高中物理 第三章 磁场《磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力》知能优化训练 教科版选修31.doc

磁场对运动电荷的作用洛伦兹力1.关于带电粒子所受洛伦兹力f、磁感应强度b和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是（ ）a.f、b、v三者必定均保持垂直b.f必定垂直于b、v，但b不一定垂直于vc.b必定垂直于f、v，但f不一定垂直于vd.v必定垂直于f、b，但f不一定垂直于b解析：选b.本题考查公式fqvb中各物理量的关系.由左手定则可知fb，fv，b与v可以不垂直，故b正确，a、c、d错误.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，一定受到洛伦兹力的作用b.运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零c.洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度d.洛伦兹力对带电粒子不做功解析：选d.运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力fqvbsin，所以f的大小不但与q、v、b有关系，还与v的方向与b的夹角有关系，当0或180时，f0，此时b不一定等于零，所以a、b错误；又洛伦兹力与粒子的速度始终垂直，所以洛伦兹力对带电粒子不做功，粒子的动能也就不变，但粒子速度方向要变.所以c错.d对.3.一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场.粒子的一段径迹如图347所示.径迹上的每一小段都可近似看成圆弧.由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变).从图中情况可以确定（ ）图347a.粒子从a到b，带正电b.粒子从a到b，带负电c.粒子从b到a，带正电d.粒子从b到a，带负电解析：选d.垂直于磁场方向射入匀强磁场的带电粒子受洛伦兹力作用，使粒子做匀速圆周运动，半径r.由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量减小，又据ekmv2知，v在减小，故r减小，可判定粒子从b向a运动；另据左手定则，可判定粒子带负电.4.质子和一价钠离子分别垂直进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动，如果他们做圆周运动的半径恰好相等，这说明它们在进入磁场时（ ）a.速率相等 b.质量和速率的乘积相等c.动能相等 d.质量相等解析：选b.由r可知，由于质子和一价钠离子带电荷量相等，则只要质量和速率的乘积相等，其半径就相等.5.如图348所示，正、负电子垂直磁场方向沿与边界成30角的方向射入匀强磁场中，求正、负电子在磁场中的运动时间之比.图348解析：首先画出正、负电子在磁场中的运动轨迹如图所示，上边轨迹为正电子的，下边轨迹为负电子的，由几何知识知：正电子圆弧轨迹所对圆心角1260，而负电子的圆周轨迹所对圆心角23602300，由tt，故t1t，t2t，t1t21215.答案：15一、选择题1.如图349所示的是磁感应强度b、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力f三者方向的相互关系图(其中b垂直于f与v决定的平面，b、f、v两两垂直).其中正确的是（ ）图349解析：选d.此题主要考查左手定则及立体图像的辨认，利用左手定则可判断出d是正确的.2.(南京高二检测)以下说法正确的是（ ）a.电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力b.运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力c.洛伦兹力对运动电荷一定不做功d.洛伦兹力可以改变运动电荷的速度大小解析：选c.只有运动电荷的速度方向与磁场不平行时，运动电荷才会受到洛伦兹力的作用，且洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，对运动电荷永不做功，故a、b、d错误，c正确.3.关于安培力和洛伦兹力，下面说法中正确的是（ ）a.洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力b.安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力c.安培力和洛伦兹力，二者是等价的d.安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功解析：选bd.安培力和洛伦兹力实际上都是磁场对运动电荷的作用力，但二者不是等价的，安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现，它可以对通电导体做功，但洛伦兹力不能对运动电荷做功.4.关于运动电荷和磁场的说法中，正确的是（ ）a.运动电荷在某点不受洛伦兹力的作用，这点的磁感应强度必为零b.电荷的运动方向、磁感应强度和电荷所受洛伦兹力的方向一定互相垂直c.电子射线由于受到垂直于它的磁场作用而偏转，这是因为洛伦兹力对电子做功的结果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：选d.当电荷的运动方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，a错；洛伦兹力垂直于速度方向和磁场方向，但磁场方向和运动方向不一定垂直，b错；洛伦兹力总与运动方向垂直，对运动电荷不做功，c错；电荷与磁场没有相对运动时，电荷不受洛伦兹力作用，d对.5.如图3410所示，表示匀强磁场b垂直于yoz平面竖直向上，要使速率相同的电子进入磁场后，受到的洛伦兹力最大，并且洛伦兹力的方向指向y轴正方向，那么电子运动方向可能是（ ）图3410a.沿z轴正方向进入磁场b.沿y轴负方向进入磁场c.在yoz平面内，沿任何方向进入d.在xoz平面内，沿某一方向进入解析：选d.当电子运动速度与磁场垂直时所受洛伦兹力最大.再由左手定则可判知电子应在xoz平面内沿某一方向进入，d对.6.如图3411所示，一水平导线通以电流i，导线下方有一电子，初速度方向与电流平行，关于电子的运动情况，下述说法中正确的是（ ）图3411a.沿路径a运动，其轨道半径越来越大b.沿路径a运动，其轨道半径越来越小c.沿路径b运动，其轨道半径越来越小d.沿路径b运动，其轨道半径越来越大解析：选a.由安培定则知，电子所在处的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则知，电子所受洛伦兹力向下，故沿路径a运动，c、d均错；离导线越远，磁场越弱，由r知，其轨道半径越来越大，a对，b错，所以正确答案为a.7.有三束粒子，分别是质子(h)、氚核(h)和粒子束，如果它们以相同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场(磁场方向垂直于纸面向里)，在图3412所示的四个图中，能正确表示出这三束粒子运动轨迹的是（ ）图3412解析：选c.由粒子在磁场中运动的半径r可知，粒子在磁场中运动的轨迹应该与粒子的比荷有关，即r1r2r3132，所以三种粒子的轨迹应该是氢核半径最小，氚核半径最大，粒子束在中间，所以c选项正确.8.电子e以垂直于匀强磁场的速度v，从a点进入长为d、宽为l的磁场区域，偏转后从b点离开磁场，如图3413所示，若磁场的磁感应强度为b，那么（ ）图3413a.电子在磁场中的运动时间td/vb.电子在磁场中的运动时间t/vc.洛伦兹力对电子做的功是wbevld.电子在b点的速度大小也为v解析：选bd.粒子在磁场中做匀速圆周运动中速度大小不变，洛伦兹力不做功.二、非选择题9.如图3414所示，在y0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xoy平面并指向纸面外，磁感应强度为b.一带正电的粒子以速度v0从o点射入磁场，入射方向如图，与x轴正向的夹角为.若粒子射出磁场的位置与o点的距离为l，求该粒子的电荷量和质量之比.图3414解析：带正电的粒子射入磁场后，由于受到洛伦兹力的作用，粒子将沿图虚线所示的轨迹运动，从a点射出磁场，o、a间的距离为l，射出时速度的大小仍为v0，射出的方向与x轴的夹角仍为.由洛伦兹力公式和牛顿定律可得qv0b解得r圆轨道的圆心位于oa的中垂线上，由几何关系可得rsin联立、两式，解得.答案：10.质量为0.1 g的小物块，带有5104 c的电荷量，放在倾角为30的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 t的匀强磁场中，磁场方向如图3415所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g10 m/s2)问：图3415(1)物块带电性质？(2)物块离开斜面时的速度为多少？(3)物块在