(山東省專用)2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 第5節(jié) 運(yùn)動電荷在磁場中受到的力講義(含解析)新人教版選修3-1.doc
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第5節(jié)運(yùn)動電荷在磁場中受到的力 1.磁場對運(yùn)動電荷的作用力叫洛倫茲力,洛倫茲力的方向可由左手定則判定。 2.荷蘭物理學(xué)家洛倫茲1895年提出了著名的洛倫茲力公式F=qvBsin θ,其中θ為電荷運(yùn)動方向與磁場方向的夾角。 3.電視顯像管應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。電子束偏轉(zhuǎn)的磁場是由兩對線圈產(chǎn)生的,叫做偏轉(zhuǎn)線圈。 一、洛倫茲力的方向和大小 1.洛倫茲力的定義 運(yùn)動電荷在磁場中所受的作用力。 2.洛倫茲力的方向 (1)實(shí)驗(yàn)觀察——陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)。 ①沒有磁場時(shí)電子束是一條直線。 ②將一蹄形磁鐵跨放在陰極射線管外面,電子流運(yùn)動軌跡發(fā)生彎曲。 (2)洛倫茲力方向的判斷: 左手定則: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);讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使四指指向正電荷運(yùn)動的方向,這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反。 3.洛倫茲力的大小 (1)電荷量為q的粒子以速度v運(yùn)動時(shí),如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,則F=qvB。 (2)當(dāng)電荷運(yùn)動方向與磁場的方向夾角為θ時(shí),F(xiàn)=qvBsin_θ。 (3)當(dāng)電荷沿磁場方向運(yùn)動(即θ=0或v∥B)時(shí),F(xiàn)=0。 二、電視顯像管的工作原理 1.構(gòu)造:如圖所示,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(qiáng)弱都在不斷變化,使得電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)從上向下、從左向右不斷移動。 4.偏轉(zhuǎn)線圈:使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場是由兩對線圈產(chǎn)生的。 1.自主思考——判一判 (1)運(yùn)動的電荷在磁場中受的力叫洛倫茲力,正電荷所受的洛倫茲力的方向與磁場方向相同,負(fù)電荷所受的洛倫茲力的方向與磁場方向相反。() (2)同一電荷,以相同大小的速度進(jìn)入磁場,速度方向不同時(shí),洛倫茲力的大小也可能相同。(√) (3)若電荷的速度方向與磁場平行時(shí),不受洛倫茲力。(√) (4)判斷電荷所受洛倫茲力的方向時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮電荷的電性。(√) (5)顯像管中偏轉(zhuǎn)線圈中的電流恒定不變時(shí),電子打在熒光屏上的光點(diǎn)是不動的。(√) 2.合作探究——議一議 (1)正電荷所受洛倫茲力的方向,負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向以及導(dǎo)線所受安培力的方向有什么聯(lián)系? 提示:電流的方向即正電荷定向移動的方向也就是負(fù)電荷定向移動的反方向。所以安培力的方向和相應(yīng)正電荷沿電流方向移動所受洛倫茲力方向及相應(yīng)負(fù)電荷沿電流反方向移動所受洛倫茲力方向一致,體現(xiàn)了安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。 (2)顯像管工作時(shí),電子束依次掃描熒光屏上各點(diǎn),可為什么我們覺察不到熒光屏的閃爍? 提示:這是由于眼睛的視覺暫留現(xiàn)象,當(dāng)電子束掃描頻率達(dá)到人眼的臨界閃爍頻率時(shí),由于視覺暫留的原因,人眼就感覺不到熒光屏的閃爍。 洛倫茲力的方向 1.決定洛倫茲力方向的因素有三個 電荷的電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。當(dāng)電性一定時(shí),其他兩個因素決定洛倫茲力的方向,如果只讓一個因素相反,則洛倫茲力方向必定相反;如果同時(shí)讓兩個因素相反,則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔儭? 2.F、B、v三者方向間關(guān)系 電荷運(yùn)動方向和磁場方向間沒有因果關(guān)系,兩者關(guān)系是不確定的。電荷運(yùn)動方向和磁場方向確定洛倫茲力方向,F(xiàn)⊥B,F(xiàn)⊥v,即F垂直于B和v所決定的平面。 3.特點(diǎn) 洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動方向的變化而變化。但無論怎樣變化,洛倫茲力都與運(yùn)動方向垂直,故洛倫茲力永不做功,它只改變電荷運(yùn)動方向,不改變電荷速度大小。 1.在以下幾幅圖中,洛倫茲力的方向判斷正確的是( ) 解析:選A A圖,根據(jù)左手定則,磁感線穿過手心,四指指向正電荷的運(yùn)動方向向右,大拇指指向洛倫茲力的方向,判斷出洛倫茲力向上,故A正確。B圖,根據(jù)左手定則,磁感線穿過手心,四指指向負(fù)電荷運(yùn)動的反方向向左,大拇指指向洛倫茲力的方向,判斷出洛倫茲力向上,故B錯誤。C圖,當(dāng)速度與磁感線平行時(shí),電荷不受洛倫茲力,故C錯誤。D圖,根據(jù)左手定則,磁感線穿過手心,四指指向負(fù)電荷運(yùn)動的反方向向上,拇指指向洛倫茲力的方向,判斷出洛倫茲力方向垂直紙面向外,故D錯誤。 2.每時(shí)每刻都有大量宇宙射線向地球射來,地磁場可以改變射線中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動方向,使它們不能到達(dá)地面,這對地球上的生物有十分重要的意義。假設(shè)有一個帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來,在地磁場的作用下,它將( ) A.向東偏轉(zhuǎn) B.向南偏轉(zhuǎn) C.向西偏轉(zhuǎn) D.向北偏轉(zhuǎn) 解析:選A 赤道附近的地磁場方向水平向北,一個帶正電的射線粒子豎直向下運(yùn)動時(shí),根據(jù)左手定則可以確定,它受到水平向東的洛倫茲力,故它向東偏轉(zhuǎn)。A正確。 3.湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子。如圖所示,把電子射線管(陰極射線管)放在蹄形磁鐵的兩極之間,可以觀察到電子束偏轉(zhuǎn)的方向是( ) A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 解析:選B 電子束帶負(fù)電,電子束由負(fù)極向正極運(yùn)動,在電子束運(yùn)動的過程中,條形磁鐵產(chǎn)生的磁場由N極指向S極,根據(jù)左手定則可判斷出電子受到的洛倫茲力方向向下,故電子束的偏轉(zhuǎn)方向向下,B正確,A、C、D錯誤。 洛倫茲力的大小 1.洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系 區(qū) 別 聯(lián) 系 ①洛倫茲力是指單個運(yùn)動電荷所受到的磁場力,而安培力是指電流(即大量定向移動的電荷)所受到的磁場力 ②洛倫茲力永不做功,而安培力可以做功 ①安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),洛倫茲力是安培力的微觀解釋 ②大小關(guān)系:F安=NF洛(N是導(dǎo)體中定向運(yùn)動的電荷數(shù)) ③方向關(guān)系:洛倫茲力與安培力的方向特點(diǎn)一致,均可用左手定則進(jìn)行判斷 2.洛倫茲力與電場力的比較 洛倫茲力 電場力 產(chǎn)生條件 電荷必須運(yùn)動且速度方向與B不平行時(shí),電荷才受到洛倫茲力 帶電粒子只要處在電場中就受到電場力 大小方向 F=qvBsin θ,F(xiàn)⊥B,F(xiàn)⊥v,用左手定則判斷 F=qE,F(xiàn)的方向與E同向或反向 特點(diǎn) 洛倫茲力永不做功 電場力可以做功 相同點(diǎn) 反映了電場和磁場都具有力的性質(zhì) [典例] 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、強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。質(zhì)量為m、帶電量為+Q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(dá)地面時(shí)的動能與B的大小無關(guān) C.滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下 D.B很大時(shí),滑塊可能靜止于斜面上 [思路點(diǎn)撥] (1)滑塊與斜面之間存在滑動摩擦力。 (2)洛倫茲力的方向可由左手定則判斷。 (3)洛倫茲力隨滑塊速度的增大而增大。 [解析] 根據(jù)左手定則可知,滑塊受到垂直斜面向下的洛倫茲力,C對。隨著滑塊速度的變化,洛倫茲力大小變化,它對斜面的壓力大小發(fā)生變化,故滑塊受到的摩擦力大小變化,A錯。B越大,滑塊受到的洛倫茲力越大,受到的摩擦力也越大,摩擦力做功越多,據(jù)動能定理,滑塊到達(dá)地面時(shí)的動能就越小,B錯。由于開始時(shí)滑塊不受洛倫茲力就能下滑,故B再大,滑塊也不可能靜止在斜面上,D錯。 [答案] C 洛倫茲力作用下的變加速運(yùn)動問題 (1)注意受力情況和運(yùn)動情況的分析。帶電物體在磁場中速度變化時(shí)洛倫茲力的大小隨之變化,并進(jìn)一步導(dǎo)致壓力、摩擦力的變化,物體在變力作用下將做變加速運(yùn)動。 (2)注意臨界狀態(tài)的分析。當(dāng)摩擦力與引起物體運(yùn)動的外力平衡時(shí),物體將處于平衡狀態(tài);當(dāng)洛倫茲力增大使物體與接觸面的壓力為零時(shí),物體將要離開接觸面?! ? 1.兩個帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場,兩粒子質(zhì)量之比為1∶4,電量之比為1∶2,則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為( ) A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 解析:選C 帶電粒子的速度方向與磁感線方向垂直時(shí),洛倫茲力F=qvB,與電荷量成正比,與質(zhì)量無關(guān),C項(xiàng)正確。 2.如圖所示,一個帶正電q的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)該( ) A.使B的數(shù)值增大 B.使磁場以速率v=向上移動 C.使磁場以速率v=向右移動 D.使磁場以速率v=向左移動 解析:選D 為使小球?qū)ζ矫鏌o壓力,則應(yīng)使它受到的洛倫茲力剛好平衡重力,磁場不動而只增大B,靜止電荷在磁場里不受洛倫茲力,A不對;磁場向上移動相當(dāng)于電荷向下運(yùn)動,受洛倫茲力向右,不可能平衡重力;磁場以v向右移動,等同于電荷以速率v向左運(yùn)動,此時(shí)洛倫茲力向下,也不可能平衡重力,故B、C不對;磁場以v向左移動,等同于電荷以速率v向右運(yùn)動,此時(shí)洛倫茲力向上。當(dāng)qvB=mg時(shí),帶電體對絕緣水平面無壓力,即v=,選項(xiàng)D正確。 3.質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小物塊,從傾角為θ的光滑絕緣斜面上由靜止下滑,整個斜面置于方向水平向里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,如圖所示。若帶電小物塊下滑后某時(shí)刻對斜面的作用力恰好為零,下面說法中正確的是 ( ) A.小物塊一定帶正電荷 B.小物塊在斜面上運(yùn)動時(shí)做勻加速直線運(yùn)動 C.小物塊在斜面上運(yùn)動時(shí)做加速度增大,而速度也增大的變加速直線運(yùn)動 D.小物塊在斜面上下滑過程中,當(dāng)小物塊對斜面壓力為零時(shí)的速率為 解析:選B 帶電物塊下滑后某時(shí)刻對斜面的作用力恰好為零,知洛倫茲力的方向垂直于斜面向上,根據(jù)左手定則知,物塊帶負(fù)電,故A錯誤;物塊在運(yùn)動的過程中受重力、斜面的支持力、洛倫茲力,合外力沿斜面向下,大小為mgsin θ,根據(jù)牛頓第二定律知a=gsin θ,物塊在離開斜面前做勻加速直線運(yùn)動,故B正確,C錯誤;當(dāng)壓力為零時(shí),在垂直于斜面方向上的合力為零,有mgcos θ=qvB,解得v=,故D錯誤。 磁場與科技 裝置 原理圖 規(guī)律 速度選擇器 若qv0B=Eq,即v0=,粒子做勻速直線運(yùn)動 磁流體發(fā)電機(jī) 等離子體射入,受洛倫茲力偏轉(zhuǎn),使兩極板帶正、負(fù)電,兩極電壓為U時(shí)穩(wěn)定,q=qv0B,U=v0Bd 電磁流量計(jì) q=qvB,所以v= 所以Q=vS= 霍爾元件 當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時(shí),導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差 [典例] [多選]利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件,廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域。如圖是霍爾元件的工作原理示意圖,磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于霍爾元件的工作面向下,通入圖示方向的電流I,C、D兩側(cè)面會形成電勢差UCD,下列說法中正確的是( ) A.電勢差UCD僅與材料有關(guān) B.若霍爾元件的載流子是自由電子,則電勢差UCD<0 C.僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí),電勢差UCD變大 D.在測定地球赤道上方的地磁場強(qiáng)弱時(shí),元件的工作面應(yīng)保持水平 [解析] 電勢差UCD與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、材料有關(guān),選項(xiàng)A錯誤;若霍爾元件的載流子是自由電子,由左手定則可知,電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn),則電勢差UCD<0,選項(xiàng)B正確;僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí),電勢差UCD變大,選項(xiàng)C正確;在測定地球赤道上方的地磁場強(qiáng)弱時(shí),元件的工作面應(yīng)保持豎直且東西放置,選項(xiàng)D錯誤。 [答案] BC 速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)具有相同的特點(diǎn),即在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),電荷所受的洛倫茲力與電場力均等大反向?! ? 1.如圖所示,在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,電場方向豎直向下,磁場方向垂直于紙面向里,一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板。若不計(jì)重力,下列四個物理量中哪一個改變時(shí),粒子運(yùn)動軌跡不會改變?( ) A.粒子速度的大小 B.粒子所帶的電荷量 C.電場強(qiáng)度 D.磁感應(yīng)強(qiáng)度 解析:選B 帶電粒子在電場和磁場中做勻速直線運(yùn)動,由平衡條件知qE=qvB,可以看出,帶電粒子在電場和磁場中運(yùn)動時(shí),電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度以及帶電粒子速度的大小均能影響粒子的運(yùn)動軌跡,而粒子所帶的電荷量不影響運(yùn)動軌跡,選項(xiàng)A、C、D不符合要求,選項(xiàng)B正確。 2.為了測量某化肥廠的污水排放量,技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì),該裝置由絕緣材料制成,長、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開口,在垂直于上下表面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,在前后兩個內(nèi)側(cè)面固定有金屬板作為電極,污水充滿管口從左向右流 經(jīng)該裝置時(shí),電壓表將顯示兩個電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積),下列說法正確的是( ) A.若污水中正離子較多,則前內(nèi)側(cè)面比后內(nèi)側(cè)面電勢高 B.前內(nèi)側(cè)面的電勢一定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢,與哪種離子多無關(guān) C.污水中離子濃度越高,電壓表的示數(shù)將越大 D.污水流量Q與電壓U成正比,與a、b有關(guān) 解析:選B 由左手定則可判斷:若流動的是正離子,則正離子向里偏,前內(nèi)側(cè)面電勢低于后內(nèi)側(cè)面電勢;若流動的是負(fù)離子,則負(fù)離子向外偏,仍然是前內(nèi)側(cè)面電勢低于后內(nèi)側(cè)面的電勢,故A錯B對。污水穩(wěn)定流動時(shí),對任一離子有:qvB=qE=,所以U=Bbv,電勢差與濃度無關(guān),故C錯。流量Q=Sv=bc=,可以看出流量與a、b均無關(guān),故D錯。 3.如圖所示,平行金屬板M、N之間的距離為d,其中勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外,有帶電荷量相同的正、負(fù)離子組成的等離子束,以速度v沿著水平方向由左端連續(xù)射入,電容器的電容為C,當(dāng)S閉合且電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,平行金屬板M、N之間的內(nèi)阻為r,電容器的帶電荷量為Q,則下列說法正確的是( ) A.當(dāng)S斷開時(shí),電容器的充電電荷量Q>CBdv B.當(dāng)S斷開時(shí),電容器的充電電荷量Q=CBdv C.當(dāng)S閉合時(shí),電容器的充電電荷量Q=CBdv D.當(dāng)S閉合時(shí),電容器的充電電荷量Q>CBdv 解析:選B 等離子束射入磁場中,受到洛倫茲力,離子將打到兩極板上而產(chǎn)生電場,當(dāng)后來的離子所受的洛倫茲力與電場力平衡時(shí),平行金屬板M、N之間電壓穩(wěn)定,電容器的電壓和電量都穩(wěn)定,由平衡條件得qvB=q,得U=Bvd,當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),由于有內(nèi)阻r,電容器兩端的電壓小于Bvd,故Q<CBdv;當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),電容器兩端的電壓等于Bdv,故Q=CBdv,故B正確。 1.如圖,a是豎直平面P上的一點(diǎn)。P前有一條形磁鐵垂直于P,且S極朝向a點(diǎn),P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下,在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點(diǎn)。在電子經(jīng)過a點(diǎn)的瞬間,條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向( ) A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 解析:選A 條形磁鐵的磁感線方向在a點(diǎn)為垂直P向外,粒子在條形磁鐵的磁場中向右運(yùn)動,所以根據(jù)左手定則可得電子受到的洛倫茲力方向向上,A正確。 2.如圖,在OX,OY,OZ組成的直角坐標(biāo)系中,電子沿著Y軸的正向運(yùn)動,它產(chǎn)生的磁場在Z軸上A處的方向是( ) A.-X方向 B.-Y方向 C.-Z方向 D.都不是 解析:選A 電子(帶負(fù)電)沿Y軸正方向運(yùn)動,形成的電流的方向沿Y軸負(fù)方向。根據(jù)安培定則,A處的磁場的方向沿X軸的負(fù)方向,所以選項(xiàng)A正確。 3.在長直通電螺線管中通入變化的電流i(如圖所示電流的方向周期性改變),并沿著其中心軸線OO′的方向射入一顆速度為v的電子,則此電子在螺線管內(nèi)部空間運(yùn)動的情況是( ) A.勻速直線運(yùn)動 B.來回往復(fù)運(yùn)動 C.變速直線運(yùn)動 D.曲線運(yùn)動 解析:選A 通電螺線管內(nèi)部的磁場方向與軸線平行,故電子進(jìn)入螺線管后不受洛倫茲力,應(yīng)做勻速直線運(yùn)動。 4.[多選]如圖所示,用絲線吊一個質(zhì)量為m的帶電(絕緣)小球處于勻強(qiáng)磁場中,空氣阻力不計(jì),若小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動,則兩次經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)( ) A.小球的動能相同 B.絲線所受的拉力相同 C.小球所受的洛倫茲力相同 D.小球的向心加速度相同 解析:選AD 帶電小球受到的洛倫茲力及繩的拉力跟速度方向時(shí)刻垂直,對小球不做功,只改變速度方向,不改變速度大小,只有重力做功,故兩次經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)速度大小不變,動能相同,選項(xiàng)A正確;小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動,兩次經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)速度方向相反,由左手定則可知兩次經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)洛倫茲力方向相反,故繩的拉力大小不同,選項(xiàng)B、C錯誤;由a=可知向心加速度相同,選項(xiàng)D正確。 5.[多選]如圖所示,一只陰極射線管,左側(cè)不斷有電子射出,若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時(shí),發(fā)現(xiàn)射線的徑跡向下偏,則( ) A.導(dǎo)線中的電流從A流向B B.導(dǎo)線中的電流從B流向A C.若要使電子束的徑跡向上偏,可以通過改變AB中的電流方向來實(shí)現(xiàn) D.電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān) 解析:選BC 電流的方向與負(fù)電荷運(yùn)動的方向相反,所以陰極射線管內(nèi)電流的方向向左;由題圖可知,電子受到的洛倫茲力的方向向下,所以陰極射線管處的磁場的方向垂直于紙面向里,由安培定則可知,AB中電流的方向由B到A,故A錯誤,B正確;若要使電子束的徑跡向上彎曲,則陰極射線管處的磁場的方向需向外,可以改變AB中的電流方向來實(shí)現(xiàn),故C正確;由以上的分析可知,電子束的徑跡與AB中的電流方向有關(guān),故D錯誤。 6.[多選]如圖,速度為v0、電荷量為q的正離子(不計(jì)重力)恰能沿直線飛出速度選擇器,則( ) A.若改為電荷量為2q的正離子(其他條件不變),離子仍沿直線飛出 B.若速度變?yōu)?v0(其他條件不變),離子將往上偏 C.若改為電荷量為-q的離子(其他條件不變),離子將往下偏 D.若改為電荷量為-q的離子,則必須從右側(cè)飛入速度選擇器,才能沿直線飛出 解析:選AB 正離子恰能沿直線飛出離子速度選擇器,根據(jù)左手定則判斷可知,離子受的洛倫茲力方向向上,電場力方向向下,此時(shí)洛倫茲力與電場力二力平衡,應(yīng)該有qv0B=qE,即v0B=E,該等式與離子的電荷量無關(guān),若只改變電荷量,離子仍沿直線運(yùn)動,若改為電荷量為-q的離子,受到向上的電場力,向下的洛倫茲力,仍滿足二力平衡,故從左側(cè)到右側(cè)仍能沿直線飛出,A正確,C、D錯誤;若速度變?yōu)?v0,洛倫茲力增大為原來的2倍,而離子受的洛倫茲力方向向上,電場力不變,所以離子將向上偏轉(zhuǎn),故B正確。 7.截面為矩形的載流金屬導(dǎo)線置于磁場中,如圖所示,將出現(xiàn)下列哪種情況( ) A.在b表面聚集正電荷,而a表面聚集負(fù)電荷 B.在a表面聚集正電荷,而b表面聚集負(fù)電荷 C.開始通電時(shí),電子做定向移動并向b偏轉(zhuǎn) D.兩個表面電勢不同,a表面電勢較高 解析:選A 金屬導(dǎo)體靠電子導(dǎo)電,金屬正離子并沒有移動,而電流由金屬導(dǎo)體中的自由電子的定向移動(向左移動)形成。應(yīng)用左手定則,四指應(yīng)指向電流的方向,讓磁感線垂直穿過手心,拇指的指向即為自由電子的受力方向。也就是說,自由電子受洛倫茲力方向指向a表面一側(cè),實(shí)際上自由電子在向左移動的同時(shí),受到指向a表面的作用力,并在a表面進(jìn)行聚集,由于整個導(dǎo)體是呈電中性的(正、負(fù)電荷總量相等),所以在b的表面“裸露”出正電荷層,并使b表面電勢高于a表面電勢。 8.[多選]某空間存在著如圖甲所示的足夠大的沿水平方向的勻強(qiáng)磁場。在磁場中A、B兩個物塊疊放在一起,置于光滑水平面上,物塊A帶正電,物塊B不帶電且表面絕緣。在t1=0時(shí)刻,水平恒力F作用在物塊B上,物塊A、B由靜止開始做加速度相同的運(yùn)動。在A、B一起向左運(yùn)動的過程中,以下說法正確的是( ) A.圖乙可以反映A所受洛倫茲力大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系 B.圖乙可以反映A對B的摩擦力大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系 C.圖乙可以反映A對B的壓力大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系 D.圖乙可以反映B對地面壓力大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系 解析:選CD 由題意知物體由靜止做勻加速運(yùn)動,速度v=at;那么洛倫茲力:F=qvB=qBat,洛倫茲力大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系圖線應(yīng)過原點(diǎn),故A錯誤;物塊A對物塊B的摩擦力大小f=mAa,因?yàn)閍不變,所以f隨時(shí)間t的變化保持不變,故B錯誤;B受到的壓力:N=mAg+qvB=mAg+qBat,所以隨時(shí)間在均勻增大,故C正確;B對地面的壓力為:N1=mAg+mBg+qvB=mAg+mBg+qBat,所以隨時(shí)間在均勻增大,故D正確。 9.[多選]如圖所示,在圖中虛線所圍的區(qū)域內(nèi),存在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,已知從左方水平射入的電子,通過該區(qū)域時(shí)未發(fā)生偏轉(zhuǎn),假設(shè)電子重力可忽略不計(jì),則在該區(qū)域中的E和B的方向可能是( ) A.E豎直向上,B垂直紙面向外 B.E豎直向上,B垂直紙面向里 C.E和B都沿水平方向,并與電子運(yùn)動方向相同 D.E和B都沿水平方向,并與電子運(yùn)動方向相反 解析:選ACD 如果E豎直向上,B垂直紙面向外,電子沿圖中方向射入后,電場力向下,洛倫茲力向上,二力可能平衡,電子可能沿直線通過E、B共存區(qū)域,故A對;同理B不對;如果E、B沿水平方向且與電子運(yùn)動方向相同,電子不受洛倫茲力作用,但電子受到與E反方向的電場力作用,電子做勻減速直線運(yùn)動,也不偏轉(zhuǎn),故C對;如果E、B沿水平方向,且與電子運(yùn)動方向相反,電子仍不受洛倫茲力,電場力與E反向,即與速度同方向,故電子做勻加速直線運(yùn)動,也不偏轉(zhuǎn),故D對。 10.[多選]如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖:將一束等離子體垂直于磁場方向噴入磁場,在磁場中有兩塊金屬板A、B,這時(shí)金屬板上就會聚集電荷,兩板間就會產(chǎn)生電壓,如果射入的等離子體速度均為v,兩金屬板間距離為d,板平面的面積為S,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于速度方向,負(fù)載電阻為R,等離子體充滿兩板間的空間。當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí),電流表示數(shù)為I,下列說法正確的是( ) A.上極板A帶負(fù)電 B.兩極板間的電動勢為IR C.板間等離子體的內(nèi)阻為-R D.板間等離子體的電阻率為 解析:選ACD 大量帶正電和帶負(fù)電的微粒進(jìn)入磁場時(shí),由左手定則可以判斷正電荷受到的洛倫茲力向下,所以正電荷會聚集到B板上,負(fù)電荷受到的洛倫茲力向上,負(fù)電荷聚集到A板上,故B板相當(dāng)于電源的正極,A板相當(dāng)于電源的負(fù)極,故A正確;由閉合電路的歐姆定律可知,兩極板間的電動勢為I(R+r內(nèi)),選項(xiàng)B錯誤;根據(jù)qvB=q得,E=Bdv,根據(jù)歐姆定律得,r=-R=-R,選項(xiàng)C正確;由電阻定律,R=ρ,則電阻率ρ=,故D正確。 11.如圖所示,斜面上表面光滑絕緣,傾角為θ,斜面上方有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,現(xiàn)有一個質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的小球在斜面上被無初速度釋放,假設(shè)斜面足夠長,則小球從釋放開始,下滑多遠(yuǎn)后離開斜面。 解析:小球沿斜面下滑,在離開斜面前,受到洛倫茲力F垂直斜面向上,其受力分析如圖: 沿斜面方向:mgsin θ=ma 垂直斜面方向:F+FN-mgcos θ=0 其中洛倫茲力為:F=Bqv 設(shè)下滑x遠(yuǎn)離開斜面,此時(shí)斜面對小球的支持力 FN=0, 那么下滑的距離為:v2=2ax 聯(lián)立以上解得:x=。 答案: 12.如圖所示的裝置,左半部為速度選擇器,右半部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場。一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器,能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子,又沿著與電場垂直的方向,立即進(jìn)入場強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場,最后打在照相底片D上。已知同位素離子的電荷量為q(q>0),速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場,照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L,忽略重力的影響。 (1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大??; (2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為x,求出x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)。 解析:(1)能從速度選擇器射出的離子所受電場力與洛倫茲力平衡,即滿足qE0=qv0B0 所以v0= (2)離子進(jìn)入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場E后做類平拋運(yùn)動,則有 x=v0t,L=at2 由牛頓第二定律得qE=ma 聯(lián)立以上各式解得x=。 答案:(1) (2)x=- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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