高中物理第5章磁场与回旋加速器5_5探究洛伦兹力学业分层测评沪科版选修3-1

1、精品教案探究洛伦兹力（建议用时：45分钟）学业达标1 .（多选）下列说法正确的是（）A.所有电荷在电场中都要受到电场力的作用8 .所有电荷在磁场中都要受到洛伦兹力的作用C. 一切运动电荷在磁场中都要受到洛伦兹力的作用D.运动电荷在磁场中，只有当垂直于磁场方向的速度分量不为零时，才受到洛伦兹力 的作用【解析】 电荷在电场中受电场力 F=qE,不管运动还是静止都一样，故 A对；而运 动电荷在磁场中受到的洛伦兹力 F= qvB,其中v是垂直于B的分量，当v平行于B时，电 荷不受洛伦兹力，故 B、C错，D对.【答案】AD2 .（2016宿迁高二检测姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子.如图5-5-10所

2、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 （）图 5-5-10A.向上B.向下C.向左D.向右【解析】电子束由负极向正极运动，带负电，电子束运动范围内的磁场由N极指向S极，根据左手定则可知，洛伦兹力方向向下.【答案】B3 .速率相同的电子垂直磁场方向进入四个不同的磁场，其轨迹如下图所示，则磁场最可编辑强的是（）【解析】由qvB = m;彳导r = qB速率相同时，半径越小，磁场越强，选项 D正确.【答案】D4 . （2016 烟台高二检测粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的 4倍与2倍，两粒子均 带正电荷.让它们在匀强磁场中同一点以大小相等、 方向相反的

3、速度开始运动. 已知磁场方 向垂直于纸面向里.则下列四个图中，能正确表示两粒子运动轨迹的是（ ）【解析】由洛伦兹力和牛顿第二定律可得甲=叫，乙=mv,故里=2,且由左q甲Bq乙Br乙手定则对其运动的方向判断可知A正确.5 .半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力）从A点以速度vo垂直于磁场方向射入磁场中，并从B点射出.ZAOB= 120。如图5-5-11所示，则该带电粒子在磁场中运动的时间为（）图 5-5-113兀A.一3vo兀C.一3vo匀速圆周运动的半径为确.D.3vo【解析】如图所示由/ AOB= 120 °可知，弧AB所对圆心角 0= 6

4、0 ° ,设带电粒子做ABR.由几何知识知R=&r, t =v【答案】D6 .如图5-5-12所示，a和b带电荷量相同，以相同动能从 A点射入磁场，在匀强磁场中做圆周运动的半径ra=2rb,则可知（重力不计）（图 5-5-12A.两粒子都带正电，质量比m a/mb = 4B.两粒子都带负电，质量比ma/mb = 4C.两粒子都带正电，质量比ma/mb = 1/4D.两粒子都带负电，质量比ma/mb=1/4【解析】由于qa=qb、Eka=Ekb,由动能Ek = mv2和粒子旋转半径 r=一二，可得m2qBr2q2B2-可见m与半径r的平方成正比，故ma ： mb= 4 ： 1

5、,再根据左手定则判知粒子应 2Ek带负电，故B正确.7 . 一初速度为零的质子（质量m= 1.67 x 107 kg ,电荷量q= 1.6 x 109 C）,经过电 压为1 880 V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0 X T04 T的匀强磁场中，质子所受的洛伦兹力为多大？1【解析】在加速电场中，由动能定理 qU=£mv2得，2Uq质子获得的速率 丫 =、/"一6.0 x51m/s ,质子受到的洛伦兹力 f=Bqv=4.8 x 107 N.【答案】 4.8 X 1017 N能力提升8 .（2013安徽财"5-5-13中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线

6、，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示.一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是（）I/ %； q%图 5-5-13A.向上B.向下C.向左D.向右【解析】 综合应用磁场的叠加原理、左手定则和安培定则解题.由安培定则分别判断 出四根通电导线在 O点产生的磁感应强度的方向，再由磁场的叠加原理得出O点的合磁场方向向左，最后由左手定则可判断带电粒子所受的洛伦兹力方向向下，故选项B正确.【答案】 B9 .（多选）空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图5-5-14中的正方形为其边界.一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向

7、从O点入射.这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子，不计重力.下列说 法正确的是（）【导学号：37930069 :M X X X；图 5-5-14A.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同B.入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同C.在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同D.在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大v2【解析】粒子进入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即 qvB=m-,则r轨迹半径r = m上，周期T=2"=红色.由于粒子的比荷相同， 入射速度相同的粒子在磁场中 qBv qB的运动

8、轨迹一定相同，选项B正确.入射速度不同的粒子，在磁场中的运动轨迹不同，但运动时间可能相同， 比如，速度较小的粒子会从磁场的左边界飞出，都运动半个周期，而它们的周期相同，故选项 A错误，进而可知选项 C错误.由于所有粒子做圆周运动的周期相 同，故在磁场中运动时间越长的，其轨迹所对的圆心角一定越大，选项 D正确.【答案】BD10 .（2014 全国卷）如图5-5-15 ,MN为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于 图平面的匀强磁场（未画出）.一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出，从Q点穿越铝板后到达 PQ的中点O.已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电 荷量不变，不计重力

9、.铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为（）C. 11【解析】设带电粒子在P点时初速度为V1,从Q点穿过铝板后速度为 V2,则Eki=一21mv2, Ek2 = mv 2,由题意可知21V1Ed=2Ek2,即一mv2=mv2,贝U =2V2:21.由洛伦兹力提供向心力，即qvBmv2R，mv得 R=二， qBR1 2由题意可知一=一, R2 1B1V1R2所以一=B2V2 R1也故选项D正确.2【答案】 D11 .(2016杭州高二检测图5-5-16 所示，以ab为分界面的两个匀强磁场，方向均垂直纸面向里，其磁感应强度B1 = 2B2.现有一质量为 m、电荷量为+ q的粒子从O点沿图示方向以速度v开始运动，求经过多长时间粒子重新回到O点，并画出粒子的运动轨迹.XXX图 5-5-16【解析】 粒子重新回到 O点的运动轨迹如图所示,则其运动轨迹为在 B1中可组成一个整圆，在 B2中是个半圆.2 7tm um 2 %mqB1 qB2 qB22 um【答案】运动轨迹如解析图所示qB212.(2016杭州高二榆蒯图5-5-17所示，匀强磁场的磁感应强度为B,宽度为d,边界为CD和EF.一个电子从 CD边界外侧 A点以速率V0垂直匀强磁场射入，入射方向与CD边界夹角为8.已知电子的质量为 m ,电荷量为e,为使电子能从磁场的另一侧EF射出, 则电子的速率vo至少为多少?图 5-5-17【解析