留一条缝隙，带电粒子在缝隙中被周期性变化的电场加速，在垂直于盒面的磁场作用下旋转，最后以很高的能量从盒边缘的出射窗打出，用来轰击靶原子。
（1）劳伦斯的微型回旋加速器直径 ，加速电压 ，可加速氘核（）达到最大为 的能量，求：
① 氘核穿越两 形盒间缝隙的总次数
② 氘核被第 次加速后在 形盒中环绕时的半径 。
（2）自诞生以来，回旋加速器不断发展，加速粒子的能量已经从每核子 提高到 年的 ，现代加速器是一个非常复杂的系统，而磁铁在其中相当重要。加速器中的带电粒子，不仅要被加速，还需要去打靶，但是由于粒子束在运动过程中会因各种作用变得“散开”，因此需要用磁铁来引导使它们聚集在一起，为了这个目的，磁铁的模样也发生了很大的变化。图 所示的磁铁为“超导四极铁”，图 所示为它所提供磁场的磁感线。请在图 中画图分析并说明，当很多带正电的粒子沿垂直纸面方向进入“超导四极铁”的空腔，磁场对粒子束有怎样的会聚或散开作用
答案
第一部分
1. C
【解析】由安培定则可知导线右侧的磁场方向垂直纸面向里，然后根据左手定则可知运动电子所受洛伦兹力方向向右，因此电子将向右偏转；洛伦兹力不做功，故电子的速率不变。选项A、B、D错误，C正确。
2. D
【解析】本题考查了洛伦兹力的计算公式 ，注意公式的适用条件.若粒子速度方向与磁场方向平行，洛伦兹力为零，故A、B、C错误，D正确.
3. B
【解析】等离子体垂直于磁场喷入板间时，根据左手定则可得金属板 带正电荷，金属板 带负电荷，则电流方向由金属棒 端流向 端。等离子体穿过金属板 、 时产生的电动势 满足 ，由欧姆定律 和安培力公式 可得 ，再根据金属棒 垂直导轨放置，恰好静止，可得 ，则 ，金属棒 受到的安培力方向沿斜面向上，由左手定则可判定导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下。
故选B。
4. C
【解析】带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，所受洛伦兹力 ， 、 相同时， 与电荷量 成正比，与质量无关，C项正确。
5. C
【解析】由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，根据左手定则，若要使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确。
6. C
【解析】根据右手螺旋定则，知直导线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，根据左手定则可知，电子所受洛伦兹力方向向下，所以阴极射线向下偏转，故C正确。
7. B
8. C
【解析】粒子进入磁场 后，受洛伦兹力向下偏转，根据左手定则可知，粒子带正电，故A错误；
在速度选择器中，为使粒子不发生偏转，粒子所受到电场力和洛伦兹力是平衡力，即为 ，所以电场与磁场的关系为：，故B错误；
能通过狭缝 的带电粒子进入质谱仪后，洛伦兹力提供向心力，则：，所以：，所以粒子的比荷 越小，打在胶片上的位置越远离狭缝 ，故C正确，D错误。
9. D
【解析】由磁场方向向左，离子体中正离子的运动方向向里可知，正离子受到的洛伦兹力向上，故 极板带正电，电势较高，选项A错误；
这样 极板相当于电源的正极，故通过 的电流的方向是由 指向 的，选项B错误；
当磁流体发电机电压稳定时，即 ，，故发电机的电动势 ，所以若只改变磁场强弱，则电动势会变化，故通过 的电流也会变化，选项C错误；
若只增大粒子入射速度，根据 可知，电动势会变大，则通过 的电流也增大，选项D正确。
10. A
【解析】要使粒子在复合场中做匀速直线运动，故 。
根据左手定则可知电子所受的洛伦兹力的方向竖直向下，故电子向上极板偏转的原因是电场力大于洛伦兹力，所以要么减小洛伦兹力，要么增大电场力。
适当减小电场强度 ，即可以减小电场力，故A正确。
适当减小磁感强度 ，可以减小洛伦兹力，故B错误。
适当增大加速电场极板之间的距离，根据 可得 ，由于粒子两者间的电压没有变化，所以电子进入磁场的速率没有变化，因此没有改变电场力和洛伦兹力的大小，故C错误。
根据 可得 ，适当减小加速电压 ，可以减小电子在复合场中运动的速度 ，从而减小洛伦兹力。故D错误。
第二部分
11. ，
12.
【解析】
13. ；不会
14. 负极；向下
第三部分
15. （1） 水平向右，
【解析】导体棒中电流 方向为 ，根据左手定则可，安培力 的方向水平向右，根据闭合电路欧姆定律有 ，则导体棒所受的安培力 。
（2） ① 导线最左端的自由电荷定向移动到右端的时间 ，设导体内自由电荷的数量为 。在时间 内，这段导线内的自由电荷全部通过右端横截面，通过横截面的电荷量 ，所以导线中的电流 ，这段长为 的导线所受的安培力 ，因为通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现，则有 。
② 不同意；如果在导体两端有电势差，导体中的自由电荷在热运动的基础上又产生了一个定向移动，在推导洛伦兹力的表达式时，由于自由电荷的无规则运动所受的洛伦兹力依然相互抵消，所以只需考虑电荷的定向移动，因此推导是合理的。
【解析】通常情况下，自由电荷不断地做无规则的热运动，它们朝任何方向运动的机会都一样，从宏观上看，没有电荷的定向移动，因而也没有电流；此时，虽然每个自由电荷都受到洛伦兹力的作用，但在宏观上没有表现出力的作用，即所有自由荷因为热运动而受到的洛伦兹力的合力为零；如果在导体两端有电势差，导体中的自由电荷在热运动的基础上又产生了一个定向移动，在推导洛伦兹力的表达式时，由于自由电荷的无规则运动所受的洛伦兹力依然相互抵消，所以只需考虑电荷的定向移动，因此推导是合理的。
16. （1）
【解析】由于离子沿虚线做匀速直线运动，故它受到的力是平衡的，即 ，则 ，所以离子沿虚线运动的速度大小 。
（2）
【解析】由于该粒子在偏转磁场中做半径为 的匀速圆周运动，即 ，，则 。
（3）
【解析】设两种粒子的质量分别为 、 ，
则对于 ，有 ，则 ；同理 ；
这两种同位素离子的质量差 。
17. （1） ①
【解析】氘核每穿越缝隙一次，电场力对氘核做功均为 ，
由动能定理可得 ，
代入数据解得 。
②
【解析】设氘核被第 次加速后在 形盒中环绕时的半径为 ，速度为 ，由牛顿第二定律有 ，
由动能定理有 ，
联立解得 。
由上述表达式可知 ，则氘核被第 次加速后的环绕半径 与被第 次加速后的环绕半径 之间满足 ，
解得 。
（2） 如答图 所示，选择 、 、 、 四个有代表性的粒子，根据左手定则画出其垂直进入空腔时所受洛伦兹力的方向如图所示，可见洛伦兹力使得粒子束在水平方向会聚，同时，在与之垂直的竖直方向散开。
或如答图 所示选择特殊位置，画出有代表性粒子受到的力，并将力正交分解，也可证明磁场使粒子束在水平方向会聚，同时在竖直方向发散。
第1页（共1 页）
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 初速度为 的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子初速度方向如图，则
A. 电子将向左偏转，速率不变 B. 电子将向左偏转，速率改变
C. 电子将向右偏转，速率不变 D. 电子将向右偏转，速率改变
2. 一带电粒子在匀强磁场中沿着磁感线方向运动，现将该磁场的磁感应强度增大一倍，则带电粒子受到的洛伦兹力
A. 增大两倍 B. 增大一倍 C. 减小一半 D. 依然为零
3. 如图，距离为 的两平行金属板 、 之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为 ，一束速度大小为 的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为 的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为 ，导轨平面与水平面夹角为 ，两导轨分别与 、 相连，质量为 、电阻为 的金属棒 垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为 ，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是
A. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，
B. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，
C. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，
D. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，
4. 两个带电粒子以相同的速度沿垂直磁感线的方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为 ，电荷量之比为 ，则两带电粒子所受洛伦兹力之比为
A. B. C. D.
5. 阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示。若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为
A. 平行于纸面向左 B. 平行于纸面向上
C. 垂直于纸面向外 D. 垂直于纸面向里
6. 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，则阴极射线将
A. 向纸内偏转 B. 向纸外偏转 C. 向下偏转 D. 向上偏转
7. 如图所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端水平向右进入两板间后，恰好能做直线运动。忽略粒子重力的影响，则
A. 若只将粒子改为带负电，其将往上偏
B. 若只增加粒子进入该装置的速度，其将往上偏
C. 若只增加粒子的电荷量，其将往下偏
D. 若粒子从右端水平进入，则仍沿直线水平飞出
8. 如图所示，速度选择器中匀强电场的电场强度为 ，匀强磁场的磁感应强度为 ，挡板右侧质谱仪中匀强磁场的磁感应强度为 。速度相同的一束粒子（不计重力），由左侧沿垂直于 和 的方向射入速度选择器后，又进入质谱仪，其运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是
A. 该束带电粒子带负电
B. 能通过狭缝 的带电粒子的速率等于
C. 粒子打在胶片上的位置越远离狭缝 ，粒子的比荷 越小
D. 能通过狭缝 的带电粒子进入质谱仪后运动半径都相同
9. 如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板 、 之间有一个很强的磁场。一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）沿垂直于磁场方向喷入磁场。将 、 与电阻 相连接。下列说法正确的是
A. 板的电势低于 板的电势
B. 通过 的电流方向由 指向
C. 若只改变磁场强弱，则通过 的电流保持不变
D. 若只增大粒子入射速度，则通过 的电流增大
10. 如图所示，从 处发出的热电子经加速电压 加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转。设两极板间电场强度为 ，磁感应强度为 。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是
A. 适当减小电场强度
B. 适当减小磁感应强度
C. 适当增大加速电场极板之间的距离
D. 适当减小加速电压
二、填空题（共4小题；共14分）
11. 目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体上来说呈电中性）喷入磁场，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，磁场中的两块金属板 和 上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压。请你判断；在图示磁极配置的情况下，金属板 （填“”或“”）的电势较高，通过电阻 的电流方向是 （填“”或“”）。
12. 质子以 进入 的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向外， 的方向沿纸面与水平方向成 角，则质子在磁场中受的洛伦兹力大小为
13. 如图所示的平行板器件中，电场强度 和磁感应强度 相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。若从左侧水平射入的带电粒子，不计重力，穿过这一区域时未发生偏转，则该粒子的速度大小为 ；若只改变该粒子的电性，则粒子穿过这一区域时是否会发生偏转 （选填“会”或“不会”）。
14. 如图所示，阴极射线管（ 为其阴极）放在蹄形磁铁的 、 两极间，射线管的 极接在直流高压电源的 极（选填“正极”或者“负极”）。此时，荧光屏上的电子束运动轨迹 偏转（选填“向上”“向下”或“不”）。
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 如图 所示，平行长直金属导轨置于水平面内，间距为 。导轨左端接有电动势为 、内阻为 的电源。空间存在着竖直向下（垂直纸面向里）的匀强磁场，磁感应强度大小为 。将一质量为 、电阻为 的导体棒 垂直于导轨固定放置，且接触良好。导轨电阻不计。
（1）判断导体棒 所受安培力 的方向，并求安培力 的大小。
（2）小明同学尝试由安培力的表达式 推导洛伦兹力的表达式。如图 所示，他选取一段长为 的导线，以导线中做定向移动的自由电荷为研究对象。已知自由电荷的电荷量为 ，做定向移动的速度为 。
① 请推导洛伦兹力的表达式。（注意：推导过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要做必要的说明）
② 小红同学认为：在上述推导过程中，只考虑了电子定向移动的速度，而没有考虑电荷无规则的热运动，所以推导过程是不合理的。你是否同意小红的观点，并说明理由。
16. 如图所示，虚线 是速度选择器的中线，其间匀强磁场的磁感应强度为 ，匀强电场的场强为 （电场线没有画出）。照相底片与虚线 垂直，其右侧偏转磁场的磁感应强度为 。现有一个离子沿着虚线 向右做匀速运动，穿过照相底片的小孔后在偏转磁场中做半径为 的匀速圆周运动，最后垂直打在照相底片上（不计离子所受重力）。
（1）求该离子沿虚线运动的速度大小 ；
（2）求该离子的比荷 ；
（3）如果带电量都为 的两种同位素离子，沿着虚线 射入速度选择器，它们在照相底片的落点间距大小为 ，求这两种同位素离子的质量差 。
17. 年，劳伦斯和学生利文斯顿研制了世界上第一台回旋加速器，如图 所示，这个精致的加速器由两个 形空盒拼成，中间留一条缝隙，带电粒子在缝隙中被周期性变化的电场加速，在垂直于盒面的磁场作用下旋转，最后以很高的能量从盒边缘的出射窗打出，用来轰击靶原子。
（1）劳伦斯的微型回旋加速器直径 ，加速电压 ，可加速氘核（）达到最大为 的能量，求：
① 氘核穿越两 形盒间缝隙的总次数
② 氘核被第 次加速后在 形盒中环绕时的半径 。
（2）自诞生以来，回旋加速器不断发展，加速粒子的能量已经从每核子 提高到 年的 ，现代加速器是一个非常复杂的系统，而磁铁在其中相当重要。加速器中的带电粒子，不仅要被加速，还需要去打靶，但是由于粒子束在运动过程中会因各种作用变得“散开”，因此需要用磁铁来引导使它们聚集在一起，为了这个目的，磁铁的模样也发生了很大的变化。图 所示的磁铁为“超导四极铁”，图 所示为它所提供磁场的磁感线。请在图 中画图分析并说明，当很多带正电的粒子沿垂直纸面方向进入“超导四极铁”的空腔，磁场对粒子束有怎样的会聚或散开作用
答案
第一部分
1. C
【解析】由安培定则可知导线右侧的磁场方向垂直纸面向里，然后根据左手定则可知运动电子所受洛伦兹力方向向右，因此电子将向右偏转；洛伦兹力不做功，故电子的速率不变。选项A、B、D错误，C正确。
2. D
【解析】本题考查了洛伦兹力的计算公式 ，注意公式的适用条件.若粒子速度方向与磁场方向平行，洛伦兹力为零，故A、B、C错误，D正确.
3. B
【解析】等离子体垂直于磁场喷入板间时，根据左手定则可得金属板 带正电荷，金属板 带负电荷，则电流方向由金属棒 端流向 端。等离子体穿过金属板 、 时产生的电动势 满足 ，由欧姆定律 和安培力公式 可得 ，再根据金属棒 垂直导轨放置，恰好静止，可得 ，则 ，金属棒 受到的安培力方向沿斜面向上，由左手定则可判定导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下。
故选B。
4. C
【解析】带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，所受洛伦兹力 ， 、 相同时， 与电荷量 成正比，与质量无关，C项正确。
5. C
【解析】由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，根据左手定则，若要使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确。
6. C
【解析】根据右手螺旋定则，知直导线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，根据左手定则可知，电子所受洛伦兹力方向向下，所以阴极射线向下偏转，故C正确。
7. B
8. C
【解析】粒子进入磁场 后，受洛伦兹力向下偏转，根据左手定则可知，粒子带正电，故A错误；
在速度选择器中，为使粒子不发生偏转，粒子所受到电场力和洛伦兹力是平衡力，即为 ，所以电场与磁场的关系为：，故B错误；
能通过狭缝 的带电粒子进入质谱仪后，洛伦兹力提供向心力，则：，所以：，所以粒子的比荷 越小，打在胶片上的位置越远离狭缝 ，故C正确，D错误。
9. D
【解析】由磁场方向向左，离子体中正离子的运动方向向里可知，正离子受到的洛伦兹力向上，故 极板带正电，电势较高，选项A错误；
这样 极板相当于电源的正极，故通过 的电流的方向是由 指向 的，选项B错误；
当磁流体发电机电压稳定时，即 ，，故发电机的电动势 ，所以若只改变磁场强弱，则电动势会变化，故通过 的电流也会变化，选项C错误；
若只增大粒子入射速度，根据 可知，电动势会变大，则通过 的电流也增大，选项D正确。
10. A
【解析】要使粒子在复合场中做匀速直线运动，故 。
根据左手定则可知电子所受的洛伦兹力的方向竖直向下，故电子向上极板偏转的原因是电场力大于洛伦兹力，所以要么减小洛伦兹力，要么增大电场力。
适当减小电场强度 ，即可以减小电场力，故A正确。
适当减小磁感强度 ，可以减小洛伦兹力，故B错误。
适当增大加速电场极板之间的距离，根据 可得 ，由于粒子两者间的电压没有变化，所以电子进入磁场的速率没有变化，因此没有改变电场力和洛伦兹力的大小，故C错误。
根据 可得 ，适当减小加速电压 ，可以减小电子在复合场中运动的速度 ，从而减小洛伦兹力。故D错误。
第二部分
11. ，
12.
【解析】
13. ；不会
14. 负极；向下
第三部分
15. （1） 水平向右，
【解析】导体棒中电流 方向为 ，根据左手定则可，安培力 的方向水平向右，根据闭合电路欧姆定律有 ，则导体棒所受的安培力 。
（2） ① 导线最左端的自由电荷定向移动到右端的时间 ，设导体内自由电荷的数量为 。在时间 内，这段导线内的自由电荷全部通过右端横截面，通过横截面的电荷量 ，所以导线中的电流 ，这段长为 的导线所受的安培力 ，因为通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现，则有 。
② 不同意；如果在导体两端有电势差，导体中的自由电荷在热运动的基础上又产生了一个定向移动，在推导洛伦兹力的表达式时，由于自由电荷的无规则运动所受的洛伦兹力依然相互抵消，所以只需考虑电荷的定向移动，因此推导是合理的。
【解析】通常情况下，自由电荷不断地做无规则的热运动，它们朝任何方向运动的机会都一样，从宏观上看，没有电荷的定向移动，因而也没有电流；此时，虽然每个自由电荷都受到洛伦兹力的作用，但在宏观上没有表现出力的作用，即所有自由荷因为热运动而受到的洛伦兹力的合力为零；如果在导体两端有电势差，导体中的自由电荷在热运动的基础上又产生了一个定向移动，在推导洛伦兹力的表达式时，由于自由电荷的无规则运动所受的洛伦兹力依然相互抵消，所以只需考虑电荷的定向移动，因此推导是合理的。
16. （1）
【解析】由于离子沿虚线做匀速直线运动，故它受到的力是平衡的，即 ，则 ，所以离子沿虚线运动的速度大小 。
（2）
【解析】由于该粒子在偏转磁场中做半径为 的匀速圆周运动，即 ，，则 。
（3）
【解析】设两种粒子的质量分别为 、 ，
则对于 ，有 ，则 ；同理 ；
这两种同位素离子的质量差 。
17. （1） ①
【解析】氘核每穿越缝隙一次，电场力对氘核做功均为 ，
由动能定理可得 ，
代入数据解得 。
②
【解析】设氘核被第 次加速后在 形盒中环绕时的半径为 ，速度为 ，由牛顿第二定律有 ，
由动能定理有 ，
联立解得 。
由上述表达式可知 ，则氘核被第 次加速后的环绕半径 与被第 次加速后的环绕半径 之间满足 ，
解得 。
（2） 如答图 所示，选择 、 、 、 四个有代表性的粒子，根据左手定则画出其垂直进入空腔时所受洛伦兹力的方向如图所示，可见洛伦兹力使得粒子束在水平方向会聚，同时，在与之垂直的竖直方向散开。
或如答图 所示选择特殊位置，画出有代表性粒子受到的力，并将力正交分解，也可证明磁场使粒子束在水平方向会聚，同时在竖直方向发散。
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