第12講磁場對運動電荷的作用力內(nèi)容導航——預習三步曲第一步：學析教材學知識：教材精講精析、全方位預習練習題講典例：教材習題學解題、快速掌握解題方法練考點強知識：核心考點精準練第二步：記串知識識框架：思維導圖助力掌握知識框架、學習目標復核內(nèi)容掌握第三步：測過關(guān)測穩(wěn)提升：小試牛刀檢測預習效果、查漏補缺快速提升知識點1：洛倫茲力的方向1.洛倫茲力(1)定義：運動電荷在磁場中受到的力。(2)與安培力的關(guān)系：通電導線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。2.洛倫茲力的方向左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進入，并使四指指向正電荷運動的方向，這時拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。負電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反。知識點2：洛倫茲力的大小1.洛倫茲力公式的推導如圖所示，勻強磁場的磁感應強度為B。設(shè)磁場中有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量均為q且定向運動的速率都是v。則導線中的電流是I＝nqvS，導線在磁場中所受的安培力F安＝IlB＝nqvSlB，導線中自由電荷數(shù)N＝nSl，則每個自由電荷受到的洛倫茲力F洛＝eq\f(F安,N)＝qvB。2.洛倫茲力與安培力的關(guān)系(1)安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。(2)洛倫茲力對電荷不做功，但安培力卻可以對導體做功。3.洛倫茲力的大?。篎＝qvBsinθ，θ為電荷運動的方向與磁感應強度方向的夾角。(1)當θ＝90°時，v⊥B，F(xiàn)＝qvB，即運動方向與磁場垂直時，洛倫茲力最大。(2)當θ＝0°時，v∥B，F(xiàn)＝0，即運動方向與磁場平行時，不受洛倫茲力。知識點3：電子束的磁偏轉(zhuǎn)1.顯像管的構(gòu)造：如圖所示，顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)線圈和熒光屏組成。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，其方向、強弱都在不斷變化，使得電子束打在熒光屏上的光點從上向下、從左向右不斷移動。知識點4：電磁場中的各種儀器1.速度選擇器如圖所示，如果電場強度E和磁感應強度B為定值，當qE＝qvB時，帶正電的粒子沿圖中的虛線勻速通過速度選擇器，這樣，選擇出來的速度v＝eq\f(E,B)，如果粒子速度大于v將向上偏轉(zhuǎn)，速度小于v將向下偏轉(zhuǎn)。改變所選速度的大小可通過改變B和E的大小來實現(xiàn)。2.磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機的發(fā)電原理圖如圖甲所示，其平面圖如圖乙所示。設(shè)帶電粒子的運動速度為v，帶電荷量為q，磁場的磁感應強度為B，極板間距離為d，極板間電壓為U，根據(jù)FB＝FE，有qvB＝qE＝eq\f(qU,d)，得U＝Bdv。3.電磁流量計如圖甲、乙所示是電磁流量計的示意圖。設(shè)管的直徑為D，磁感應強度為B，a、b兩點間的電勢差是由于導電液體中電荷受到洛倫茲力作用在管壁的上、下兩側(cè)堆積電荷產(chǎn)生的。到一定程度后，a、b兩點間的電勢差達到穩(wěn)定值U，上、下兩側(cè)堆積的電荷不再增多，此時，洛倫茲力和電場力平衡，有qvB＝qE，E＝eq\f(U,D)，所以v＝eq\f(U,DB)，又圓管的橫截面積S＝eq\f(1,4)πD2，故流量Q＝Sv＝eq\f(πUD,4B)。教材習題01假設(shè)太陽風中的一電子以一定的速度豎直向下運動穿過處的地磁場，如圖所示。則該電子受到的洛倫茲力方向為()向東B．向南C．向西D．向北解題方法電子帶負電，處的地磁場方向由南指向北，根據(jù)左手定則可知，該電子受到的洛倫茲力方向為向西。故選C?！敬鸢浮緾教材習題02在的勻強磁場中，一質(zhì)量帶正電的物體沿光滑的絕緣水平面以初速度向左運動，，如圖，運動過程中物體受地面給的支持力的大小為（）A． B． C． D．解題方法物體受洛倫茲力的大小為由左手定則可知洛倫茲力的方向豎直向下，運動過程中物體受地面給的支持力的大小為故選C。【答案】C教材習題03如圖所示是顯像管的原理示意圖，圖中虛線框區(qū)域中有垂直于紙面的磁場，該磁場會使電子槍射出的速率相同的高速電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后電子打在熒光屏上，電子重力忽略不計。下列說法正確的是（）A．磁場對電子的磁場力對電子做正功或負功B．電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)磁場時，做類平拋運動C．電子打到熒光屏上不同位置的速度大小相等D．若電子束打在點，則偏轉(zhuǎn)磁場垂直紙面向外解題方法AC．磁場的洛倫茲力對電子不做功，電子打到熒光屏上不同位置的速度大小相等，A錯誤，C正確；B．電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)磁場時，洛倫茲力始終與速度垂直，方向一直在變，電子不做類平拋運動，B錯誤；D．電子帶負電，根據(jù)左手定則，偏轉(zhuǎn)磁場垂直紙面向里，D錯誤。故選C?！敬鸢浮緾考點一：洛倫茲力的方向1．下列各圖中標出了磁場B和帶電粒子運動速度v的方向，該時刻粒子所受洛倫茲力方向沿紙面向左的是（）A． B． C． D．2．如圖，紙面內(nèi)一長直導線通有方向向上的電流I，導線附近一粒子源S正對著導線發(fā)射一帶正電的粒子，則剛發(fā)射出的粒子所受洛倫茲力的方向（）A．垂直紙面向里 B．垂直紙面向外 C．在紙面內(nèi)向上 D．在紙面內(nèi)向下3．如圖是電子射線管示意圖。接通電源后，電子射線由陰極沿x軸方向射出，在熒光屏上會看到一條亮線。要使熒光屏上的亮線向下（z軸負方向）偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是（）A．加一磁場，磁場方向沿z軸負方向B．加一磁場，磁場方向沿y軸負方向C．加一電場，電場方向沿z軸正方向D．加一電場，電場方向沿y軸正方向考點二：洛倫茲力的大小4．如圖，①②③④各圖中勻強磁場的磁感應強度均為B，帶電粒子的速率均為v，電荷量均為q。以、、、依次表示四圖中帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的大小，則（）A． B． C． D．5．如圖所示，一段金屬導線接入電路，導線中就會產(chǎn)生恒定電場，恒定電場的基本性質(zhì)與靜電場相同，導線內(nèi)的自由電子（-e）受電場力作用而加速，同時由于與陽離子碰撞而受到阻礙，這樣邊碰撞邊向前移動，可以認為電子向前運動受到的阻力大小與電子移動的平均速率v成正比，即可以表示成kv（k是常數(shù)）。則關(guān)于k的國際單位，下列說法正確的是（）A．無單位 B．與單位相同C．與單位相同 D．不能由kg、m、s組成6．如圖所示，兩根長直導線豎直插入光滑絕緣水平桌面上的兩小孔中，為連線中點，連線上兩點關(guān)于點對稱．導線均通有大小相等、方向向上的電流。已知長直導線在周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應強度，式中是常數(shù)、是導線電流大小、為點到導線的距離。一帶正電的小球以初速度從點出發(fā)沿連線運動到點。關(guān)于上述過程，下列說法正確的是（）A．小球先做加速運動后做減速運動B．小球做變加速直線運動C．小球?qū)ψ烂娴膲毫ο葴p小后增大D．小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃罂键c三：帶電體在勻強磁場中的直線運動7．如圖所示，光滑絕緣直桿傾角為，桿上套一帶負電的小球，勻強磁場的方向垂直于桿所在豎直平面。給小球一沿桿向上的初速度，不計空氣阻力，小球從開始運動到返回出發(fā)點的過程中（）A．機械能減小 B．最大上滑位移為C．上滑時間小于下滑時間 D．下滑時受到桿的彈力一定先減小后增大8．如圖所示，傾角為的光滑絕緣斜面固定在水平地面上，磁感應強度大小為的勻強磁場垂直紙面向外。一質(zhì)量為、電荷量為的滑塊從斜面的頂端由靜止釋放。重力加速度為，滑塊滑到斜面某位置時，恰好不受斜面的彈力，則在該位置滑塊的速度大小為（）A． B． C． D．9．如圖所示，一帶負電物塊（可視為質(zhì)點）無初速度地放上皮帶輪底端E，皮帶輪以恒定大小的速率沿順時針傳動，該裝置處于垂直紙面向里的勻強磁場中，物塊由底端E運動至皮帶輪頂端F的過程中，其圖像可能正確的是（）A． B．C． D．考點四：電磁場中的各種儀器10．一對平行金屬板中存在勻強電場和勻強磁場，其中電場的方向與金屬板垂直，磁場的方向與金屬板平行且垂直紙面向里，如圖所示，一質(zhì)子（）以速度自O(shè)點沿中軸線射入，恰沿中軸線做勻速直線運動。下列粒子分別自O(shè)點沿中軸線射入，能夠做勻速直線運動的是（所有粒子均不考慮重力的影響）（）A．以速度射入的電子（）B．以速度射入的核（）C．以速度射入的粒子（）D．以速度射入的正電子（）11．如圖所示為磁流體發(fā)電機，A、B是兩塊處在磁場中互相平行的金屬板，一束在高溫下形成的等離子束（氣體在高溫下發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的帶等量異種電荷的粒子）射入磁場，是電流表，不考慮等離子體的重力。下列說法正確的是（）A．A板帶正電B．B板帶負電C．A、B板間電流方向從B到AD．在磁感應強度和板間距不變時，A、B間穩(wěn)定時的電壓正比于帶電粒子的速度12．環(huán)保監(jiān)測常用到電磁流量計，相關(guān)部門為了測量某管道污水的排放量，常在充滿污水的排污管末端安裝一個電磁流量計，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示。流量計的測量原理如圖乙所示，污水中有帶正、負電的粒子，在非磁性材料做成的圓管道內(nèi)有磁感應強度大小為的勻強磁場區(qū)域，已知管道直徑為，某時刻管道中的污水流過此磁場區(qū)域時，測出管壁上下、兩點的電勢差，就可計算出管中污水的流量，單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積為流量，下列說法正確的是（）A．管壁上點電勢低于點B．兩點間的電場強度為C．該排污管內(nèi)污水的速度約為D．管中導電液體的流量約為知識導圖記憶知識目標復核1.會用左手定則判斷洛倫茲力的方向。2.掌握洛倫茲力公式的推導過程，會計算洛倫茲力的大小。3.能結(jié)合力學規(guī)律分析帶電體在磁場中的運動。1．下圖中，對帶電粒子在磁場中運動時受力方向判斷正確的是（）A． B．C． D．2．如圖所示，在真空中，水平導線中有恒定電流I通過，導線的正下方有一束電子初速度方向與電流方向相同，則電子可能的運動情況是（）

A．沿路徑a運動 B．沿路徑b運動C．沿路徑c運動 D．沿路徑d運動3．如圖所示，一個帶電荷量為的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強磁場中，磁感應強度為B，若小帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對水平絕緣面正好無壓力，應該（）A．使B的數(shù)值增大 B．使磁場以速率向上移動C．使磁場以速率向右移動 D．使磁場以速率向左移動4．如圖所示，將一陰極射線管置于一通電螺線管的正上方且與線圈軸線處于同一水平面內(nèi)，則陰極射線將（

）A．垂直于紙面向里偏轉(zhuǎn) B．垂直于紙面向外偏轉(zhuǎn)C．平行于紙面向上偏轉(zhuǎn) D．平行于紙面向下偏轉(zhuǎn)5．通電長直導線在其周圍空間產(chǎn)生磁場。某點的磁感應強度大小B與該點到導線的距離r及電流I的關(guān)系為（k為常量）。如圖所示，豎直通電長直導線中的電流I方向向上，絕緣的光滑水平面上P處有一帶正電小球從圖示位置以初速度v0水平向右運動，小球始終在水平面內(nèi)運動，運動軌跡用實線表示，若從上向下看，則小球的運動軌跡可能是圖中的（）

A．

B．

C．

D．

6．顯像管原理的示意圖如圖所示，當沒有磁場時，電子束將打在熒光屏正中的O點，安裝在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。設(shè)垂直紙面向里的磁場方向為正方向，若要使電子打在熒光屏上的位置由a點逐漸移動到b點，下列變化的磁場能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是（）A． B．C． D．7．如圖所示，在赤道處，將一小球向東水平拋出，落地點為a；給小球帶上電荷后，仍以原來的速度拋出，考慮地磁場的影響，下列說法正確的是（）A．無論小球帶何種電荷，小球落地時的速度的大小相等B．無論小球帶何種電荷，小球在運動過程中機械能不守恒C．若小球帶負電荷，小球會落在更遠的b點D．若小球帶正電荷，小球仍會落在a點8．如圖甲所示，光滑絕緣水平面上方足夠大空間內(nèi)存在磁感應強度大小的水平勻強磁場，帶正電的物塊A靜置于水平面上，電荷量q＝0.2C。t＝0時，水平力F作用在物塊A上，物塊A由靜止開始運動，其對水平面的壓力隨時間的變化圖像如圖乙，重力加速度，則（）A．物塊A的質(zhì)量m＝3kg B．水平力F不斷增大C．水平力F的大小為70N D．物塊A做勻加速直線運動9．如圖所示，物塊a帶正電，表面都涂有絕緣層的物塊b不帶電，兩物塊疊放在光滑水平地面上，空間存在垂直紙面向里的勻強磁場，現(xiàn)用水平恒力F拉物塊b，兩物塊一起無相對滑動地沿地面加速向左運動，下列說法正確的是（）A．物塊a受到的摩擦力變小B．物塊b受到的摩擦力變大C．物塊b對地面的壓力變大D．地面對物塊b的支持力變小10．如圖所示，一個質(zhì)量為m的帶電小滑塊，放置在傾角α的光滑絕緣斜面上，斜面固定且一半置于垂直紙面向里的勻強磁場中。小滑塊由靜止開始從斜面頂端沿斜面滑下，進入磁場后，下列情況不可能出現(xiàn)的是（）A．小滑塊沿斜面勻速滑到斜面底端 B．小滑塊沿斜面勻加速滑到斜面底端C．小滑塊脫離斜面作曲線運動 D．小滑塊先沿斜面下滑一小段距離后脫離斜面作曲線運動11．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、磁感應強度為B的勻強磁場中。質(zhì)量為m、帶電荷量為的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑。在滑塊下滑的過程中，下列判斷正確的是（）A．滑塊受到的摩擦力不變B．滑塊到達地面時的動能與B的大小有關(guān)C．滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向上D．B很大時，滑塊可能靜止于斜面上12．如圖表示，在磁感強度為的水平勻強磁場中，有一足夠長的絕緣細棒在豎直面內(nèi)垂直磁場方向放置，細棒與水平面夾角為。一質(zhì)量為、帶電荷為的圓環(huán)套在棒上，圓環(huán)與棒間的動摩擦因數(shù)為，且?，F(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開始下滑，試問圓環(huán)在下滑過程中圓環(huán)的最大速率為（）A． B．C． D．13．如圖所示的平行板器件中，電場強度和磁感應強度相互垂直。的粒子以速度從左側(cè)沿水平方向進入，恰能沿虛線通過