高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力优秀达标测试

1.2  磁场对运动电荷的作用力

【学习目标】

1.   通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解洛伦兹力在生产生活中的应用。
2.   经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，体会模型建构与演绎推理的方法。经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程，进一步体 会矢量分析的方法。

3.  了解显像管的基本构造及工作的基本原理，认识电子束的磁偏转，体会物理知识与科学技术的关系。

【开启新探索】

磁场对通电导线的作用力称安培力。磁场对不通电的导线有没有作用力？思考一下，为什么导体在磁场中会有这样的表现？

【质疑提升1】洛伦兹力的方向

1. 阴极射线管的左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极发射的电子在强电场的作用下加速飞向阳极。 观察实验：不加磁场时，电子束做怎样的运动？加磁场时，电子束做怎样的运动？本实验有怎样的意义？

2. 什么是洛伦兹力？洛伦兹力与安培力有着怎样的关系呢？

       洛伦兹力：            在       中受到的力称洛伦兹力。

   安培力是洛伦兹力的      表现，洛伦兹力是安培力的     本质。

3. 结合实验中阴极射线管发出的电子在磁场作用下的偏转方向、安培力方向的判断方法，思考：如何判定运动电荷在磁场中洛伦兹力的方向？如图所示，试判定正电荷的受力方向。

4.  洛伦兹力方向的判定方法？

   （1）左手定则：伸开      ，使      与其余          垂直，并且都与      在         内；让磁感线从      垂直进入，并使        指向           运动的方向，这时        所指的方向就是运动的     电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。

（2） 负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相    ；当电荷速度方向与磁场方向平行时，粒子       。

（3） 洛伦兹力的方向与带电粒子速度的方向       ，所以洛伦兹力对粒子       。（做功、不做功）

【学以致用1】

1. 试判断图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。

2. 下列说法正确的是(      )

A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力作用

B．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零

C．洛伦兹力能改变带电粒子的动能

D．洛伦兹力对带电粒子不做功

3.  如图所示，匀强磁场的方向垂直纸面向里，P和Q是两个从O点射出的带电粒子的运动径迹，由此可知(　　)

A．径迹P和Q的粒子电性都为正     

B．径迹P和Q的粒子电性都为负

C．径迹P的粒子电性为正，径迹Q的粒子电性为负

D．径迹P的粒子电性为负，径迹Q的粒子电性为正

4． 初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则(　　)

A．电子将向右偏转，速率不变   B．电子将向左偏转，速率改变

C．电子将向左偏转，速率不变   D．电子将向右偏转，速率改变

【质疑提升2】洛伦兹力的大小、电子束的磁偏转

1.  我们知道，在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场与导体垂直时，安培力可由F=BIL求解。试通过安培力和洛沦兹力的关系，找出带电量为q的电荷，以速度v垂直进入匀强磁场，电荷所受洛伦兹力的大小？

2.  当电荷运动方向与磁场方向夹角为时，电荷所受的洛伦兹力又为多少？

3.  结合对洛伦兹力大小和方向的认识，阅读课本P9，了解电子束的磁偏转现象及应用，并分析“思考和讨论”中的相关问题。

【学以致用】

1. 两个带电粒子以相同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，电荷量之比为1：2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为(　　)

A.2∶1   B.1∶1   C.1∶2   D.1∶4

2.  如图所示，带电油滴以水平向右的速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，若油滴质量为m，磁感应强度为B，则油滴带     电荷，电荷量为        。(正、mg/Bv)

3.  如图所示，足够长的竖直绝缘墙壁右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为m、带电量为-q的绝缘物块与绝缘墙壁之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，现将小物块紧贴竖直墙壁由静止释放，则在小物块下落的过程中，下列说法正确的是              (　　)

A.小物块下落的过程中会与墙壁分离

B.小物块向下运动的过程中速度先增大后减小

C.小物块向下运动的过程中速度最大时，加速度向上

D.小物块能达到的最大速度为

4.  质量为m、带电荷量为＋q的小球，用一长为l的绝缘细线悬挂在方向垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示，用绝缘的方法使小球位于使悬线呈水平的位置A，然后静止释放，小球运动的平面与B的方向垂直，求小球第一次和第二次经过最低点C时悬线的拉力FT1和FT2。

3mg±qB

【核心素养提升】

1. 如图所示，带电粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外的是（ C      ）

2.  汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。如图所示，把电子射线管（阴极射线管）放在蹄形磁铁的两极之间，可以观察到电子束偏转的方向是（    ）

A．向上    B．向下

C．向左    D．向右

3.  如图所示，一束带正电的粒子流某时刻沿虚线射向地球，此时该粒子流在地磁场中受到的洛伦兹力方向(　　)

A. 偏向S极     B. 偏向N极

C. 垂直纸面向外    D. 垂直纸面向里

4.  当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则 （       ）

A．带电粒子向上偏转

B．带电粒子向下偏转

C．带电粒子速度方向不变

D．不能判断带电粒子向哪个方向偏转

5.  在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将(　　)

1. 向上偏转     B. 向下偏转

C. 向纸里偏转    D. 向纸外偏转

6.  有关洛伦兹力和安培力的描述，下列说法中正确的是(　　)

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

7． 带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力作用，下列表述正确的是(　　)

A．洛伦兹力对带电粒子做功      B．洛伦兹力不改变带电粒子的动能

C．洛伦兹力的大小与速度无关    D．洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向

8． 在垂直向纸内的匀强磁场中，为了使小球能飘离板面，现将板平行于纸面运动，其速度的大小和方向应该是 (    )

A．大小为，方向向右    B．大小为，方向向左

C．大小为，方向向上    D．大小为，方向向下

9.   如图所示的平行板器件中，电场E和磁场B相互垂直。具有某一水平速度v的带电粒子将沿着图中所示的虚线穿过两板间的空间而不发生偏转。具有其他速度的带电粒子将发生偏转，这种器件能把具有速度v的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。试证明带电粒子具有速度v =E/B时，才能沿着图示的虚线路径通过（不计粒子的重力）。

证明略 

扩：改变电荷量、电荷极性是否还可以速度选择？

    若速度大于E/B，电荷将向哪个方向偏？小于呢？

    从右侧，出口改入口是否还可以速度选择？

    说明是速度选择器、不是速率选择器，速度选择与电荷无关。

扩：将电场方向反向，是否还可以速度选择？强调速度选择器电场与磁场的匹配。

扩：  设板间距离为d，则板间电压？U=Bvd

10.  一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板 A、B 之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B 两板间便产生电压。如果把 A、B 和用电器连接，A、B 就是一个直流电源的两个电极。

（1）  A、B 板哪一个是电源的正极 ?

（2）若 A、B 两板相距为 d，板间的磁场 按匀强磁场处理，磁感应强度为 B，等离子体以速度 v 沿垂直于B的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大？

      B板， Bvd

说明： 电荷偏转、电荷积累，动态平衡的动态分析。

       速度选择器。

11.  我们已经知道，垂直于匀强磁场磁感线的通电导线所受的安培力 F ＝ BIL，由此，我们用B ＝来定义磁感应强度。同样，运动方向垂直于匀强磁场磁感线的带电粒子所受的洛伦兹力F＝qvB，由此也可以用洛伦兹力来定义磁感应强度，这样得到磁感应强度的定义式是怎样的？把这个定义式与电场强度的定义式E＝进行对比，这两个定义式的差别在哪里？通过对这两个定义式的对比，你能获得哪些认识？

          B＝F/qv     条件性：与粒子的速度有关，要求速度和磁场一定要垂直。

          定义引入相关物理量，条件性等。 

12. 如图所示，一根足够长的光滑绝缘杆MN，与水平面夹角为37°，固定在竖直平面内，垂直纸面向里的匀强磁场B充满杆所在的空间，杆与B垂直，质量为m的带电小环沿杆下滑到图中的P处时，对杆有垂直杆向下的压力作用，压力大小为0.4mg，已知小环的带电荷量为q，问:

(1)小环带什么电?

(2)小环滑到P处时的速度多大?

(3)小环滑到离P多远处，环与杆之间没有正压力?

负电、2mg/5qB、2m2g/5q2B2

说明：运动情景？

若正电呢？

若负电、μ=0.5呢？