XX省专用学年高中物理第三章磁场第节运动电荷在磁场中受到力讲义含解析新人教选修

XX省专用学年高中物理第三章磁场第节运动电荷在磁场中遇到的力讲义含分析新人教版选修XX省专用学年高中物理第三章磁场第节运动电荷在磁场中遇到的力讲义含分析新人教版选修PAGEXX省专用学年高中物理第三章磁场第节运动电荷在磁场中遇到的力讲义含分析新人教版选修第5节运动电荷在磁场中遇到的力1.磁场对运动电荷的作使劲叫洛伦兹力，洛伦兹力的方向可由左手定章判断。2．荷兰物理学家洛伦兹1895年提出了有名的洛伦兹力公式F＝qvBsinθ，此中θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角。3．电视显像管应用了电子束磁偏转的原理。电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的，叫做偏转线圈。一、洛伦兹力的方向和大小1．洛伦兹力的定义运动电荷在磁场中所受的作使劲。2．洛伦兹力的方向(1)实验察看——阴极射线在磁场中的偏转。①没有磁场时电子束是一条直线。②将一蹄形磁铁跨放在阴极射线管外面，电子流运动轨迹发生曲折。(2)洛伦兹力方向的判断：左手定章：张开左手，使拇指与其余四个手指垂直，而且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。3．洛伦兹力的大小(1)电荷量为q的粒子以速度v运动时，假如速度方向与磁感觉强度方向垂直，则F＝qvB。(2)当电荷运动方向与磁场的方向夹角为θ时，F＝qvBsin_θ。(3)当电荷沿磁场方向运动(即θ＝0或v∥B)时，F＝0。二、电视显像管的工作原理1．结构：以以下图，由电子枪、偏转线圈和荧光屏构成。2．原理(1)电子枪发射电子。(2)电子束在磁场中偏转。(3)荧光屏被电子束撞击发光。3．扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不停变化，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不停挪动。4．偏转线圈：使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的。1．自主思虑——判一判(1)运动的电荷在磁场中受的力叫洛伦兹力，正电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向同样，负电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相反。(×)(2)同一电荷，以同样大小的速度进入磁场，速度方向不同样时，洛伦兹力的大小也可能同样。(√)(3)若电荷的速度方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。(√)(4)判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性。(√)(5)显像管中偏转线圈中的电流恒定不变时，电子打在荧光屏上的光点是不动的。(√)2．合作研究——议一议(1)正电荷所受洛伦兹力的方向，负电荷所受洛伦兹力的方向以及导线所受安培力的方向有什么联系？提示：电流的方向即正电荷定向挪动的方向也就是负电荷定向挪动的反方向。因此安培力的方向和相应正电荷沿电流方向挪动所受洛伦兹力方向及相应负电荷沿电流反方向挪动所受洛伦兹力方向一致，表现了安培力是洛伦兹力的宏观表现。(2)显像管工作时，电子束挨次扫描荧光屏上各点，可为何我们察觉不到荧光屏的闪耀？提示：这是因为眼睛的视觉暂留现象，当电子束扫描频次达到人眼的临界闪耀频次时，因为视觉暂留的原由，人眼就感觉不到荧光屏的闪耀。洛伦兹力的方向1．决定洛伦兹力方向的要素有三个电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感觉强度的方向。当电性一准时，其余两个要素决定洛伦兹力的方向，假如只让一个要素相反，则洛伦兹力方向必然相反；假仿佛时让两个要素相反，则洛伦兹力方向将不变。2．F、B、v三者方向间关系电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，二者关系是不确立的。电荷运动方向和磁场方向确立洛伦兹力方向，F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。3．特色洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。但不论如何变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小。1．在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断正确的选项是()分析：选AA图，依据左手定章，磁感线穿过手心，四指指向正电荷的运动方向向右，大拇指指向洛伦兹力的方向，判断出洛伦兹力向上，故A正确。B图，依据左手定章，磁感线穿过手心，四指指向负电荷运动的反方向向左，大拇指指向洛伦兹力的方向，判断出洛伦兹力向上，故B错误。C图，当速度与磁感线平行时，电荷不受洛伦兹力，故C错误。D图，依据左手定章，磁感线穿过手心，四指指向负电荷运动的反方向向上，拇指指向洛伦兹力的方向，判断出洛伦兹力方向垂直纸面向外，故D错误。2．时时辰刻都有大批宇宙射线向地球射来，地磁场能够改变射线中大部分带电粒子的运动方向，使它们不可以够抵达地面，这对地球上的生物有十分重要的意义。假定有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将()A．向东偏转B．向南偏转C．向西偏转D．向北偏转分析：选A赤道周边的地磁场方向水平向北，一个带正电的射线粒子竖直向下运动时，依据左手定章能够确立，它遇到水平向东的洛伦兹力，故它向东偏转。A正确。3.汤姆孙经过对阴极射线的研究发现了电子。以以下图，把电子射线管(阴极射线管)放在蹄形磁铁的两极之间，能够察看到电子束偏转的方向是()A．向上B．向下C．向左D．向右分析：选B电子束带负电，电子束由负极向正极运动，在电子束运动的过程中，条形磁铁产生的磁场由N极指向S极，依据左手定章可判断出电子遇到的洛伦兹力方向向下，故电子束的偏转方向向下，B正确，A、C、D错误。洛伦兹力的大小1．洛伦兹力与安培力的差别和联系区别联系①洛伦兹力是指单个运动电荷所遇到的磁场力，而安培力是指电流(即大批定向挪动的电荷)所遇到的磁场力②洛伦兹力永不做功，而安培力能够做功①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解说②大小关系：F安＝NF洛(N是导体中定向运动的电荷数)③方向关系：洛伦兹力与安培力的方向特色一致，均可用左手定章进行判断2．洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力产生条件电荷必然运动且速度方向与B不平行时，电荷才遇到洛伦兹力带电粒子只需处在电场中就遇到电场力大小方向F＝qvBsinθ，F⊥B，F⊥v，用左手定章判断F＝qE，F的方向与E同向或反向特色洛伦兹力永不做功电场力能够做功同样点反应了电场和磁场都拥有力的性质[典例]以以下图，表面粗拙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，以下判断正确的选项是()A．滑块遇到的摩擦力不变B．滑块抵达地面时的动能与B的大小没关C．滑块遇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[思路点拨](1)滑块与斜面之间存在滑动摩擦力。(2)洛伦兹力的方向可由左手定章判断。(3)洛伦兹力随滑块速度的增大而增大。[分析]依据左手定章可知，滑块遇到垂直斜面向下的洛伦兹力，C对。跟着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变化，它对斜面的压力大小发生变化，故滑块遇到的摩擦力大小变化，A错。B越大，滑块遇到的洛伦兹力越大，遇到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，据动能定理，滑块抵达地面时的动能就越小，B错。因为开始时滑块不受洛伦兹力就能下滑，故B再大，滑块也不可以能静止在斜面上，D错。[答案]C洛伦兹力作用下的变加快运动问题(1)注意受力状况和运动状况的分析。带电物体在磁场中速度变化时洛伦兹力的大小随之变化，并进一步致使压力、摩擦力的变化，物体在变力作用下将做变加快运动。(2)注意临界状态的分析。当摩擦力与惹起物体运动的外力均衡时，物体将处于均衡状态；当洛伦兹力增大使物体与接触面的压力为零时，物体将要走开接触面。1．两个带电粒子以同样的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电量之比为1∶2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为()A．2∶1B．1∶1C．1∶2D．1∶4分析：选C带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB，与电荷量成正比，与质量没关，C项正确。2.以以下图，一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感觉强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应当()A．使B的数值增大B．使磁场以速率v＝eq\f(mg,qB)向上挪动C．使磁场以速率v＝eq\f(mg,qB)向右挪动D．使磁场以速率v＝eq\f(mg,qB)向左挪动分析：选D为使小球对平面无压力，则应使它遇到的洛伦兹力恰巧均衡重力，磁场不动而只增大B，静止电荷在磁场里不受洛伦兹力，A不对；磁场向上挪动相当于电荷向下运动，受洛伦兹力向右，不可以能均衡重力；磁场以v向右挪动，等同于电荷以速率v向左运动，此时洛伦兹力向下，也不可以能均衡重力，故B、C不对；磁场以v向左挪动，等同于电荷以速率v向右运动，此时洛伦兹力向上。当qvB＝mg时，带电体对绝缘水平面无压力，即v＝eq\f(mg,qB)，选项D正确。3．质量为m、带电荷量为q的小物块，从倾角为θ的圆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，磁感觉强度为B，以以下图。若带电小物块下滑后某时辰对斜面的作使劲恰巧为零，下边说法中正确的选项是()A．小物块必然带正电荷B．小物块在斜面上运动时做匀加快直线运动C．小物块在斜面上运动时做加快度增大，而速度也增大的变加快直线运动D．小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面压力为零时的速率为eq\f(mg,Bq)分析：选B带电物块下滑后某时辰对斜面的作使劲恰巧为零，知洛伦兹力的方向垂直于斜面向上，依据左手定章知，物块带负电，故A错误；物块在运动的过程中受重力、斜面的支持力、洛伦兹力，合外力沿斜面向下，大小为mgsinθ，依据牛顿第二定律知a＝gsinθ，物块在走开斜眼前做匀加快直线运动，故B正确，C错误；当压力为零时，在垂直于斜面方向上的协力为零，有mgcosθ＝qvB，解得v＝eq\f(mgcosθ,Bq)，故D错误。磁场与科技装置原理图规律速度选择器若qv0B＝Eq，即v0＝eq\f(E,B)，粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时坚固，qeq\f(U,d)＝qv0B，U＝v0Bd电磁流量计eq\f(U,D)q＝qvB，因此v＝eq\f(U,DB)因此Q＝vS＝eq\f(πDU,4B)霍尔元件当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差[典例][多项选择]利用霍尔效应制作的霍尔元件，宽泛应用于丈量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理表示图，磁感觉强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D双侧面会形成电势差UCD，以下说法中正确的选项是()A．电势差UCD仅与资料相关B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD＜0C．仅增大磁感觉强度时，电势差UCD变大D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平[分析]电势差UCD与磁感觉强度B、资料相关，选项A错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，由左手定章可知，电子向C侧面偏转，则电势差UCD＜0，选项B正确；仅增大磁感觉强度时，电势差UCD变大，选项C正确；在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直且东西搁置，选项D错误。[答案]BC速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应拥有同样的特色，即在坚固状态时，电荷所受的洛伦兹力与电场力均等大反向。1．以以下图，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里，一带电粒子以某一速度沿水平直线经过两极板。若不计重力，以下四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变？()A．粒子速度的大小B．粒子所带的电荷量C．电场强度D．磁感觉强度分析：选B带电粒子在电场和磁场中做匀速直线运动，由均衡条件知qE＝qvB，能够看出，带电粒子在电场和磁场中运动时，电场强度、磁感觉强度以及带电粒子速度的大小均能影响粒子的运动轨迹，而粒子所带的电荷量不影响运动轨迹，选项A、C、D不符合要求，选项B正确。2.为了丈量某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管尾端安装了以以下图的流量计，该装置由绝缘资料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两头张口，在垂直于上下表面方向加磁感觉强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，以下说法正确的选项是()A．若污水中正离子好多，则前内侧面比后内侧面电势高B．前内侧面的电必然定低于后内侧面的电势，与哪一种离子多没关C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D．污水流量Q与电压U成正比，与a、b相关分析：选B由左手定章可判断：若流动的是正离子，则正离子向里偏，前内侧面电势低于后内侧面电势；若流动的是负离子，则负离子向外偏，仍旧是前内侧面电势低于后内侧面的电势，故A错B对。污水坚固流动时，对任一离子有：qvB＝qE＝eq\f(qU,b)，因此U＝Bbv，电势差与浓度没关，故C错。流量Q＝Sv＝bc·eq\f(U,Bb)＝eq\f(cU,B)，能够看出流量与a、b均没关，故D错。3．以以下图，平行金属板M、N之间的距离为d，此中匀强磁场的磁感觉强度为B，方向垂直于纸面向外，有带电荷量同样的正、负离子构成的等离子束，以速度v沿着水平方向由左端连续射入，电容器的电容为C，当S闭合且电路达到坚固状态后，平行金属板M、N之间的内阻为r，电容器的带电荷量为Q，则以下说法正确的选项是()A．当S断开时，电容器的充电电荷量Q>CBdvB．当S断开时，电容器的充电电荷量Q＝CBdvC．当S闭合时，电容器的充电电荷量Q＝CBdvD．当S闭合时，电容器的充电电荷量Q>CBdv分析：选B等离子束射入磁场中，遇到洛伦兹力，离子将打到两极板上而产生电场，当今后的离子所受的洛伦兹力与电场力均衡时，平行金属板M、N之间电压坚固，电容器的电压和电量都坚固，由均衡条件得qvB＝qeq\f(U,d)，得U＝Bvd，当开封闭合时，因为有内阻r，电容器两头的电压小于Bvd，故Q＜CBdv；当开关断开时，电容器两头的电压等于Bdv，故Q＝CBdv，故B正确。1.如图，a是竖直平面P上的一点。P前有一条形磁铁垂直于P，且S极朝向a点，P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下，在水平面内向右曲折经过a点。在电子经过a点的瞬时，条形磁铁的磁场对该电子的作使劲的方向()A．向上B．向下C．向左D．向右分析：选A条形磁铁的磁感线方向在a点为垂直P向外，粒子在条形磁铁的磁场中向右运动，因此依据左手定章可得电子遇到的洛伦兹力方向向上，A正确。2．如图，在OX，OY，OZ构成的直角坐标系中，电子沿着Y轴的正向运动，它产生的磁场在Z轴上A处的方向是()A．－X方向B．－Y方向C．－Z方向D．都不是分析：选A电子(带负电)沿Y轴正方向运动，形成的电流的方向沿Y轴负方向。依据安培定章，A处的磁场的方向沿X轴的负方向，因此选项A正确。3.在长直通电螺线管中通入变化的电流i(以以下图电流的方向周期性改变)，并沿着此中心轴线OO′的方向射入一颗速度为v的电子，则此电子在螺线管内部空间运动的状况是()A．匀速直线运动B．往归来往运动C．变速直线运动D．曲线运动分析：选A通电螺线管内部的磁场方向与轴线平行，故电子进入螺线管后不受洛伦兹力，应做匀速直线运动。4．[多项选择]以以下图，用丝线吊一个质量为m的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中，空气阻力不计，若小球分别从A点和B点向最低点O运动，则两次经过O点时()A．小球的动能同样B．丝线所受的拉力同样C．小球所受的洛伦兹力同样D．小球的向心加快度同样分析：选AD带电小球遇到的洛伦兹力及绳的拉力跟速度方向时辰垂直，对小球不做功，只改变速度方向，不改变速度大小，只有重力做功，故两次经过O点时速度大小不变，动能同样，选项A正确；小球分别从A点和B点向最低点O运动，两次经过O点时速度方向相反，由左手定章可知两次经过O点时洛伦兹力方向相反，故绳的拉力大小不同样，选项B、C错误；由a＝eq\f(v2,R)可知向心加快度同样，选项D正确。5．[多项选择]以以下图，一只阴极射线管，左边不停有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹向下偏，则()A．导线中的电流从A流向BB．导线中的电流从B流向AC．若要使电子束的径迹向上偏，能够经过改变AB中的电流方素来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向没关分析：选BC电流的方向与负电荷运动的方向相反，因此阴极射线管内电流的方向向左；由题图可知，电子遇到的洛伦兹力的方向向下，因此阴极射线管处的磁场的方向垂直于纸面向里，由安培定章可知，AB中电流的方向由B到A，故A错误，B正确；若要使电子束的径迹向上曲折，则阴极射线管处的磁场的方向需向外，能够改变AB中的电流方素来实现，故C正确；由以上的分析可知，电子束的径迹与AB中的电流方向相关，故D错误。6．[多项选择]如图，速度为v0、电荷量为q的正离子(不计重力)恰能沿直线飞出速度选择器，则()A．若改为电荷量为2q的正离子(其余条件不变)，离子仍沿直线飞出B．若速度变成2v0(其余条件不变)，离子将往上偏C．若改为电荷量为－q的离子(其余条件不变)，离子将往下偏D．若改为电荷量为－q的离子，则必然从右边飞入速度选择器，才能沿直线飞出分析：选AB正离子恰能沿直线飞出离子速度选择器，依据左手定章判断可知，离子受的洛伦兹力方向向上，电场力方向向下，此时洛伦兹力与电场力二力均衡，应当有qv0B＝qE，即v0B＝E，该等式与离子的电荷量没关，若只改变电荷量，离子仍沿直线运动，若改为电荷量为－q的离子，遇到向上的电场力，向下的洛伦兹力，仍知足二力均衡，故从左边到右边还能够沿直线飞出，A正确，C、D错误；若速度变成2v0，洛伦兹力增大为本来的2倍，而离子受的洛伦兹力方向向上，电场力不变，因此离子将向上偏转，故B正确。7.截面为矩形的载流金属导线置于磁场中，以以下图，将出现以下哪一种状况()A．在b表面齐集正电荷，而a表面齐集负电荷B．在a表面齐集正电荷，而b表面齐集负电荷C．开始通电时，电子做定向挪动并向b偏转D．两个表面电势不同样，a表面电势较高分析：选A金属导体靠电子导电，金属正离子并无挪动，而电流由金属导体中的自由电子的定向挪动(向左挪动)形成。应用左手定章，四指应指向电流的方向，让磁感线垂直穿过手心，拇指的指向即为自由电子的受力方向。也就是说，自由电子受洛伦兹力方向指向a表面一侧，实质上自由电子在向左挪动的同时，遇到指向a表面的作使劲，并在a表面进行齐集，因为整个导体是呈电中性的(正、负电荷总量相等)，因此在b的表面“裸露”出正电荷层，并使b表面电势高于a表面电势。8．[多项选择]某空间存在着如图甲所示的足够大的沿水平方向的匀强磁场。在磁场中A、B两个物块叠放在一同，置于圆滑水平面上，物块A带正电，物块B不带电且表面绝缘。在t1＝0时辰，水平恒力F作用在物块B上，物块A、B由静止开始做加快度同样的运动。在A、B一同向左运动的过程中，以下说法正确的选项是()A．图乙能够反应A所受洛伦兹力大小随时间t变化的关系B．图乙能够反应A对B的摩擦力大小随时间t变化的关系C．图乙能够反应A对B的压力大小随时间t变化的关系D．图乙能够反应B对地面压力大小随时间t变化的关系分析：选CD由题意知物体由静止做匀加快运动，速度v＝at；那么洛伦兹力：F＝qvB＝qBat，洛伦兹力大小随时间t的变化关系图线应过原点，故A错误；物块A对物块B的摩擦力大小f＝mAa，因为a不变，因此f随时间t的变化保持不变，故B错误；B遇到的压力：N＝mAg＋qvB＝mAg＋qBat，因此随时间在平均增大，故C正确；B对地面的压力为：N1＝mAg＋mBg＋qvB＝mAg＋mBg＋qBat，因此随时间在平均增大，故D正确。9.[多项选择]以以下图，在图中虚线所围的地区内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感觉强度为B的匀强磁场，已知从左方水平射入的电子，经过该地区时未发生偏转，假定电子重力可忽视不计，则在该地区中的E和B的方向可能是()A．E竖直向上，B垂直纸面向外B．E竖直向上，B垂直纸面向里C．E和B都沿水平方向，并与电子运动方向同样D．E和B都沿水平方向，并与电子运动方向相反分析：选ACD假如E竖直向上，B垂直纸面向外，电子沿图中方向射入后，电场力向下，洛伦兹力向上，二力可能均衡，电子可能沿直线经过E、B共存地区，故A对；同理B不对；假如E、B沿水平方向且与电子运动方向同样，电子不受洛伦兹力作用，但电子遇到与E反方向的电场力作用，电子做匀减速直线运动，也不偏转，故C对；假如E、B沿水平方向，且与电子运动方向相反，电子仍不受洛伦兹力，电场力与E反向，即与速度同方向，故电子做匀加快直线运动，也不偏转，故D对。10．[多项选择]以以下图为磁流体发电机的原理图：将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就汇齐集电荷，两板间就会产生电压，假如射入的等离子体速度均为v，两金属板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感觉强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间。当发电机坚固发电时，电流表示数为I，以下说法正确的选项是()A．上极板A带负电B．两极板间的电动势为IRC．板间等离子体的内阻为eq\f(Bdv,I)－RD．板间等离子体的电阻率为eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bdv,I)－R))分析：选ACD大批带正电和带负电的微粒进入磁场时，由左手定章能够判断正电荷遇到的洛伦兹力向下，因此正电荷汇齐集到B板上，负电荷遇到的洛伦兹力向上，负电荷齐集到A板上，故B板相当于电源的