物理·选修1-1(人教版)
第四节 磁场对运动电荷的作用
?基础巩固
1.(多选)带电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动,下面说法正确的是( )
A.只要速度的大小相同,所受洛伦兹力大小就相同
B.如果把+q改为-q,且速度反向而大小不变,则洛伦兹力的大小、方向都不变
C.洛伦兹力方向一定与电荷运动的速度方向垂直,磁场方向也一定与电荷的运动方向垂直
D.粒子只受洛伦兹力作用时的动能不变
解析:带电粒子平行于磁感线运动时,不受洛伦兹力的作用;垂直于磁感线运动时,所受洛伦兹力最大.所以,只有速度大小相同,带电粒子所受洛伦兹力大小不一定相同,故A选项错误.用左手定则判定洛伦兹力方向时,负电荷运动的方向跟正电荷运动的方向相反,故把+q换成-q,且速度反向大小不变时,洛伦兹力的方向不变,速度方向与B的方向夹角也不变,故洛伦兹力的大小、方向均不发生变化,B选项正确.洛伦兹力的方向一定跟电荷速度方向垂直,但电荷进入磁场的速度方向可以是任意的,因而磁场方向与电荷的运动方向的夹角也可以是任意的,故C选项错误.洛伦兹力对运动电荷不做功,不改变运动电荷的动能(但洛伦兹力改变速度的方向),故带电粒子只受洛伦兹力作用时动能不变,D选项对.
答案:BD
2.(单选)一个电子穿过某一空间而未发生偏转,则( )
A.此空间一定不存在磁场
B.此空间可能有磁场,方向与电子速度方向平行
C.此空间可能有磁场,方向与电子速度方向垂直
D.以上说法都不对
解析:若电子穿过某一空间而未发生偏转,则可能是该区域没有磁场或电子速度方向与磁场方向平行,所以选项B正确.
答案:B
3.(多选)如果某运动电荷在某处受到洛伦兹力,则( )
A.该处的磁感应强度一定不为零
B.该处的磁感应强度一定与该电荷的运动方向垂直
C.该运动电荷可能做圆周运动
D.该处的磁感应强度可能为零
解析:只有v∥B时,FB=0,不一定是v⊥B.该粒子可能在磁场中作匀速圆周运动.
答案:AC
4.(多选)如图所示的四幅图中,正确标明了带正电的粒子所受洛伦兹力F方向的是( )
解析:由左手定则可知选项A、C正确.
答案:AC
5.(单选)如下图所示,一带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到底端时的速度为v,若加上一垂直纸面向外的磁场,则滑到底端时( )
A.v变大 B.v变小
C.v不变 D.无法确定
解析:考查左手定则.加上垂直纸面向外的磁场后,物体受到垂直斜面向下的力,支持力变大,摩擦力变大,克服摩擦力做功增多,末动能变小,速度变小.
答案:B
6.(单选)关于洛伦兹力的特点,下列说法错误的是( )
A.洛伦兹力既垂直于磁场方向又垂直电荷运动方向
B.洛伦兹力是运动电荷在磁场中受到的力,静止的电荷不会受到洛伦兹力
C.当电荷运动方向和磁场方向相同或相反的时候,电荷不受洛伦兹力
D.只要电荷放在磁场中,就一定受到洛伦兹力
解析:当电荷运动方向和磁场方向相同或相反的时候,电荷不受洛伦兹力,所以C选项正确,D选项错误.
答案:D
7.(多选)关于安培力和洛伦兹力,下面的说法中正确的是( )
A.洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力
B.安培力和洛伦兹力,其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C.安培力和洛伦兹力,二者是等价的
D.安培力能对通电导体做功,但洛伦兹力不能对运动电荷做功
解析:安培力是洛伦兹力的宏观表现,其本质都是磁场对运动电荷作用,所以A错,B对,C错.洛伦兹力总垂直于电荷的运动方向,所以不做功,而安培力却可以与运动方向不垂直,所以可以做功,D对.
答案:BD
8.(单选)一个长螺线管中通有电流,把一个带电粒子沿中轴线方向射入(若不计重力影响),粒子将在管中( )
A.做圆周运动
B.沿轴线来回运动
C.做匀加速直线运动
D.做匀速直线运动
解析:长螺线管中的磁场平行于螺线管中心轴线,所以带电粒子沿中轴线方向射入,则运动方向与磁场方向平行,带电粒子不受力,因此粒子将在管中做匀速直线运动,则D项正确.
答案:D
?能力提升
9.(单选)如下图所示,宇宙射线中存在高能带电粒子,假如大气层被破坏,这些粒子就会到达地球,从而给地球上的生命带来危害,根据地磁场的分布特点,判断下列说法中正确的是( )
A.地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两极最强,赤道附近最弱
B.地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强,两极最弱
C.地磁场对宇宙射线的阻挡作用在地球周围各处相同
D.地磁场对宇宙射线无阻挡作用
解析:当带电粒子的运动方向与磁感线的方向在一条直线上时,磁场对它没有作用力,当带电粒子的运动方向与磁感线的方向垂直时,磁场对它的作用力最大.根据地磁场的方向和宇宙射线的入射方向不难判定,选项B正确.
答案:B
10.(单选)图为磁流体发电机的示意图,流体中的正、负离子均受到匀强磁场的作用,向M、N两金属极板运动.下列说法正确的是( )
A.正离子向M极偏转,负离子向N极偏转
B.正离子向N极偏转,负离子向M极偏转
C.正、负离子均向N极偏转
D.正、负离子均向M极偏转
解析:正、负离子垂直进入磁场后受到洛伦兹力的作用,根据左手定则可以判定出正离子向N极偏转,同理负离子向M极偏转.选项B正确.
答案:B
课件23张PPT。第二章 磁场 第四节 磁场对运动电荷的作用 栏目链接能分析出物质构成的质谱仪
质谱仪是分离和检测同位素的仪器.即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器.仪器的主要装置放在真空中.将物质气化、电离成离子束,经电压加速和聚焦,然后通过磁场电场区,不同质量的离子受到磁场电场的偏转不同,聚焦在不同的位置,从而获得不同同位素的质量谱.现代质谱仪经过不断改进,仍然利用电磁学原理,使离子束按荷质比分离.
栏目链接质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的原子质量.测定原子质量的精度超过化学测量方法,大约2/3以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的.由于质量和能量的当量关系,由此可得到有关核结构与核结合能的知识.对于可通过矿石中提取的放射性衰变产物元素的分析测量,可确定矿石的地质年代.质谱方法还可用于有机化学分析,特别是微量杂质分析,测量分子的分子量,为确定化合物的分子式和分子结构提供可靠的依据.由于化合物有着像指纹一样的独特质谱,质谱仪在工业生产中也得到广泛应用.
栏目链接 栏目链接 如右图所示为质谱仪的原理图,带电粒子在加速电场加速后,通过混有电场和磁场的速度选择器,只有某相同速度值的粒子能从P点射入,粒子从P点射入后在磁场的洛伦兹力作用下做圆周运动,因为粒子的质量和带电量的不同而导致半径不同,最终它们会落到磁场上方S挡板的不同位置,从而可判断粒子的质量,进而可确定物质的种类.
栏目链接 栏目链接一、洛伦兹力
磁场对________的作用力称为洛伦兹力. 栏目链接运动电荷二、洛伦兹力的方向
栏目链接 拇指左手定则 垂直 四指 运动反方向三、电子束的磁偏转及显像管的工作原理
栏目链接垂直运动电荷的速度v磁感应强度B 电子束磁偏转 栏目链接要点一 磁场和电场对电荷的作用的区别
栏目链接 栏目链接例1关于电场力与洛伦兹力,以下说法正确的是( ) 栏目链接 栏目链接变 式
迁 移1.(单选)有关洛伦兹力和安培力的描述,正确的是( )
A.通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用
B.安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现
C.带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功
D.通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行
栏目链接变 式
迁 移 栏目链接要点二 洛伦兹力的方向
应用左手定则判定——与安培力方向判定相同.
1.不论正、负电荷,f洛方向都与F安方向相同,f洛垂直于B和v所确定的平面.应用左手定则时应注意,四指表示正电荷实际运动方向,对于负电荷来说,与正电荷受力方向相反.
2.由于f洛时刻与v垂直,所以洛伦兹力对电荷永不做功.即f洛不能改变粒子运动速度的大小,只能改变电荷运动方向.
栏目链接例2如下图所示,在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线,且导线中电流方向水平向右,则阴极射线将会( ) 栏目链接 栏目链接A.向上偏转
B.向下偏转
C.向纸内偏转
D.向纸外偏转
解析:在阴极射线管所处位置处,通电直导线产生的磁场方向垂直纸面向外,由左手定则可以判断阴极射线中的电子受到的洛伦兹力方向向上.
答案:A
变 式
迁 移2.(单选)如图所示,带正电的粒子q(不计重力),水平向左进入匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外.该粒子将( )
A.向下偏转
B.向上偏转
C.垂直纸面向里偏转
D.垂直纸面向外偏转 栏目链接变 式
迁 移解析:根据左手定则,带正电的粒子q所受的洛伦兹力方向向上,因此该粒子将向上偏转,B选项正确.
答案:B
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