河北省石家庄二中高中物理 3运动电荷在磁场中受到的力

河北省石家庄二中高中物理 3运动电荷在磁场中受到的力

第5节 运动电荷在磁场中受到的力 ‎ ‎1．洛伦兹力：运动电荷所受磁场的作用力叫洛伦兹力．通电导线所受到的安培力实际上是作用在导线中运动电荷上的洛伦兹力的宏观表现．‎ ‎2．洛伦兹力的大小：F＝qvBsin_θ，其中θ是带电粒子的运动方向与磁场方向的夹角．‎ ‎(1)当θ＝90°，即带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时：F＝qvB最大．‎ ‎(2)当θ＝0°，即带电粒子的运动方向与磁场方向平行时：F＝0最小．‎ ‎3．洛伦兹力的方向：用左手定则判定．注意四指指向正电荷运动方向(或负电荷运动的相反方向)，洛伦兹力的方向既垂直于电荷运动速度v的方向，又垂直于磁感应强度B的方向，即洛伦兹力的方向总是垂直于B、v方向所决定的平面．‎ ‎4．洛伦兹力总是与速度v垂直，故洛伦兹力对运动电荷不做功．‎ ‎5．电视显像管应用了电子束磁偏转的原理．电子束在随时间变化的磁场的作用下发生偏转，逐行扫描，使荧光屏发光．‎ ‎►基础巩固 ‎1．关于运动电荷和磁场的说法中，正确的是(D)‎ A．运动电荷在某点不受洛伦兹力作用，这点的磁感应强度必为零 B．电荷的运动方向、磁感应强度方向和电荷所受洛伦兹力的方向一定互相垂直 C．电子运动由于受到垂直于它的磁场力作用而偏转，这是因为洛伦兹力对电子做功 D．电荷与磁场没有相对运动，电荷就一定不受磁场的作用力 解析：运动电荷处于磁感应强度为零处，所受洛伦兹力为零，但当运动电荷的速度方向和磁场方向一致时(同向或反向)也不受洛伦兹力的作用；运动电荷受到的洛伦兹力垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面，即洛伦兹力既垂直于磁场方向，也垂直于电荷的运动方向，但磁场方向和电荷运动方向不一定垂直；因为洛伦兹力一定垂直于电荷的运动方向，所以洛伦兹力永远不做功；运动电荷受洛伦兹力的作用，这里的运动应是与磁场的相对运动．‎ ‎2．(多选)如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中．质量为m、带电荷量为＋Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑．在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是(CD)‎ A．滑块受到的摩擦力不变 B．滑块到达地面时的动能与B的大小无关 C．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下 D．B很大时，滑块可能静止于斜面上 解析：根据左手定则可判断滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下，选项C正确；滑块沿斜面下滑的速度变化，则洛伦兹力的大小变化、压力变化、滑动摩擦力变化、滑动摩擦力做的功变化，选项A、B错误；若B很大，则滑动摩擦力较大，滑块先加速下滑后减速下滑，速度减为零时静止于斜面，选项D正确．‎ ‎3．在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上放置一根通有如下图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将(B)‎ A．向上偏转　 B．向下偏转 C．向纸里偏转 D．向纸外偏转 解析：由题意可知，直线电流的方向由左向右，根据安培定则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直纸面向里，而阴极射线(电子运动)方向由左向右，由左手定则知(电子带负电，四指要指向运动方向的反方向)，阴极射线将向下偏转，故B选项正确．‎ ‎4．一个长螺线管中通有交变电流，把一个带电粒子沿管轴线射入管中，不计重力，粒子将在管中(D)‎ 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：通有交变电流的螺线管内部磁场方向始终与轴线平行，带电粒子沿着磁感线运动时不受洛伦兹力，所以应一直保持原运动状态不变．‎ ‎5．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(B)‎ A．竖直向下沿直线射向地面 B．相对于预定地点，稍向东偏转 C．相对于预定地点，稍向西偏转 D．相对于预定地点，稍向北偏转 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．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．‎ ‎6．如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正负离子(不计重力)，从点O以相同的速率先后射入磁场中，入射方向与边界成θ角，则正负离子在磁场中，下列叙述错误的是(A)‎ A．运动时间相同 B．运动轨道的半径相同 C．重新回到边界时速度的大小和方向相同 D．重新回到边界的位置与O点距离相等 解析：如图所示，正离子的轨迹为磁场边界上方的，‎ 负离子的轨迹为磁场边界上方的，轨道半径OO1＝OO2＝，二者相同，B正确；运动时间和轨道对应的圆心角(回旋角α)成正比，所以正离子运动的时间较长，A错误；由几何知识可知△OO1B≌△OO‎2A，所以OA＝OB，D正确；由于O1B∥O‎2A，且vA⊥O‎2A，vB⊥O1B，所以vA∥vB，C正确．‎ ‎►能力提升 ‎7．如右图所示，有一磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场，一束电子流以初速v从水平方向射入，为了使电子流经过磁场时不偏转(不计重力)．则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，这个电场的场强大小和方向是(C)‎ A.，竖直向上 B.，水平向左 C．Bv，垂直纸面向里 D．Bv，垂直纸面向外 解析：根据左手定则可知电子受到垂直纸面向里的洛伦兹力，要想不偏转则一定受到垂直纸面向外的电场力，则场强方向垂直纸面向里(场强方向跟负电荷受力方向相反)，根据平衡Eq＝qvB可知E＝Bv，故选C.‎ ‎8．(多选)质量为m、带电量为q的小物块，从倾角为θ的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示．若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，下面说法中正确的是(BD)‎ A．小物块一定带正电荷 B．小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动 C．小物块在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增大的变加速直线运动 D．小物块在斜面上下滑过程中，当小球对斜面压力为零时的速率为 解析：小物块沿斜面下滑对斜面作用力为零时受力分析如图所示．小物块受到重力G和垂直于斜面向上的洛伦兹力F，故小物块带负电荷，A选项错误；小物块在斜面上运动时合力等于mgsin θ保持不变，做匀加速直线运动，B选项正确，C选项错误；小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面压力为零时有qvB＝mgcos θ，则有v＝，D选项正确．‎ ‎9．如右图所示，空间某区域有一方向水平、磁感应强度为B＝0.2 T的匀强磁场．一带正电微粒质量为m＝2.0×10－‎8 kg，带电荷量为q＝1.0×10－‎8 C，当它以某一水平速度v0垂直进入磁场后，恰能沿直线匀速通过此区域．g取‎10 m/s2.‎ ‎(1)求v0的大小．‎ ‎(2)如果微粒的速度大于v0，它将向哪边偏转？‎ 解析：(1)mg＝qv0B，所以 v0＝＝ m/s＝‎100 m/s.‎ ‎(2)如果微粒的速度大于v0，它将向上偏转．‎ 答案：(1)‎100 m/s　(2)向上偏转