选修2 第1章 安培力与洛伦兹力 知识问答式 学案（附章末测试）（有解析）
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| 名称 | 选修2 第1章 安培力与洛伦兹力 知识问答式 学案（附章末测试）（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-08-19 10:14:03 | ||
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文档简介
选修二 第一章 安培力与洛伦兹力
问题1．什么是安培力？答：安培力定义：通电导线在磁场中的受力叫安培力。
答：按照如图1所示进行实验．
（1）上下交换磁极的位置以改变磁场方向，发现受力的方向改变；
（2）改变导线中电流的方向，发现受力的方向改变，
问：仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？
图 1 图5
结论：经过试验验证，安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则．
问题2．安培力的方向怎么判断？
答(1)左手定则：（如图5）伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
(2)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥．
(3)注意问题：磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面．
（4）磁场方向和电流方向不一定垂直，受力的是与磁场垂直部分受到的力，平行方向不受力。
（5）磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心，受力与垂直部分的有关．
练习1在如下图所示的各图中，表示磁场B方向、电流I方向及电流受力F方向三者关系正确的是( )
图3
练习1答案 A解析 根据左手定则可得只有A正确
问题2．安培力的大小怎么计算？
答：同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如上图3所示．
(1)如图甲，I⊥B，此时安培力最大，F＝ILB. (2)如图乙，I∥B，此时安培力最小，F＝0.
(3)如图丙，当I与B成θ角时，把磁感应强度B分解，如图丁．此时F＝ILBsinθ.
问题3、怎么判断安培力作用下导体运动的方向？
电流元法 分割为电流元安培力方向―→整段导体所受合力方向―→运动方向
特殊位置法 在特殊位置―→安培力方向―→运动方向
等效法 环形电流≈小磁针 条形磁铁≈通电螺线管≈多个环形电流
结论法 同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；“志同道合 ，背道而驰” 两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势
转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向
问题4．怎么计算安培力做功？
答：安培力做功因为多数情况下，安培力在电磁感应现象中是以阻力的形式出现的。
（1）安培力做功等于电流在导线中产生热量等于其他形式能的减少量。
练习2 如图2所示，用两根轻细金属丝将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内．当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态．为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( )
A.tan θ，竖直向上 B.tan θ，竖直向下 C.sin θ，平行悬线向下 D.sin θ，平行悬线向上
练习2答案 D解析 要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值．由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为Fmin＝mgsin θ，即IlBmin＝mgsin θ，得Bmin＝sin θ，方向应平行于悬线向上．故选D.
问题5．什么是洛伦兹力？怎么判断洛伦兹力的大小和方向？
答： (1)定义：洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用。
(2)大小：洛伦兹力大小等于磁场强度与电荷电量与电荷运行速度的乘积。
(1)当v与B成θ角时，F＝qvBsin θ.(2)当v⊥B时，F＝qvB.(3)当v∥B时，F＝0.
问题6.洛伦兹力的大小怎么确定？电荷运动的方向与磁感应强度方向对力的大小有什么影响？
答：F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角．
(1)当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大．
(2)当θ＝0°时，v∥B，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行方向时，不受洛伦兹力．
问题7．洛伦兹力的方向怎么确定？
答：用左手定则判定：让磁感线穿过伸开的左手的手心，四指指向正电荷的运动方向(或负电荷运动的相反方向)，则拇指的方向就是洛伦兹力的方向，洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向及磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面．说明：F、B、v三个量的方向关系是：F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，如图4甲、乙所示．
问题8．洛伦兹力做功吗？
答：洛伦兹力的做功特点：洛伦兹力永不做功，因为它与导体它与电荷运动方向垂直，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小．
练习3试判断下列图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是( )
练习3 D解析 根据左手定则可以判断，选项A中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直纸面指向纸外；选项D中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确．
问题9、洛伦兹力与安培力的关系是什么？他们是同一性质的力吗？
(1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质．
(2)洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功．
练习4如图5所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B.设磁场中有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向移动的速率都是v.
图5
(1)导线中的电流是多少？
(2)导线在磁场中所受安培力多大？
(3)长为L的导线中含有的自由电荷数为多少？每个自由电荷所受洛伦兹力多大？
练习4答案 (1)nqvS nqvSLB (2)nSL qvB
(1)根据电流的定义式可得；
(2)导线在磁场中所受安培力：导线受到的安培力为:F安=BIL=B nqSv L;
(3)长为L的导线中含有的自由电荷数为N =nsL.每个自由电荷所受洛伦兹力F=
结论：由此可知：安培力和洛伦兹力是同性质的力，所以判断方法都是用左手，安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力得微观解释，两者的区别是安培力的方向与电流方向有关，洛伦兹力与电荷的正负有关。
问题10．带电粒子在匀强磁场中的运动有什么运动规律？
速度与磁场方向 运动特点
粒子速度与磁场平行v∥B 带电粒子所受的洛伦兹力F＝0，因此带电粒子以速度v做匀速直线运动
粒子速度与磁场垂直v⊥B 带电粒子在垂直磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 即qBv＝ (1)轨道半径R＝。(2)运动周期T＝＝。(3)运动频率f＝＝。
问题11、带电粒子在磁场中轨迹有什么特点？在磁场中怎么确定运动轨迹和半径？
答：解决带电粒子在匀强磁场中的运动问题，关键在于画好运动轨迹图，利用几何关系求得粒子运动的轨迹半径和圆心角。
①圆心的确定：通过切线垂线过圆心，入射速度与出射速度垂线交点为轨道圆心；
②圆形角确定：圆形角的大小等于入射速度与出射速度夹角θ相等。
③运行时间公式。
问题12、电荷在有界磁场中有什么规律？
答：1进、出磁场具有对称性，如图1(a)、(b)、(c)所示．
(1)粒子刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切 。
(2) 在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出，如图(d)所示．
问题13、怎么解决电荷在有界磁场中的运动问题？怎么确定圆心、半径、圆心角、运动时间等？
答：要画好辅助线（半径、速度及延长线）。偏转角θ：由sinα=L/R求出。入射速度与半径垂直指向圆心，出射速度与半径垂直也指向圆心，交于一点就是圆心，连接入射点与出射点，形成三角形，圆心的顶角即为粒子偏转角，过出射点B做OA的垂线形成三角形OCB中，，侧移y：由R 2=L2+(R-y)2解出。经历时间t：由得出。
练习5.质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图3中虚线所示，下列表述正确的是( )
A．M带负电，N带正电 B．M的速率小于N的速率
C．洛伦兹力对M、N做正功 D．M的运行时间大于N的运行时间
练习5答案 A解析 根据左手定则可知N带正电，M带负电，A正确；因为r＝，而M的半径大于N的半径，所以M的速率大于N的速率，B错误；洛伦兹力不做功，C错误；M和N的运行时间都为t＝，D错误．
问题14、电荷或导线在重力场、电场、磁场的中各种力有什么区别和共同点？
重力 电场力 洛伦兹力 安培力
大小 G=mg F=qE F=qvB F=BIL
方向 竖直向下 电场力与电场方向平行。 用左手定则判断，与磁场方向垂直与速度方向垂直 用左手定则判断，与导线的电流方向有关，
特点 在远小于电场力和洛伦兹力的情况下可不计粒子的重力；重力与带电粒子的速度无关。 带电粒子在电场中一定受电场力作用；电场力与带电粒子的速度无关。 带电粒子在磁场中不一定受洛伦兹力作用；洛伦兹力与带电粒子的速度大小和方向都有关。 只适用于通电导线。
复合场 如果电荷做直线运动，则三力平衡，或其他两个力平衡。如果做圆周运动，则必有重力等于电场力。
问题15、电荷或导线在复合场中磁场的应用：速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器、霍尔元件的原理是什么？
答：思路：如果电荷做直线运动，则三力平衡，或其他两个力平衡。如果做圆周运动，则必有重力等于电场力。
1速度选择器；图2；←磁流体发电机；5质谱仪
▲1速度选择器：
(1)构造：如图1所示，平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器．带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是Eq＝qvB，即v＝，速度v与粒子电荷量、电性、质量无关．
▲2．磁流体发电机:高速等离子体射入匀强磁场，在洛伦兹力的作用下发生偏转而打在A、B极板上，使两极板产生电势差．当离子做匀速运动时，两极板间的电势差最大．根据左手定则，如图2所示中的B极板是发电机的正极．若磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁感应强度为B，则由＝Bqv得两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv.
仪
▲3．质谱仪(1)构造：如图5所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．
(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m. 由以上两式可得r＝
(3)结论：带电粒子荷质比越大，运动半径越小，距离入射点越远。
▲4．回旋加速器(1)构造：如图2所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中．
(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB＝，Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关．
▲5．霍尔效应:如图6所示，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流体，当磁场方向与电流方向垂直时，形成电流的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，导致导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差．这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压．当载流子不偏转时，即所受洛伦兹力与电场力平衡时，霍尔电压达到稳定值．
▲霍尔元件的特点：(1)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．
(2)霍尔电压：UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．其中UH与B成正比，所以霍尔元件能把磁学量转换成电学量．
霍尔元件原理 电磁流量计
▲6、电磁流量计的原理：如图5甲、乙所示是电磁流量计的示意图．
设管的直径为D，磁感应强度为B，a、b两点间的电势差是由于导电液体中电荷受到洛伦兹力作用，在管壁的上、下两侧堆积产生的．到一定程度后，a、b两点间的电势差达到稳定值U，上、下两侧堆积的电荷不再增多，此时，洛伦兹力和电场力平衡，有qvB＝qE＝q，所以v＝，又圆管的横截面积S＝πD2，故流量Q＝Sv＝.
练习6(多选)如图6所示为电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面的液体体积)的原理图：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动．图中磁场方向垂直于纸面向里，大小为B，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下偏转，a、b间出现电势差．当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就稳定为U，则( )
图6
A．电势a高b低 B．电势b高a低 C．流量Q＝ D．流量Q＝
练习6、答案 BC 解析 根据左手定则可知，导电液体中的正离子在洛伦兹力作用下向下偏转，负离子在洛伦兹力作用下向上偏转，则a点电势低，b点电势高，故A错误，B正确；对离子有：qvB＝q，解得v＝，流量等于单位时间内流过某一横截面的液体体积，有Q＝vS＝π()2＝，故C正确，D错误．
[思维深化]速度选择器、磁流体发电机、霍尔效应有什么共性的地方？
答案 速度选择器、磁流体发电机的两极产生稳定电势差时，霍尔效应中霍尔电势差达到稳定时，其本质都是粒子匀速通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场力与洛伦兹力平衡．
问题16、怎么处理带电粒子在叠加场中的运动？
答1）．弄清叠加场的组成．2）．进行受力分析，确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合．
3）．画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律．
(1)由于洛伦兹力的大小与速度有关，带电粒子在含有磁场的叠加场中的直线运动一定为匀速直线运动，根据平衡条件列式求解．
(2)当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，一定是电场力和重力平衡，洛伦兹力提供向心力，应用平衡条件和牛顿运动定律分别列方程求解．(3)当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解．
类型：“磁发散”和“磁聚焦”有什么特点？
答①带电粒子在圆形磁场中的发散运动不同带电粒子在圆形磁场中从同一点沿不同方向出发，做发散运动，离开磁场后速度方向都相同。
②速度相同的不同带电粒子进入圆形匀强磁场后，汇聚于同一点。如图1、2.
1 2
问题17、有哪些典型类型的题目？
答：类型一、带电粒子在叠加场中的直线运动
练习7、如图所示，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴
a,b、c带有等量同种电荷,其中a静止，6向右做匀速运动，向左做匀速运动，比较它们的重力GG G间的大小,正确的是
A.Ga最大 B.Gb最大 C.Gc最大 D.Gb最小
练习7、解析:CD选项正确,设三个油滴的电荷量为q，电场强度为E,磁感应强度为B,运动电荷的速度大小为v。三个油滴都处于平衡状态，合力为零。对a有G=Eq,受电场力方向竖直向上，可知a带负电，则6、c也带负电。根据左手定则可判断b所受洛伦兹力方向竖真向下，所受洛伦兹力方向竖真向上。对b有G=Eq-Bqv，对c有G=qE+qvB,所以有Gc>Gb>Ga CD选项正确。
练习7
练习8、、(多选)地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场(未画出)和匀强磁场，已知磁场方向垂直纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动，如图1所示，由此可以判断( )
油滴一定做匀速运动 B．油滴可以做变速运动
C．如果油滴带正电，它是从N点运动到M点 D．如果油滴带正电，它是从M点运动到N点
练习8、答案 AD解析 油滴做直线运动，受重力、电场力和洛伦兹力作用，因为重力和电场力均为恒力，根据油滴做直线运动条件可知，油滴所受洛伦兹力亦为恒力．根据F＝qvB可知，油滴必定做匀速直线运动，A正确，B错误；根据做匀速直线运动的条件可知油滴的受力情况如图所示，如果油滴带正电，由左手定则可知，油滴从M点运动到N点，C错误，D正确．
练习8
类型二、带电粒子在叠加场中的匀速圆周运动
练习9如图练习图2所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后，水平进入由互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B构成的叠加场中(E和B已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，重力加速度大小为g，则( )
A．小球可能带正电 B．小球做匀速圆周运动的半径为r＝
C．小球做匀速圆周运动的周期为T＝ D．若电压U增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加
练习9
练习9答案 B 解析 小球在叠加场中做匀速圆周运动，则小球受到的电场力和重力满足mg＝Eq，则小球带负电，A项错误；因为小球做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，由牛顿第二定律和动能定理可得：qvB＝，Uq＝mv2，故小球做匀速圆周运动的半径r＝，B项正确；由T＝，可以得出T＝，与电压U无关，C、D项错误．
类型三、由电场进入磁场
练习10(多)一带负电粒子的质量为m、电荷量为q，空间中一平行板电容器两极板S1、S2间的电压为U.将此粒子在靠近极板S1的A处无初速度释放，经电场加速后，经O点进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场(右边界平行S2)，图中虚线Ox垂直极板S2，当粒子从P点离开磁场时，其速度方向与Ox方向的夹角θ＝60°，如图1所示，整个装置处于真空中，不计粒子所受重力，则( )
极板S1带正电 B．粒子到达O点的速度大小为 C．此粒子在磁场中运动的时间t＝
D．若改变右侧磁场(左边界位置不变)宽度，使粒子经过O点后恰好不能从右侧离开该有界磁场，则该有界磁场区域的宽度d＝
练习10
练习10答案 BC解析 带负电粒子向右加速，所受电场力向右，场强向左，说明极板S1带负电，故A错误；设粒子到达O点的速度大小为v，由动能定理可得Uq＝mv2，解得v＝，故B正确；由几何关系可知粒子运动的圆心角为θ＝60°＝，此粒子在磁场中运动的时间t＝T＝×＝，故C正确；;若改变右侧磁场(左边界位置不变)宽度，使粒子经过O点后恰好不能从右侧离开该有界磁场，画出临界轨迹如图所示，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可得Bqv＝m;把A选项中求得的速度大小代入可得R＝，则该有界磁场区域的宽度d＝R＝，故D错误．
类型四、由磁场进入电场
练习11．如图所示，在纸面内建立直角坐标系xoy，第一象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，第二象限内存在垂直于纸面向外的磁感应强度为B的匀强磁场，沿x轴放置一足够大的荧光屏MN。一质量为m，电荷量为q（q>0）的粒子从x轴上的M点沿y轴正方向以速率射入磁场，该粒子经磁场偏转后从y轴上的A点沿x轴正方向进入电场。已知匀强电场的场强大小，不计粒子的重力。求：
（1）该粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径R；
（2）粒子在电场中运动的时间t；
（3）粒子打到荧光屏上的亮点与M点的距离s。
练习11．【详解】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有 可得
（2）粒子在电场中做类平抛运动，有 E=Bv0 解得
（3）粒子在电场中水平方向满足 则亮点距M点的距离为 解得
练习12．如图所示的区域中，左边为垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，右边是一个电场强度大小未知的匀强电场，其方向平行于OC向上且垂直于磁场方向。在P点有一个放射源，在纸平面内向各个方向放射出质量为m、电荷量为-q速度大小相等的带电粒子。有一初速度方向与边界线的夹角的粒子（如图所示），恰好从O点正上方的小孔C垂直于OC射入匀强电场，最后打在Q点。已知，，不计粒子的重力，求：
（1）该粒子的初速度的大小；
（2）电场强度E的大小；
（3）从P点到Q点总的运动时间；
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】解：（1）作出粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹图
由几何关系得可得由向心力公式
可得联立得
（2）粒子在电场中做类平抛运动，有，联立上式得
（3）有题意得，粒子在磁场中偏转120°，运动时间
在电场中运动时间则总的运动时间为
第13章 电场力和洛伦兹力、电磁波 物理作业
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
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一、单选题(共66分)
1．(本题3分)如图所示，长度为1.0m的通电直导线与匀强磁场方向垂直，当导线中的电流为10A时，所受磁场的作用力大小为2.0N，此匀强磁场的磁感应强度大小为（ ）
A．5.0T B．0.1T C．2.0T D．0.2T
1题 3题 4题 5题
2．(本题3分)下列装置中，没有利用带电粒子在磁场中发生偏转的物理原理的是（ ）
3．(本题3分)如图所示，在MNQP中有一垂直纸面向里匀强磁场，质量和电荷量都相等的带电粒子a、b、c以不同的速率从O点沿垂直于PQ的方向射入磁场，图中实线是它们的轨迹。已知O是PQ的中点，不计粒子重力，下列说法中正确的是（ ）
粒子a带负电，粒子b、c带正电 B．粒子b在磁场中运动的时间最短
C．粒子c在磁场中运动的周期最长 D．射入磁场时粒子c的速率最大
4．(本题3分)磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连，下列说法不正确的是（ ）
A．用电器中的电流方向从A到B B．若只增大带电粒子电荷量，发电机的电动势增大
C．若只增强磁场，发电机的电动势增大 D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
5．(本题3分)如图所示为污水流量监测装置，两块面积为S的矩形金属极板M、N水平放置，污水从两板间区域向右流过（速度为v），板间距离为d且有一垂直于纸面向里的匀强磁场，两板用导线与理想电压表相连，则（ ）
A．电压表正极接线柱接金属极板N B．污水中离子浓度越大，电压表的示数越大
C．极板面积S越大，电压表的示数越大 D．污水流速v不变，只增加板间距离d时电压表读数变大
6．(本题3分)霍尔元件是把磁学量转换为电学量的电学元件。其结构和原理如图所示，在一个很小的矩形薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。当磁场方向和电流方向如图所示时，下列说法正确的是（ ）
A．M电势比N电势低 B．M电势比N电势高
C．只有当载流子为负电荷时，M的电势才高于N D．只有当载流子为正电荷时，M的电势才高于N
6 7 8 9
7．(本题3分)如图所示为回旋加速器的示意图，用回旋加速器加速某带电粒子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电周期为T。设D形盒半径为R，不计粒子在两极板间运动的时间，则下列说法正确的是（ ）
A．为了保证粒子在电场中不断被加速，粒子做圆周运动的周期应该为2T
B．被加速的粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大
C．增大加速电场的电压，其余条件不变，带电粒子在D形盒中运动的时间变短
D．若只增大交流电源的电压U，则粒子的最大动能将增大
8．(本题3分)一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通过如图所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将（ ）。
A．不动 B．顺时针转动 C．逆时针转动 D．向纸面内平动
9．(本题3分)为了检验某种物质射线的电性，把该物质放在带有小孔的铅盒中，在小孔的上方加有方向如图所示的磁场，结果发现射线分开为a、b、c三束，下列判断正确的是（ ）
A．a束粒子带负电 B．b束粒子带正电 C．c束粒子带负电 D．c束粒子不带电
10．(本题3分)电荷量为的粒子，在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是（ ）
A．只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同
B．如果把改为，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C．只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用
D．带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小
11．(本题3分)下列说法正确的是（ ）
A．由公式可知：电场中某点的场强与电荷所受电场力F成正比，与电荷所带电荷量q成反比
B．电源电动势是描述电源把其它形式的能量转化为电能的本领大小的物理量
C．一小段通电导线在某处不受磁场力，说明该处磁感应强度为零
D．因为洛伦兹力对运动电荷不做功，所以安培力对运动导体也不做功
12．(本题3分)质谱仪可以用来分析同位素。如图所示，带电粒子先经过加速电场，然后进入速度选择器，速度选择器内存在相互垂直磁感应强度为B的匀强磁场和电场强度为E匀强电场。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表说法确的是（ ）
A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D．同一带电粒子，磁感应强度B0越大，粒子打到胶片的位置越靠近狭缝P
12 13 14 15
13．(本题3分)如图是比荷相同的两粒子从O点垂直进入直线边界匀强磁场区域的运动轨迹，下列说法正确的是（ ）
A．a带负电，b带正电 B．a的带电量比b的带电量小
C．a运动的速率比b的小 D．a的运动时间比b的短
14．(本题3分)如图所示，两水平金属板构成的器件中同时存在着匀强电场和匀强磁场，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一带电粒子以某一水平速度从P点射入，恰好能沿直线运动，不计带电粒子的重力。下列说法正确的是（ ）
A．粒子一定带正电 B．粒子的速度大小v=E/B
C．若粒子速度大小改变，则粒子将做曲线运动
D．若粒子速度大小改变，则电场对粒子的作用力会发生变化
15．(本题3分)一个带正电的微粒（重力不计）穿过如图所示的匀强磁场和匀强电场区域时，恰能沿直线运动，则欲使微粒向下偏转，应采用的办法是（ ）
A．增大微粒质量 B．增大微粒电荷量 C．减小入射速度 D．增大磁感应强度
16．(本题3分)下列各图中标出了匀强磁场中通电直导线受安培力的方向，正确的是（ ）
A． B． C． D．
17．(3分)如图所示，纸面内固定有甲、乙两平行长直导线，分别通有电流强度为、且方向相同的恒定电流，点位于纸面内并且是两平行长直导线间中点，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙互相排斥，点磁场方向垂直纸面向外 B．甲、乙互相排斥，点磁场方向垂直纸面向里
C．甲、乙互相吸引，点磁场方向垂直纸面向里 D．甲、乙互相吸引，点磁场方向垂直纸面向外
17 18
18．(本题3分)如图甲所示，一通电导体棒用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上并静止在水平位量。当导体棒所在空间加上匀强磁场，再次静止时细线与竖直方向成角，如图乙所示（图甲中从左向右看）。已知导体棒长度为L、质量为m、电流为I，重力加速度大小为g。关于乙图，下列说法正确的是（ ）
A．当磁场方向斜向右上方且与细线垂直时磁感应强度最小 B．磁感应强度的最小值为
C．磁感应强度最小时，每根细线的拉力大小为 D．当磁场方向水平向左时，不能使导体棒在图示位置保持静止
19．(本题3分)如图所示，磁感应强度大小为B，方向水平向右的匀强磁场中，有一长为L的轻质半圆金属导线，通有从到的恒定电流I。现金属导线绕水平轴由水平第一次转到竖直位置的过程中，下列说法正确的是（ ）
转动过程中，安培力的方向不断变化 B．转动过程中，安培力大小始终不变
转动过程中，安培力大小一直减小 D．转过时，安培力大小为
19 20 2122
20．(本题3分)如图，在倾角为的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，在空间加一匀强磁场，使导体棒内通有垂直纸面向外的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上（重力加速度为g），则下列选项正确的是（ ）
A．所加磁感应强度最小为，方向垂直斜面斜向下 B．所加磁感应强度最小为，方向垂直斜面斜向上
C．若所加磁场方向竖直向上，则磁感应强度大小为 D．若所加磁场方向竖直向上，则磁感应强度大小为
21．(本题3分)根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的炮弹发射装置——电磁炮，它的基本原理如图所示，下列结论中错误的是（ ）
A．要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自M向N的电流 B．要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流
C．要想提高炮弹的发射速度，可适当增大磁感应强度D．使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向
22．(本题3分)如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈、两边通以图示方向的电流，线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则（ ）
A．该磁场为匀强磁场 B．线圈将逆时针转动 C．线圈平面总与磁场方向垂直D．线圈转动过程中两边、受安培力大小不变
第13章 电场力和洛伦兹力电磁波 物理作业 参考答案：
1．D【详解】因为电流方向与磁场相互垂直，所以安培力公式为将题中数据代入公式，可得
2．D【详解】磁流体发电机、电子显像管、回旋加速器都利用了带电粒子在磁场中发生偏转的物理原理；洗衣机将电能转化为机械能，不是利用带电粒子在磁场中的偏转制成的，故ABC错误，D正确。
3．B【详解】A．根据左手定则可知a粒子带正电，b、c粒子带负电，故A错误；BC．由洛伦兹力提供向心力
可知周期即各粒子的周期一样，又因粒子在磁场中的运动时间为
由图可知，粒子b的轨迹对应的圆心角最小，所以粒子b在磁场中运动的时间最短，故B正确，C错误；
D．由洛伦兹力提供向心力可知
由图可知，粒子c的圆周运动半径r最小，所以射入磁场时粒子c的速率最小，故D错误。故选B。
4．B【详解】A．首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上（负离子所受洛伦兹力方向向下），则正离子向上板聚集，负离子则向下板聚集，两板间产生了电势差，即金属板变为一电源，且上板为正极下板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，A正确；B C D．正离子除受到向上的洛伦兹力f外还受到向下的电场力F，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，则有又解得U=BdvB错误，CD正确。B符合题意。
5．D【详解】A．由左手定则可知，污水中的正离子和负离子受到洛伦兹力的方向分别为向上和向下，即M板带正电，电压表正极接线柱接金属极板M，因此A错误；BCD．稳定状态下，离子在两极板间受到的洛伦兹力与电场力相平衡，即两极板间电压所以电压表读数与极板面积S、污水中离子浓度无关，与磁感应强度B、板间距离d、水流速度v相关，因此BC错误，D正确。故选D。
6．C【详解】当载流子为负电荷时，由左手定则可知，负电荷偏向电极N，则电极M的电势高于电极N；当载流子为正电荷时，由左手定则可知，正电荷偏向电极N，电极M的电势低于电极N。选C。
7．C【详解】A．为了保证粒子在电场中不断被加速，交流电源的周期应该等于粒子做圆周运动的周期，A错误；B．根据周期公式可知，被加速的粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期与半径无关，B错误；
C．增大加速电场的电压，其余条件不变，每次加速后粒子获得的动能增加，但最终的动能不变，故在电场中加速的次数减少，带电粒子在D形盒中运动的时间变短，C正确；
D．当粒子被加速到最大速度时，由洛伦兹力提供向心力得最大动能联立可得则若只增大交流电源的电压U，则粒子的最大动能不变，D错误。选C。
8．B【详解】根据安培定则可以判断出线圈L2在L1所在平面上产生的磁场方向竖直向上，根据左手定则可以分析出L1最上方所受安培力垂直纸面向外，最下方所受安培力垂直纸面向内，则从左向右看，线圈L1将顺时针转动。故选B。
9．C【详解】A．a束粒子在磁场中运动时发生偏转，根据左手定则可以判断，a束粒子带正电，A错误；B．b束粒子在磁场中运动时不发生偏转，b束粒子不带电，B错误；CD．c束粒子在磁场中运动时发生偏转，根据左手定则可以判断，c束粒子带负电，C正确，D错误。故选C。
10．B【详解】A．力是矢量，有大小有方向，所以带电粒子速度大小相同，洛伦兹力大小相同，但是方向可能不同，故 A错误；
B．如果把＋q改为－q，且速度反向且大小不变，根据左手定则可知洛伦兹力的大小、方向均不变，故B正确；
C．若带电粒子平行于磁场运动，则不受洛伦兹力的作用，故C错误；
D．影响洛伦兹力的大小的因素有磁感应强度，速度大小，还有运动方向，所以带电粒子受到洛伦兹力越小，不一定是磁场的磁感强度越小，故D错误。故选B。
11．B【详解】A．电场中某点的场强由电场本身决定，与电荷所受电场力F和电荷所带电荷量q均无关，故A错误；
B．电源电动势是描述电源把其它形式的能量转化为电能的本领大小的物理量，故B正确；
C．一小段通电导线在某处不受磁场力，有可能是导线平行于磁感线放置，而该处磁感应强度不一定为零，故C错误；
D．洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，而安培力并不是始终与导体运动方向垂直，所以安培力可以对运动导体做功，故D错误。故选B。
12．D【详解】A．根据带电粒子在磁场中的偏转方向，由左手定则知，该粒子带正电，则在速度选择器中粒子受到的电场力水平向右，则洛伦兹力水平向左，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外，A错误；B．在速度选择器中，能通过狭缝P的带电粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡，有qE = qvB解得B错误；CD．粒子进入偏转电场后，有解得知r越小，比荷越大；同一带电粒子，磁感应强度B0越大，r越小，粒子打到胶片的位置越靠近狭缝P，C错误、D正确。故选D。
13．C【详解】A．根据左手定则a带正电，b带负电，A错误；B．由题中信息无法确定a、b电量和质量大小，且因为比荷相同，无法确定电量大小，B错误；C．根据带电粒子在磁场中运动时洛伦兹力提供向心力有得因两粒子比荷相同，所以a运动的速率比b的小，C正确；D．根据带电粒子在磁场中运动时洛伦兹力提供向心力有有所以运动周期相同，且在磁场中运动时间都是周期的一半，所以a的运动时间与b相同，D错误。选C。
14．C【详解】A．粒子做直线运动，竖直方向受力平衡，如果粒子带正电，则电场力向下，洛伦兹力向上，如果粒子带负电，则电场力向上，洛伦兹力向下，故粒子电性不确定，故A错误；B．根据平衡条件得qvB=qE解得v=故B错误；CD．若粒子速度大小改变，则洛伦兹力大小改变，故粒子将做曲线运动，电场力做功，粒子速度大小改变，但电场力不变，故C正确，D错误。故选C。
15．C【详解】依题意，可知微粒在穿过这个区域时受竖直向下的静电力Eq和竖直向上的洛伦兹力qvB，且此时
若要使电荷向下偏转，需使则减小速度v、减小磁感应强度B或增大电场强度E均可。故选C。
16．C【详解】A．根据左手定则可知通电直导线受安培力的方向为竖直向下，故A错误；B．通电直导线和磁感线平行，不受安培力作用，故B错误；C．根据左手定则可知通电直导线受安培力的方向为竖直向下，故C正确；D．根据左手定则可知通电直导线受安培力的方向为垂直于导线斜向右下，故D错误。故选C。
17．D【详解】甲、乙导线电流方向相同，由安培定则和左手定则可知，乙对甲的安培力向右，甲对乙的安培力向左，甲乙两导线相互吸引；根据安培定则，甲导线在O磁场方向是垂直纸面向里，乙导线在O磁场方向是垂直纸面向外，由于乙导线电流大于甲导线电流，所以乙导线在O点产生的磁场较强，即O点磁场方向垂直纸面向外。故选D。
18．B【详解】A．对导体棒受力分析如图所示，导体棒在重力、拉力和安培力的作用下处于平衡状态。由平衡条件可知，导体棒所受拉力和安培力的合力与重力等大反向，拉力和安培力可能的方向如图所示，当安培力方向斜向右上方且与细线垂直时安培力最小，此时磁场方向沿着细线斜向左上方，A错误；
B．设磁感应强度大小为B，由平衡条件得解得B正确；
C．设每条细线拉力大小为，由平衡条件得解得C错误；
D．当磁场方向水平向左时，安培力竖直向上，如果安培力与重力大小相等，可以使导体棒在图示位置保持静止，D错误。故选B。
19．B【详解】A．安培力方向始终竖直向上保持不变，故A错误；BC．转动过程中，因有效长度不变，安培力大小始终不变，故B正确，C错误；D．半圆导线的半径为受到的安培力为故D错误。故选B。
20．C【详解】A．若磁场方向垂直斜面斜向下，根据左手定则可知，安培力垂直斜面向上，导体棒受力不平衡，不能静止在斜面上。故A错误；B．同理，磁场方向垂直斜面斜向上，根据左手定则可知，安培力垂直斜面向下，导体棒受力不平衡，不能静止在斜面上。故B错误；CD．若所加磁场方向竖直向上，根据左手定则可知，安培力水平向左。受力如图
有平衡条件可得解得故C正确；D错误。故选C。
21．D【详解】A．要使炮弹沿导轨向右发射，则安培力方向向右，由左手定则可知，必须通以自M向N的电流，故A正确，不符合题意；B．由安培力的计算式F=BIL可知，可通过增大电流来提高炮弹的发射速度，故B正确，不符合题意；C．由安培力的计算式F=BIL可知，可通过增大磁感应强度来提高炮弹的发射速度，故C正确，不符合题意；D．如果电流和磁感应强度的方向同时反向，由左手定则可知，炮弹的发射方向将保持不变，故D错误，符合题意。
22．D【详解】A．该磁场不是匀强磁场而是均匀辐向磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线方向相同，故A错误；B．由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故B错误；C．由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故C错误；D．a、b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小总为IlB，故D正确。故选D。
问题1．什么是安培力？答：安培力定义：通电导线在磁场中的受力叫安培力。
答：按照如图1所示进行实验．
（1）上下交换磁极的位置以改变磁场方向，发现受力的方向改变；
（2）改变导线中电流的方向，发现受力的方向改变，
问：仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？
图 1 图5
结论：经过试验验证，安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则．
问题2．安培力的方向怎么判断？
答(1)左手定则：（如图5）伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
(2)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥．
(3)注意问题：磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面．
（4）磁场方向和电流方向不一定垂直，受力的是与磁场垂直部分受到的力，平行方向不受力。
（5）磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心，受力与垂直部分的有关．
练习1在如下图所示的各图中，表示磁场B方向、电流I方向及电流受力F方向三者关系正确的是( )
图3
练习1答案 A解析 根据左手定则可得只有A正确
问题2．安培力的大小怎么计算？
答：同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如上图3所示．
(1)如图甲，I⊥B，此时安培力最大，F＝ILB. (2)如图乙，I∥B，此时安培力最小，F＝0.
(3)如图丙，当I与B成θ角时，把磁感应强度B分解，如图丁．此时F＝ILBsinθ.
问题3、怎么判断安培力作用下导体运动的方向？
电流元法 分割为电流元安培力方向―→整段导体所受合力方向―→运动方向
特殊位置法 在特殊位置―→安培力方向―→运动方向
等效法 环形电流≈小磁针 条形磁铁≈通电螺线管≈多个环形电流
结论法 同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；“志同道合 ，背道而驰” 两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势
转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向
问题4．怎么计算安培力做功？
答：安培力做功因为多数情况下，安培力在电磁感应现象中是以阻力的形式出现的。
（1）安培力做功等于电流在导线中产生热量等于其他形式能的减少量。
练习2 如图2所示，用两根轻细金属丝将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内．当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态．为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( )
A.tan θ，竖直向上 B.tan θ，竖直向下 C.sin θ，平行悬线向下 D.sin θ，平行悬线向上
练习2答案 D解析 要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值．由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为Fmin＝mgsin θ，即IlBmin＝mgsin θ，得Bmin＝sin θ，方向应平行于悬线向上．故选D.
问题5．什么是洛伦兹力？怎么判断洛伦兹力的大小和方向？
答： (1)定义：洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用。
(2)大小：洛伦兹力大小等于磁场强度与电荷电量与电荷运行速度的乘积。
(1)当v与B成θ角时，F＝qvBsin θ.(2)当v⊥B时，F＝qvB.(3)当v∥B时，F＝0.
问题6.洛伦兹力的大小怎么确定？电荷运动的方向与磁感应强度方向对力的大小有什么影响？
答：F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角．
(1)当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大．
(2)当θ＝0°时，v∥B，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行方向时，不受洛伦兹力．
问题7．洛伦兹力的方向怎么确定？
答：用左手定则判定：让磁感线穿过伸开的左手的手心，四指指向正电荷的运动方向(或负电荷运动的相反方向)，则拇指的方向就是洛伦兹力的方向，洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向及磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面．说明：F、B、v三个量的方向关系是：F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，如图4甲、乙所示．
问题8．洛伦兹力做功吗？
答：洛伦兹力的做功特点：洛伦兹力永不做功，因为它与导体它与电荷运动方向垂直，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小．
练习3试判断下列图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是( )
练习3 D解析 根据左手定则可以判断，选项A中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直纸面指向纸外；选项D中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确．
问题9、洛伦兹力与安培力的关系是什么？他们是同一性质的力吗？
(1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质．
(2)洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功．
练习4如图5所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B.设磁场中有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向移动的速率都是v.
图5
(1)导线中的电流是多少？
(2)导线在磁场中所受安培力多大？
(3)长为L的导线中含有的自由电荷数为多少？每个自由电荷所受洛伦兹力多大？
练习4答案 (1)nqvS nqvSLB (2)nSL qvB
(1)根据电流的定义式可得；
(2)导线在磁场中所受安培力：导线受到的安培力为:F安=BIL=B nqSv L;
(3)长为L的导线中含有的自由电荷数为N =nsL.每个自由电荷所受洛伦兹力F=
结论：由此可知：安培力和洛伦兹力是同性质的力，所以判断方法都是用左手，安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力得微观解释，两者的区别是安培力的方向与电流方向有关，洛伦兹力与电荷的正负有关。
问题10．带电粒子在匀强磁场中的运动有什么运动规律？
速度与磁场方向 运动特点
粒子速度与磁场平行v∥B 带电粒子所受的洛伦兹力F＝0，因此带电粒子以速度v做匀速直线运动
粒子速度与磁场垂直v⊥B 带电粒子在垂直磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 即qBv＝ (1)轨道半径R＝。(2)运动周期T＝＝。(3)运动频率f＝＝。
问题11、带电粒子在磁场中轨迹有什么特点？在磁场中怎么确定运动轨迹和半径？
答：解决带电粒子在匀强磁场中的运动问题，关键在于画好运动轨迹图，利用几何关系求得粒子运动的轨迹半径和圆心角。
①圆心的确定：通过切线垂线过圆心，入射速度与出射速度垂线交点为轨道圆心；
②圆形角确定：圆形角的大小等于入射速度与出射速度夹角θ相等。
③运行时间公式。
问题12、电荷在有界磁场中有什么规律？
答：1进、出磁场具有对称性，如图1(a)、(b)、(c)所示．
(1)粒子刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切 。
(2) 在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出，如图(d)所示．
问题13、怎么解决电荷在有界磁场中的运动问题？怎么确定圆心、半径、圆心角、运动时间等？
答：要画好辅助线（半径、速度及延长线）。偏转角θ：由sinα=L/R求出。入射速度与半径垂直指向圆心，出射速度与半径垂直也指向圆心，交于一点就是圆心，连接入射点与出射点，形成三角形，圆心的顶角即为粒子偏转角，过出射点B做OA的垂线形成三角形OCB中，，侧移y：由R 2=L2+(R-y)2解出。经历时间t：由得出。
练习5.质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图3中虚线所示，下列表述正确的是( )
A．M带负电，N带正电 B．M的速率小于N的速率
C．洛伦兹力对M、N做正功 D．M的运行时间大于N的运行时间
练习5答案 A解析 根据左手定则可知N带正电，M带负电，A正确；因为r＝，而M的半径大于N的半径，所以M的速率大于N的速率，B错误；洛伦兹力不做功，C错误；M和N的运行时间都为t＝，D错误．
问题14、电荷或导线在重力场、电场、磁场的中各种力有什么区别和共同点？
重力 电场力 洛伦兹力 安培力
大小 G=mg F=qE F=qvB F=BIL
方向 竖直向下 电场力与电场方向平行。 用左手定则判断，与磁场方向垂直与速度方向垂直 用左手定则判断，与导线的电流方向有关，
特点 在远小于电场力和洛伦兹力的情况下可不计粒子的重力；重力与带电粒子的速度无关。 带电粒子在电场中一定受电场力作用；电场力与带电粒子的速度无关。 带电粒子在磁场中不一定受洛伦兹力作用；洛伦兹力与带电粒子的速度大小和方向都有关。 只适用于通电导线。
复合场 如果电荷做直线运动，则三力平衡，或其他两个力平衡。如果做圆周运动，则必有重力等于电场力。
问题15、电荷或导线在复合场中磁场的应用：速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器、霍尔元件的原理是什么？
答：思路：如果电荷做直线运动，则三力平衡，或其他两个力平衡。如果做圆周运动，则必有重力等于电场力。
1速度选择器；图2；←磁流体发电机；5质谱仪
▲1速度选择器：
(1)构造：如图1所示，平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器．带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是Eq＝qvB，即v＝，速度v与粒子电荷量、电性、质量无关．
▲2．磁流体发电机:高速等离子体射入匀强磁场，在洛伦兹力的作用下发生偏转而打在A、B极板上，使两极板产生电势差．当离子做匀速运动时，两极板间的电势差最大．根据左手定则，如图2所示中的B极板是发电机的正极．若磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁感应强度为B，则由＝Bqv得两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv.
仪
▲3．质谱仪(1)构造：如图5所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．
(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2.粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m. 由以上两式可得r＝
(3)结论：带电粒子荷质比越大，运动半径越小，距离入射点越远。
▲4．回旋加速器(1)构造：如图2所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中．
(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB＝，Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关．
▲5．霍尔效应:如图6所示，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流体，当磁场方向与电流方向垂直时，形成电流的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，导致导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差．这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压．当载流子不偏转时，即所受洛伦兹力与电场力平衡时，霍尔电压达到稳定值．
▲霍尔元件的特点：(1)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．
(2)霍尔电压：UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．其中UH与B成正比，所以霍尔元件能把磁学量转换成电学量．
霍尔元件原理 电磁流量计
▲6、电磁流量计的原理：如图5甲、乙所示是电磁流量计的示意图．
设管的直径为D，磁感应强度为B，a、b两点间的电势差是由于导电液体中电荷受到洛伦兹力作用，在管壁的上、下两侧堆积产生的．到一定程度后，a、b两点间的电势差达到稳定值U，上、下两侧堆积的电荷不再增多，此时，洛伦兹力和电场力平衡，有qvB＝qE＝q，所以v＝，又圆管的横截面积S＝πD2，故流量Q＝Sv＝.
练习6(多选)如图6所示为电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面的液体体积)的原理图：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动．图中磁场方向垂直于纸面向里，大小为B，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下偏转，a、b间出现电势差．当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就稳定为U，则( )
图6
A．电势a高b低 B．电势b高a低 C．流量Q＝ D．流量Q＝
练习6、答案 BC 解析 根据左手定则可知，导电液体中的正离子在洛伦兹力作用下向下偏转，负离子在洛伦兹力作用下向上偏转，则a点电势低，b点电势高，故A错误，B正确；对离子有：qvB＝q，解得v＝，流量等于单位时间内流过某一横截面的液体体积，有Q＝vS＝π()2＝，故C正确，D错误．
[思维深化]速度选择器、磁流体发电机、霍尔效应有什么共性的地方？
答案 速度选择器、磁流体发电机的两极产生稳定电势差时，霍尔效应中霍尔电势差达到稳定时，其本质都是粒子匀速通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场力与洛伦兹力平衡．
问题16、怎么处理带电粒子在叠加场中的运动？
答1）．弄清叠加场的组成．2）．进行受力分析，确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合．
3）．画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律．
(1)由于洛伦兹力的大小与速度有关，带电粒子在含有磁场的叠加场中的直线运动一定为匀速直线运动，根据平衡条件列式求解．
(2)当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，一定是电场力和重力平衡，洛伦兹力提供向心力，应用平衡条件和牛顿运动定律分别列方程求解．(3)当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守恒定律求解．
类型：“磁发散”和“磁聚焦”有什么特点？
答①带电粒子在圆形磁场中的发散运动不同带电粒子在圆形磁场中从同一点沿不同方向出发，做发散运动，离开磁场后速度方向都相同。
②速度相同的不同带电粒子进入圆形匀强磁场后，汇聚于同一点。如图1、2.
1 2
问题17、有哪些典型类型的题目？
答：类型一、带电粒子在叠加场中的直线运动
练习7、如图所示，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴
a,b、c带有等量同种电荷,其中a静止，6向右做匀速运动，向左做匀速运动，比较它们的重力GG G间的大小,正确的是
A.Ga最大 B.Gb最大 C.Gc最大 D.Gb最小
练习7、解析:CD选项正确,设三个油滴的电荷量为q，电场强度为E,磁感应强度为B,运动电荷的速度大小为v。三个油滴都处于平衡状态，合力为零。对a有G=Eq,受电场力方向竖直向上，可知a带负电，则6、c也带负电。根据左手定则可判断b所受洛伦兹力方向竖真向下，所受洛伦兹力方向竖真向上。对b有G=Eq-Bqv，对c有G=qE+qvB,所以有Gc>Gb>Ga CD选项正确。
练习7
练习8、、(多选)地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场(未画出)和匀强磁场，已知磁场方向垂直纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动，如图1所示，由此可以判断( )
油滴一定做匀速运动 B．油滴可以做变速运动
C．如果油滴带正电，它是从N点运动到M点 D．如果油滴带正电，它是从M点运动到N点
练习8、答案 AD解析 油滴做直线运动，受重力、电场力和洛伦兹力作用，因为重力和电场力均为恒力，根据油滴做直线运动条件可知，油滴所受洛伦兹力亦为恒力．根据F＝qvB可知，油滴必定做匀速直线运动，A正确，B错误；根据做匀速直线运动的条件可知油滴的受力情况如图所示，如果油滴带正电，由左手定则可知，油滴从M点运动到N点，C错误，D正确．
练习8
类型二、带电粒子在叠加场中的匀速圆周运动
练习9如图练习图2所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后，水平进入由互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B构成的叠加场中(E和B已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，重力加速度大小为g，则( )
A．小球可能带正电 B．小球做匀速圆周运动的半径为r＝
C．小球做匀速圆周运动的周期为T＝ D．若电压U增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加
练习9
练习9答案 B 解析 小球在叠加场中做匀速圆周运动，则小球受到的电场力和重力满足mg＝Eq，则小球带负电，A项错误；因为小球做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，由牛顿第二定律和动能定理可得：qvB＝，Uq＝mv2，故小球做匀速圆周运动的半径r＝，B项正确；由T＝，可以得出T＝，与电压U无关，C、D项错误．
类型三、由电场进入磁场
练习10(多)一带负电粒子的质量为m、电荷量为q，空间中一平行板电容器两极板S1、S2间的电压为U.将此粒子在靠近极板S1的A处无初速度释放，经电场加速后，经O点进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场(右边界平行S2)，图中虚线Ox垂直极板S2，当粒子从P点离开磁场时，其速度方向与Ox方向的夹角θ＝60°，如图1所示，整个装置处于真空中，不计粒子所受重力，则( )
极板S1带正电 B．粒子到达O点的速度大小为 C．此粒子在磁场中运动的时间t＝
D．若改变右侧磁场(左边界位置不变)宽度，使粒子经过O点后恰好不能从右侧离开该有界磁场，则该有界磁场区域的宽度d＝
练习10
练习10答案 BC解析 带负电粒子向右加速，所受电场力向右，场强向左，说明极板S1带负电，故A错误；设粒子到达O点的速度大小为v，由动能定理可得Uq＝mv2，解得v＝，故B正确；由几何关系可知粒子运动的圆心角为θ＝60°＝，此粒子在磁场中运动的时间t＝T＝×＝，故C正确；;若改变右侧磁场(左边界位置不变)宽度，使粒子经过O点后恰好不能从右侧离开该有界磁场，画出临界轨迹如图所示，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可得Bqv＝m;把A选项中求得的速度大小代入可得R＝，则该有界磁场区域的宽度d＝R＝，故D错误．
类型四、由磁场进入电场
练习11．如图所示，在纸面内建立直角坐标系xoy，第一象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，第二象限内存在垂直于纸面向外的磁感应强度为B的匀强磁场，沿x轴放置一足够大的荧光屏MN。一质量为m，电荷量为q（q>0）的粒子从x轴上的M点沿y轴正方向以速率射入磁场，该粒子经磁场偏转后从y轴上的A点沿x轴正方向进入电场。已知匀强电场的场强大小，不计粒子的重力。求：
（1）该粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径R；
（2）粒子在电场中运动的时间t；
（3）粒子打到荧光屏上的亮点与M点的距离s。
练习11．【详解】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有 可得
（2）粒子在电场中做类平抛运动，有 E=Bv0 解得
（3）粒子在电场中水平方向满足 则亮点距M点的距离为 解得
练习12．如图所示的区域中，左边为垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，右边是一个电场强度大小未知的匀强电场，其方向平行于OC向上且垂直于磁场方向。在P点有一个放射源，在纸平面内向各个方向放射出质量为m、电荷量为-q速度大小相等的带电粒子。有一初速度方向与边界线的夹角的粒子（如图所示），恰好从O点正上方的小孔C垂直于OC射入匀强电场，最后打在Q点。已知，，不计粒子的重力，求：
（1）该粒子的初速度的大小；
（2）电场强度E的大小；
（3）从P点到Q点总的运动时间；
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】解：（1）作出粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹图
由几何关系得可得由向心力公式
可得联立得
（2）粒子在电场中做类平抛运动，有，联立上式得
（3）有题意得，粒子在磁场中偏转120°，运动时间
在电场中运动时间则总的运动时间为
第13章 电场力和洛伦兹力、电磁波 物理作业
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
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一、单选题(共66分)
1．(本题3分)如图所示，长度为1.0m的通电直导线与匀强磁场方向垂直，当导线中的电流为10A时，所受磁场的作用力大小为2.0N，此匀强磁场的磁感应强度大小为（ ）
A．5.0T B．0.1T C．2.0T D．0.2T
1题 3题 4题 5题
2．(本题3分)下列装置中，没有利用带电粒子在磁场中发生偏转的物理原理的是（ ）
3．(本题3分)如图所示，在MNQP中有一垂直纸面向里匀强磁场，质量和电荷量都相等的带电粒子a、b、c以不同的速率从O点沿垂直于PQ的方向射入磁场，图中实线是它们的轨迹。已知O是PQ的中点，不计粒子重力，下列说法中正确的是（ ）
粒子a带负电，粒子b、c带正电 B．粒子b在磁场中运动的时间最短
C．粒子c在磁场中运动的周期最长 D．射入磁场时粒子c的速率最大
4．(本题3分)磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连，下列说法不正确的是（ ）
A．用电器中的电流方向从A到B B．若只增大带电粒子电荷量，发电机的电动势增大
C．若只增强磁场，发电机的电动势增大 D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
5．(本题3分)如图所示为污水流量监测装置，两块面积为S的矩形金属极板M、N水平放置，污水从两板间区域向右流过（速度为v），板间距离为d且有一垂直于纸面向里的匀强磁场，两板用导线与理想电压表相连，则（ ）
A．电压表正极接线柱接金属极板N B．污水中离子浓度越大，电压表的示数越大
C．极板面积S越大，电压表的示数越大 D．污水流速v不变，只增加板间距离d时电压表读数变大
6．(本题3分)霍尔元件是把磁学量转换为电学量的电学元件。其结构和原理如图所示，在一个很小的矩形薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。当磁场方向和电流方向如图所示时，下列说法正确的是（ ）
A．M电势比N电势低 B．M电势比N电势高
C．只有当载流子为负电荷时，M的电势才高于N D．只有当载流子为正电荷时，M的电势才高于N
6 7 8 9
7．(本题3分)如图所示为回旋加速器的示意图，用回旋加速器加速某带电粒子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电周期为T。设D形盒半径为R，不计粒子在两极板间运动的时间，则下列说法正确的是（ ）
A．为了保证粒子在电场中不断被加速，粒子做圆周运动的周期应该为2T
B．被加速的粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大
C．增大加速电场的电压，其余条件不变，带电粒子在D形盒中运动的时间变短
D．若只增大交流电源的电压U，则粒子的最大动能将增大
8．(本题3分)一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通过如图所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将（ ）。
A．不动 B．顺时针转动 C．逆时针转动 D．向纸面内平动
9．(本题3分)为了检验某种物质射线的电性，把该物质放在带有小孔的铅盒中，在小孔的上方加有方向如图所示的磁场，结果发现射线分开为a、b、c三束，下列判断正确的是（ ）
A．a束粒子带负电 B．b束粒子带正电 C．c束粒子带负电 D．c束粒子不带电
10．(本题3分)电荷量为的粒子，在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是（ ）
A．只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同
B．如果把改为，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C．只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用
D．带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小
11．(本题3分)下列说法正确的是（ ）
A．由公式可知：电场中某点的场强与电荷所受电场力F成正比，与电荷所带电荷量q成反比
B．电源电动势是描述电源把其它形式的能量转化为电能的本领大小的物理量
C．一小段通电导线在某处不受磁场力，说明该处磁感应强度为零
D．因为洛伦兹力对运动电荷不做功，所以安培力对运动导体也不做功
12．(本题3分)质谱仪可以用来分析同位素。如图所示，带电粒子先经过加速电场，然后进入速度选择器，速度选择器内存在相互垂直磁感应强度为B的匀强磁场和电场强度为E匀强电场。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表说法确的是（ ）
A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D．同一带电粒子，磁感应强度B0越大，粒子打到胶片的位置越靠近狭缝P
12 13 14 15
13．(本题3分)如图是比荷相同的两粒子从O点垂直进入直线边界匀强磁场区域的运动轨迹，下列说法正确的是（ ）
A．a带负电，b带正电 B．a的带电量比b的带电量小
C．a运动的速率比b的小 D．a的运动时间比b的短
14．(本题3分)如图所示，两水平金属板构成的器件中同时存在着匀强电场和匀强磁场，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一带电粒子以某一水平速度从P点射入，恰好能沿直线运动，不计带电粒子的重力。下列说法正确的是（ ）
A．粒子一定带正电 B．粒子的速度大小v=E/B
C．若粒子速度大小改变，则粒子将做曲线运动
D．若粒子速度大小改变，则电场对粒子的作用力会发生变化
15．(本题3分)一个带正电的微粒（重力不计）穿过如图所示的匀强磁场和匀强电场区域时，恰能沿直线运动，则欲使微粒向下偏转，应采用的办法是（ ）
A．增大微粒质量 B．增大微粒电荷量 C．减小入射速度 D．增大磁感应强度
16．(本题3分)下列各图中标出了匀强磁场中通电直导线受安培力的方向，正确的是（ ）
A． B． C． D．
17．(3分)如图所示，纸面内固定有甲、乙两平行长直导线，分别通有电流强度为、且方向相同的恒定电流，点位于纸面内并且是两平行长直导线间中点，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙互相排斥，点磁场方向垂直纸面向外 B．甲、乙互相排斥，点磁场方向垂直纸面向里
C．甲、乙互相吸引，点磁场方向垂直纸面向里 D．甲、乙互相吸引，点磁场方向垂直纸面向外
17 18
18．(本题3分)如图甲所示，一通电导体棒用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上并静止在水平位量。当导体棒所在空间加上匀强磁场，再次静止时细线与竖直方向成角，如图乙所示（图甲中从左向右看）。已知导体棒长度为L、质量为m、电流为I，重力加速度大小为g。关于乙图，下列说法正确的是（ ）
A．当磁场方向斜向右上方且与细线垂直时磁感应强度最小 B．磁感应强度的最小值为
C．磁感应强度最小时，每根细线的拉力大小为 D．当磁场方向水平向左时，不能使导体棒在图示位置保持静止
19．(本题3分)如图所示，磁感应强度大小为B，方向水平向右的匀强磁场中，有一长为L的轻质半圆金属导线，通有从到的恒定电流I。现金属导线绕水平轴由水平第一次转到竖直位置的过程中，下列说法正确的是（ ）
转动过程中，安培力的方向不断变化 B．转动过程中，安培力大小始终不变
转动过程中，安培力大小一直减小 D．转过时，安培力大小为
19 20 2122
20．(本题3分)如图，在倾角为的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，在空间加一匀强磁场，使导体棒内通有垂直纸面向外的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上（重力加速度为g），则下列选项正确的是（ ）
A．所加磁感应强度最小为，方向垂直斜面斜向下 B．所加磁感应强度最小为，方向垂直斜面斜向上
C．若所加磁场方向竖直向上，则磁感应强度大小为 D．若所加磁场方向竖直向上，则磁感应强度大小为
21．(本题3分)根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的炮弹发射装置——电磁炮，它的基本原理如图所示，下列结论中错误的是（ ）
A．要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自M向N的电流 B．要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流
C．要想提高炮弹的发射速度，可适当增大磁感应强度D．使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向
22．(本题3分)如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈、两边通以图示方向的电流，线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则（ ）
A．该磁场为匀强磁场 B．线圈将逆时针转动 C．线圈平面总与磁场方向垂直D．线圈转动过程中两边、受安培力大小不变
第13章 电场力和洛伦兹力电磁波 物理作业 参考答案：
1．D【详解】因为电流方向与磁场相互垂直，所以安培力公式为将题中数据代入公式，可得
2．D【详解】磁流体发电机、电子显像管、回旋加速器都利用了带电粒子在磁场中发生偏转的物理原理；洗衣机将电能转化为机械能，不是利用带电粒子在磁场中的偏转制成的，故ABC错误，D正确。
3．B【详解】A．根据左手定则可知a粒子带正电，b、c粒子带负电，故A错误；BC．由洛伦兹力提供向心力
可知周期即各粒子的周期一样，又因粒子在磁场中的运动时间为
由图可知，粒子b的轨迹对应的圆心角最小，所以粒子b在磁场中运动的时间最短，故B正确，C错误；
D．由洛伦兹力提供向心力可知
由图可知，粒子c的圆周运动半径r最小，所以射入磁场时粒子c的速率最小，故D错误。故选B。
4．B【详解】A．首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上（负离子所受洛伦兹力方向向下），则正离子向上板聚集，负离子则向下板聚集，两板间产生了电势差，即金属板变为一电源，且上板为正极下板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，A正确；B C D．正离子除受到向上的洛伦兹力f外还受到向下的电场力F，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，则有又解得U=BdvB错误，CD正确。B符合题意。
5．D【详解】A．由左手定则可知，污水中的正离子和负离子受到洛伦兹力的方向分别为向上和向下，即M板带正电，电压表正极接线柱接金属极板M，因此A错误；BCD．稳定状态下，离子在两极板间受到的洛伦兹力与电场力相平衡，即两极板间电压所以电压表读数与极板面积S、污水中离子浓度无关，与磁感应强度B、板间距离d、水流速度v相关，因此BC错误，D正确。故选D。
6．C【详解】当载流子为负电荷时，由左手定则可知，负电荷偏向电极N，则电极M的电势高于电极N；当载流子为正电荷时，由左手定则可知，正电荷偏向电极N，电极M的电势低于电极N。选C。
7．C【详解】A．为了保证粒子在电场中不断被加速，交流电源的周期应该等于粒子做圆周运动的周期，A错误；B．根据周期公式可知，被加速的粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期与半径无关，B错误；
C．增大加速电场的电压，其余条件不变，每次加速后粒子获得的动能增加，但最终的动能不变，故在电场中加速的次数减少，带电粒子在D形盒中运动的时间变短，C正确；
D．当粒子被加速到最大速度时，由洛伦兹力提供向心力得最大动能联立可得则若只增大交流电源的电压U，则粒子的最大动能不变，D错误。选C。
8．B【详解】根据安培定则可以判断出线圈L2在L1所在平面上产生的磁场方向竖直向上，根据左手定则可以分析出L1最上方所受安培力垂直纸面向外，最下方所受安培力垂直纸面向内，则从左向右看，线圈L1将顺时针转动。故选B。
9．C【详解】A．a束粒子在磁场中运动时发生偏转，根据左手定则可以判断，a束粒子带正电，A错误；B．b束粒子在磁场中运动时不发生偏转，b束粒子不带电，B错误；CD．c束粒子在磁场中运动时发生偏转，根据左手定则可以判断，c束粒子带负电，C正确，D错误。故选C。
10．B【详解】A．力是矢量，有大小有方向，所以带电粒子速度大小相同，洛伦兹力大小相同，但是方向可能不同，故 A错误；
B．如果把＋q改为－q，且速度反向且大小不变，根据左手定则可知洛伦兹力的大小、方向均不变，故B正确；
C．若带电粒子平行于磁场运动，则不受洛伦兹力的作用，故C错误；
D．影响洛伦兹力的大小的因素有磁感应强度，速度大小，还有运动方向，所以带电粒子受到洛伦兹力越小，不一定是磁场的磁感强度越小，故D错误。故选B。
11．B【详解】A．电场中某点的场强由电场本身决定，与电荷所受电场力F和电荷所带电荷量q均无关，故A错误；
B．电源电动势是描述电源把其它形式的能量转化为电能的本领大小的物理量，故B正确；
C．一小段通电导线在某处不受磁场力，有可能是导线平行于磁感线放置，而该处磁感应强度不一定为零，故C错误；
D．洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，而安培力并不是始终与导体运动方向垂直，所以安培力可以对运动导体做功，故D错误。故选B。
12．D【详解】A．根据带电粒子在磁场中的偏转方向，由左手定则知，该粒子带正电，则在速度选择器中粒子受到的电场力水平向右，则洛伦兹力水平向左，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外，A错误；B．在速度选择器中，能通过狭缝P的带电粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡，有qE = qvB解得B错误；CD．粒子进入偏转电场后，有解得知r越小，比荷越大；同一带电粒子，磁感应强度B0越大，r越小，粒子打到胶片的位置越靠近狭缝P，C错误、D正确。故选D。
13．C【详解】A．根据左手定则a带正电，b带负电，A错误；B．由题中信息无法确定a、b电量和质量大小，且因为比荷相同，无法确定电量大小，B错误；C．根据带电粒子在磁场中运动时洛伦兹力提供向心力有得因两粒子比荷相同，所以a运动的速率比b的小，C正确；D．根据带电粒子在磁场中运动时洛伦兹力提供向心力有有所以运动周期相同，且在磁场中运动时间都是周期的一半，所以a的运动时间与b相同，D错误。选C。
14．C【详解】A．粒子做直线运动，竖直方向受力平衡，如果粒子带正电，则电场力向下，洛伦兹力向上，如果粒子带负电，则电场力向上，洛伦兹力向下，故粒子电性不确定，故A错误；B．根据平衡条件得qvB=qE解得v=故B错误；CD．若粒子速度大小改变，则洛伦兹力大小改变，故粒子将做曲线运动，电场力做功，粒子速度大小改变，但电场力不变，故C正确，D错误。故选C。
15．C【详解】依题意，可知微粒在穿过这个区域时受竖直向下的静电力Eq和竖直向上的洛伦兹力qvB，且此时
若要使电荷向下偏转，需使则减小速度v、减小磁感应强度B或增大电场强度E均可。故选C。
16．C【详解】A．根据左手定则可知通电直导线受安培力的方向为竖直向下，故A错误；B．通电直导线和磁感线平行，不受安培力作用，故B错误；C．根据左手定则可知通电直导线受安培力的方向为竖直向下，故C正确；D．根据左手定则可知通电直导线受安培力的方向为垂直于导线斜向右下，故D错误。故选C。
17．D【详解】甲、乙导线电流方向相同，由安培定则和左手定则可知，乙对甲的安培力向右，甲对乙的安培力向左，甲乙两导线相互吸引；根据安培定则，甲导线在O磁场方向是垂直纸面向里，乙导线在O磁场方向是垂直纸面向外，由于乙导线电流大于甲导线电流，所以乙导线在O点产生的磁场较强，即O点磁场方向垂直纸面向外。故选D。
18．B【详解】A．对导体棒受力分析如图所示，导体棒在重力、拉力和安培力的作用下处于平衡状态。由平衡条件可知，导体棒所受拉力和安培力的合力与重力等大反向，拉力和安培力可能的方向如图所示，当安培力方向斜向右上方且与细线垂直时安培力最小，此时磁场方向沿着细线斜向左上方，A错误；
B．设磁感应强度大小为B，由平衡条件得解得B正确；
C．设每条细线拉力大小为，由平衡条件得解得C错误；
D．当磁场方向水平向左时，安培力竖直向上，如果安培力与重力大小相等，可以使导体棒在图示位置保持静止，D错误。故选B。
19．B【详解】A．安培力方向始终竖直向上保持不变，故A错误；BC．转动过程中，因有效长度不变，安培力大小始终不变，故B正确，C错误；D．半圆导线的半径为受到的安培力为故D错误。故选B。
20．C【详解】A．若磁场方向垂直斜面斜向下，根据左手定则可知，安培力垂直斜面向上，导体棒受力不平衡，不能静止在斜面上。故A错误；B．同理，磁场方向垂直斜面斜向上，根据左手定则可知，安培力垂直斜面向下，导体棒受力不平衡，不能静止在斜面上。故B错误；CD．若所加磁场方向竖直向上，根据左手定则可知，安培力水平向左。受力如图
有平衡条件可得解得故C正确；D错误。故选C。
21．D【详解】A．要使炮弹沿导轨向右发射，则安培力方向向右，由左手定则可知，必须通以自M向N的电流，故A正确，不符合题意；B．由安培力的计算式F=BIL可知，可通过增大电流来提高炮弹的发射速度，故B正确，不符合题意；C．由安培力的计算式F=BIL可知，可通过增大磁感应强度来提高炮弹的发射速度，故C正确，不符合题意；D．如果电流和磁感应强度的方向同时反向，由左手定则可知，炮弹的发射方向将保持不变，故D错误，符合题意。
22．D【详解】A．该磁场不是匀强磁场而是均匀辐向磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线方向相同，故A错误；B．由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故B错误；C．由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故C错误；D．a、b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小总为IlB，故D正确。故选D。