人教版高中物理必修3-1讲义资料，复习补习资料：36【提高】磁场对运动电荷的作用 (1)
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理必修3-1讲义资料，复习补习资料：36【提高】磁场对运动电荷的作用 (1) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 243.1KB | ||
| 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 | 2019-12-05 04:50:53 | ||
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文档简介
磁场对运动电荷的作用力
【学习目标】
1．理解洛伦兹力和安培力的关系，能够由已知的安培力的大小和方向推知洛伦兹力的大小和方向。 2．理解洛伦兹力大小的决定因素，弄清洛伦兹力与电场力的区别，能够熟练地运用洛伦兹力的计算公式。 3．理解洛伦兹力方向与磁场方向、电流方向的关系，能够熟练地运用左手定则判断洛伦兹力的方向。 4．掌握并能熟练地运用洛伦兹力的特点：与速度方向垂直，永远不做功，不改变运动电荷的动能。
【巩固练习】
一、选择题：
1．如图所示，一电子束垂直于电场线与磁感应线方向入射后偏向A极板，为了使电子束沿射入方向做直线运动，可采用的方法是( )
A．将变阻器滑动头P向右滑动
B．将变阻器滑动头P向左滑动
C．将极板间距离适当减小
D．将极板间距离适当增大
2．关于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
3．有关带电粒子运动的说法中正确的是（不计重力）（ ）
A．沿着电场线方向飞入匀强电场，动能一定变化
B．沿着磁感线方向飞入匀强磁场，动能一定变化
C．垂直于电场线方向飞入匀强电场．动能一定变化
D．垂直于磁感线方向飞入匀强磁场，动能一定不变
4．来自宇宙的质子流以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将（ ）
A．竖直向下沿直线射向地面 B．相对于预定地点向东偏转
C．相对于预定地点向西偏转 D．相对于预定地点向北偏转
5．（2019 海淀一模）在垂直纸面的匀强磁场中，有不计重力的甲、乙两个带电粒子，在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则下列说法中正确的是
A．甲、乙两粒子所带电荷种类不同
B．若甲、乙两粒子所带电荷量及运动的速率均相等，则甲粒子的质量较大
C．若甲、乙两粒子的动量大小相等，则甲粒子所带电荷量较大
D．该磁场方向一定是垂直纸面向里
6．如图所示，匀强磁场的方向竖直向下．磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管．在水平拉力F的作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口飞出，则（ ）
A．小球带负电
B．小球离开管口前运动的轨迹是一条抛物线
C．洛伦兹力对小球做正功
D．拉力F应逐渐减小
7．如图所示是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是（ ）
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
8．如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a（不计重力）以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O＇点（图中未标出）穿出．若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b（不计重力）仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b（ ）
A．穿出位置一定在O＇点下方
B．穿出位置一定在O＇点上方
C．运动时，在电场中的电势能一定减小
D．在电场中运动时，动能一定减小
9．在如图所示的空间中，存在场强为E的匀强电场，同时存在沿x轴负方向、磁感应强度为B的匀强磁场．一质子（电荷量为e）在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动．据此可以判断出（ ）
A．质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能减小；沿z轴正方向电势升高
B．质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能增大；沿z轴正方向电势降低
c．质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变；沿z轴正方向电势升高
D．质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变；沿z轴正方向电势降低
二、解答题：
1．（2019 湖南校级模拟）电子以4×106m/s的速率垂直射入磁感应强度0.5T的匀强磁场中，受到的磁场力为______N．如电子射入磁场时速度v与B的方向间夹角是0°，则电子受的磁场力为______N．
2．一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2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.080 T。电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为________m／s．
3．质量为m、电荷量为q的微粒以速度”与水平方向成45°进入匀强电场和匀强磁场中，如图所示，磁场的方向垂直于纸面向里，如微粒在电场、磁场及重力的作用下做匀速直线运动，则电场强度的大小E=________，磁感应强度的大小为B=________．
4．如图所示，在正交的匀强磁场B和匀强电场E中，有一竖直的长绝缘管，管内有一质量为m、带电荷量为－q的小球，球与管壁之间的动摩擦因数为μ，磁场和电场足够大，则小球运动的最大加速度为________；在有最大加速度时的速度为________；小球运动的最小加速度为________，在有最小加速度时的速度为________。
5．如图所示，在平面直角坐标系xOy的第四象限有垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m＝5.0×10－8 kg、电量为q＝1.0×10－6 C的带电粒子。从静止开始经U0＝10 V的电压加速后，从P点沿图示方向进入磁场，已知OP＝30 cm，(粒子重力不计，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)，求：
(1)带电粒子到达P点时速度v的大小；
(2)若磁感应强度B＝2.0 T，粒子从x轴上的Q点离开磁场，求OQ的距离；
【答案与解析】
一、选择题：
1．【答案】D
【解析】电子入射极板后，偏向A板，说明Eq>Bvq，由E＝可知，减小场强E的方法有增大板间距离和减小板间电压，故C错误，D正确；而移动滑动头P并不能改变板间电压，故A、B均错误。故选D
2．B
解析：当通电导线与磁场平行时不受安培力作用，A错；洛伦兹力永远都不做功，C错；安培力方向与磁场方向垂直，D错．正确答案为B．
3．AD
解析：带电粒子沿电场线方向运动，电场力做功，粒子动能发生变化；垂直于电场线方向运动，动能不变．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力不做功，动能不变．
4．B
解析：地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，带正电荷．根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东．
5．【答案】B
【解析】同一磁场中做匀速圆周运动，分别分析磁场垂直于纸面向外和垂直纸面向里两种情况，由图可知两个粒子所受洛伦兹力的方向，由左手定则可以判断两粒子带同种电荷，故A错；由得，故在B、q、v相同时，R越大，m就越大，故B正确；而当动量相同时，半径大时，电荷量越小，故C错；由于不知粒子的电性，故无法判定磁场的方向，则D错。
故选B
6．B
解析：指向管口的洛伦兹力，由左手定则可知，带电小球带正电，小球的加速度恒定．小球的运动为沿管方向的匀加速直线运动（初速度为零）和沿F方向的匀速直线运动的合运动，轨迹是一条抛物线．沿管方向的运动速度，受到垂直于管的洛伦兹力．f1和f2的合力是小球受到的洛伦兹力合力，此力跟合速度垂直，不做功．由小球沿F方向上做匀速直线运动知，则F逐渐增大．
7．B
解析：此题考查演示实验“电子束在磁场中偏转”：要使荧光屏上亮线向下偏转即是电子所受的洛伦兹力方向向下，电子运动方向沿x轴正方向，由左手定则可知，磁场方向应沿y轴正方向，所以A错，B对；若加一电场电子应受到向下的电场力作用，故电场方向沿轴正方向，C、D均错．
8．C
解析: 由左手定则判定带电粒子a所受洛伦兹力的方向，可知最初时刻粒子所受洛伦兹力与电场力方向相反，若，则洛伦兹力将随着粒子速度方向和大小的不断改变而改变．粒子所受电场力qE和洛伦兹力qvB的合力不可能与速度方向在同一直线上，而做直线运动，既然在复合场中粒子做直线运动，说明qE=qvB，OO＇连线与电场线垂直，当撤去磁场时，粒子仅受电场力，做类平抛运动，电场力一定做正功，电势能减少，动能增加，故选C．
9．C
解析：质子在匀强磁场中运动，根据左手定则，质子所受洛伦兹力方向沿z轴正方向，质子在复合场中受力平衡，所以质子所受电场力方向沿z轴负方向，电场力大小为F电=eE=evB，电场力方向沿z轴负方向，所以沿z轴正方向电势升高，又由于电场力不做功，所以电势能不变，综上所述，只有C选项正确．
二、解答题：
1．【答案】3.2×10-13，0
【解析】v垂直于磁场方向时，洛伦兹力F=qvB=1.6×10-19×4×106×0.5N=3.2×10-13N．当v与B的方向平行即它们之间的夹角是0°时，则电子所受的磁场力为0．
2．0.625
解析：血液中的运动电荷在洛伦兹力作用下偏转，在血管壁上聚集，在血管内形成一个电场，其方向与磁场方向垂直，运动电荷受到的电场力与洛伦兹力平衡时，达到了一种稳定状态．，所以．
3．
解析：依据物体平衡条件可得：竖直方向上：；水平方向上：．解得：；．
4．g 0
解析：当时，摩擦力为0．此时加速度最大，且，；当时，合力为0，加速度最小也为0，此时速度最大，且．
5．【答案】(1)20 m/s (2)0.90 m
【解析】(1)对带电粒子的加速过程，由动能定理qU＝mv2
代入数据得：v＝20 m/s
(2)带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，有：
qvB＝得R＝
代入数据得：R＝0.50 m
而OP/cos 53°＝0.50 m
故圆心一定在x轴上，轨迹如图所示
由几何关系可知：
OQ＝R＋Rsin 53°
故OQ＝0.90 m
【学习目标】
1．理解洛伦兹力和安培力的关系，能够由已知的安培力的大小和方向推知洛伦兹力的大小和方向。 2．理解洛伦兹力大小的决定因素，弄清洛伦兹力与电场力的区别，能够熟练地运用洛伦兹力的计算公式。 3．理解洛伦兹力方向与磁场方向、电流方向的关系，能够熟练地运用左手定则判断洛伦兹力的方向。 4．掌握并能熟练地运用洛伦兹力的特点：与速度方向垂直，永远不做功，不改变运动电荷的动能。
【巩固练习】
一、选择题：
1．如图所示，一电子束垂直于电场线与磁感应线方向入射后偏向A极板，为了使电子束沿射入方向做直线运动，可采用的方法是( )
A．将变阻器滑动头P向右滑动
B．将变阻器滑动头P向左滑动
C．将极板间距离适当减小
D．将极板间距离适当增大
2．关于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
3．有关带电粒子运动的说法中正确的是（不计重力）（ ）
A．沿着电场线方向飞入匀强电场，动能一定变化
B．沿着磁感线方向飞入匀强磁场，动能一定变化
C．垂直于电场线方向飞入匀强电场．动能一定变化
D．垂直于磁感线方向飞入匀强磁场，动能一定不变
4．来自宇宙的质子流以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将（ ）
A．竖直向下沿直线射向地面 B．相对于预定地点向东偏转
C．相对于预定地点向西偏转 D．相对于预定地点向北偏转
5．（2019 海淀一模）在垂直纸面的匀强磁场中，有不计重力的甲、乙两个带电粒子，在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则下列说法中正确的是
A．甲、乙两粒子所带电荷种类不同
B．若甲、乙两粒子所带电荷量及运动的速率均相等，则甲粒子的质量较大
C．若甲、乙两粒子的动量大小相等，则甲粒子所带电荷量较大
D．该磁场方向一定是垂直纸面向里
6．如图所示，匀强磁场的方向竖直向下．磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管．在水平拉力F的作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口飞出，则（ ）
A．小球带负电
B．小球离开管口前运动的轨迹是一条抛物线
C．洛伦兹力对小球做正功
D．拉力F应逐渐减小
7．如图所示是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是（ ）
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
8．如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a（不计重力）以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O＇点（图中未标出）穿出．若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b（不计重力）仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b（ ）
A．穿出位置一定在O＇点下方
B．穿出位置一定在O＇点上方
C．运动时，在电场中的电势能一定减小
D．在电场中运动时，动能一定减小
9．在如图所示的空间中，存在场强为E的匀强电场，同时存在沿x轴负方向、磁感应强度为B的匀强磁场．一质子（电荷量为e）在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动．据此可以判断出（ ）
A．质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能减小；沿z轴正方向电势升高
B．质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能增大；沿z轴正方向电势降低
c．质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变；沿z轴正方向电势升高
D．质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变；沿z轴正方向电势降低
二、解答题：
1．（2019 湖南校级模拟）电子以4×106m/s的速率垂直射入磁感应强度0.5T的匀强磁场中，受到的磁场力为______N．如电子射入磁场时速度v与B的方向间夹角是0°，则电子受的磁场力为______N．
2．一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2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.080 T。电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为________m／s．
3．质量为m、电荷量为q的微粒以速度”与水平方向成45°进入匀强电场和匀强磁场中，如图所示，磁场的方向垂直于纸面向里，如微粒在电场、磁场及重力的作用下做匀速直线运动，则电场强度的大小E=________，磁感应强度的大小为B=________．
4．如图所示，在正交的匀强磁场B和匀强电场E中，有一竖直的长绝缘管，管内有一质量为m、带电荷量为－q的小球，球与管壁之间的动摩擦因数为μ，磁场和电场足够大，则小球运动的最大加速度为________；在有最大加速度时的速度为________；小球运动的最小加速度为________，在有最小加速度时的速度为________。
5．如图所示，在平面直角坐标系xOy的第四象限有垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m＝5.0×10－8 kg、电量为q＝1.0×10－6 C的带电粒子。从静止开始经U0＝10 V的电压加速后，从P点沿图示方向进入磁场，已知OP＝30 cm，(粒子重力不计，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)，求：
(1)带电粒子到达P点时速度v的大小；
(2)若磁感应强度B＝2.0 T，粒子从x轴上的Q点离开磁场，求OQ的距离；
【答案与解析】
一、选择题：
1．【答案】D
【解析】电子入射极板后，偏向A板，说明Eq>Bvq，由E＝可知，减小场强E的方法有增大板间距离和减小板间电压，故C错误，D正确；而移动滑动头P并不能改变板间电压，故A、B均错误。故选D
2．B
解析：当通电导线与磁场平行时不受安培力作用，A错；洛伦兹力永远都不做功，C错；安培力方向与磁场方向垂直，D错．正确答案为B．
3．AD
解析：带电粒子沿电场线方向运动，电场力做功，粒子动能发生变化；垂直于电场线方向运动，动能不变．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力不做功，动能不变．
4．B
解析：地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，带正电荷．根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东．
5．【答案】B
【解析】同一磁场中做匀速圆周运动，分别分析磁场垂直于纸面向外和垂直纸面向里两种情况，由图可知两个粒子所受洛伦兹力的方向，由左手定则可以判断两粒子带同种电荷，故A错；由得，故在B、q、v相同时，R越大，m就越大，故B正确；而当动量相同时，半径大时，电荷量越小，故C错；由于不知粒子的电性，故无法判定磁场的方向，则D错。
故选B
6．B
解析：指向管口的洛伦兹力，由左手定则可知，带电小球带正电，小球的加速度恒定．小球的运动为沿管方向的匀加速直线运动（初速度为零）和沿F方向的匀速直线运动的合运动，轨迹是一条抛物线．沿管方向的运动速度，受到垂直于管的洛伦兹力．f1和f2的合力是小球受到的洛伦兹力合力，此力跟合速度垂直，不做功．由小球沿F方向上做匀速直线运动知，则F逐渐增大．
7．B
解析：此题考查演示实验“电子束在磁场中偏转”：要使荧光屏上亮线向下偏转即是电子所受的洛伦兹力方向向下，电子运动方向沿x轴正方向，由左手定则可知，磁场方向应沿y轴正方向，所以A错，B对；若加一电场电子应受到向下的电场力作用，故电场方向沿轴正方向，C、D均错．
8．C
解析: 由左手定则判定带电粒子a所受洛伦兹力的方向，可知最初时刻粒子所受洛伦兹力与电场力方向相反，若，则洛伦兹力将随着粒子速度方向和大小的不断改变而改变．粒子所受电场力qE和洛伦兹力qvB的合力不可能与速度方向在同一直线上，而做直线运动，既然在复合场中粒子做直线运动，说明qE=qvB，OO＇连线与电场线垂直，当撤去磁场时，粒子仅受电场力，做类平抛运动，电场力一定做正功，电势能减少，动能增加，故选C．
9．C
解析：质子在匀强磁场中运动，根据左手定则，质子所受洛伦兹力方向沿z轴正方向，质子在复合场中受力平衡，所以质子所受电场力方向沿z轴负方向，电场力大小为F电=eE=evB，电场力方向沿z轴负方向，所以沿z轴正方向电势升高，又由于电场力不做功，所以电势能不变，综上所述，只有C选项正确．
二、解答题：
1．【答案】3.2×10-13，0
【解析】v垂直于磁场方向时，洛伦兹力F=qvB=1.6×10-19×4×106×0.5N=3.2×10-13N．当v与B的方向平行即它们之间的夹角是0°时，则电子所受的磁场力为0．
2．0.625
解析：血液中的运动电荷在洛伦兹力作用下偏转，在血管壁上聚集，在血管内形成一个电场，其方向与磁场方向垂直，运动电荷受到的电场力与洛伦兹力平衡时，达到了一种稳定状态．，所以．
3．
解析：依据物体平衡条件可得：竖直方向上：；水平方向上：．解得：；．
4．g 0
解析：当时，摩擦力为0．此时加速度最大，且，；当时，合力为0，加速度最小也为0，此时速度最大，且．
5．【答案】(1)20 m/s (2)0.90 m
【解析】(1)对带电粒子的加速过程，由动能定理qU＝mv2
代入数据得：v＝20 m/s
(2)带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，有：
qvB＝得R＝
代入数据得：R＝0.50 m
而OP/cos 53°＝0.50 m
故圆心一定在x轴上，轨迹如图所示
由几何关系可知：
OQ＝R＋Rsin 53°
故OQ＝0.90 m