高中人教物理選擇性必修二1.2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力

1、第一章 安培力與洛倫茲力第1節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 一、洛倫茲力的方向1.洛倫茲力：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力.2.洛倫茲力的方向(1)左手定則：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線(xiàn)從掌心進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向.負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反.(2)特點(diǎn)：FB，F(xiàn)v，即F垂直于B和v決定的平面.二、洛倫茲力的大小1.洛倫茲力與安培力的關(guān)系(1)安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀(guān)表現(xiàn).而洛倫茲力是安培力的微觀(guān)本質(zhì).(2)洛倫茲力對(duì)電荷不做功，但安培力卻可以對(duì)導(dǎo)體做功.2

2、.洛倫茲力的大小：FqvBsin ，為電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角.(1)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)：FqvB；(2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)：F0；(3)當(dāng)電荷在磁場(chǎng)中靜止時(shí)：F0.3洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別聯(lián)系洛倫茲力是指單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受到的磁場(chǎng)力，而安培力是指電流(即大量定向移動(dòng)的電荷)所受到的磁場(chǎng)力洛倫茲力永不做功，而安培力可以做功安培力是洛倫茲力的宏觀(guān)表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀(guān)解釋大小關(guān)系：F安NF洛(N是導(dǎo)體中定向運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù))方向關(guān)系：洛倫茲力與安培力的方向特點(diǎn)一致，均可用左手定則進(jìn)行判斷4洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較洛倫茲力電場(chǎng)力作用條件僅在運(yùn)動(dòng)電荷的速度

3、方向與B不平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷才受到洛倫茲力帶電粒子只要處在電場(chǎng)中，就一定受到電場(chǎng)力大小方向FqvBsin ，方向與B垂直，與v垂直，用左手定則判斷FqE，F(xiàn)的方向與E同向或反向特點(diǎn)洛倫茲力永不做功電場(chǎng)力可做正功、負(fù)功或不做功相同點(diǎn)反映了電場(chǎng)和磁場(chǎng)都具有力的性質(zhì) 【例題1】(多選)在圖中虛線(xiàn)所示的區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng).取坐標(biāo)如圖所示，一帶電粒子沿x軸正方向進(jìn)入此區(qū)域，在穿過(guò)此區(qū)域的過(guò)程中運(yùn)動(dòng)方向始終不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不計(jì)重力的影響，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向可能是()A.E和B都沿x軸方向B.E沿y軸正向，B沿z軸正向C.E沿z軸正向，B沿y軸正向D.E、B都沿z軸方向答案：AB解析：本題沒(méi)有

4、說(shuō)明帶電粒子的帶電性質(zhì)，為便于分析，假定粒子帶正電.A選項(xiàng)中，磁場(chǎng)對(duì)粒子作用力為零，電場(chǎng)力與粒子運(yùn)動(dòng)方向在同一直線(xiàn)上，運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A正確；B選項(xiàng)中，電場(chǎng)力方向向上，洛倫茲力方向向下，當(dāng)這兩個(gè)力平衡時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)方向可以始終不變，B正確；C選項(xiàng)中，電場(chǎng)力、洛倫茲力都沿z軸正方向，將做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)；D選項(xiàng)中，電場(chǎng)力沿z軸方向，洛倫茲力沿y軸方向，兩力不可能平衡，粒子將做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò).如果粒子帶負(fù)電，仍有上述結(jié)果.【例題2】如圖所示，在真空中，水平導(dǎo)線(xiàn)中有恒定電流I通過(guò)，導(dǎo)線(xiàn)的正下方有一質(zhì)子初速度方向與電流方向相同，則質(zhì)子可能的運(yùn)動(dòng)情況是()A沿路徑a運(yùn)動(dòng)B沿路徑b運(yùn)動(dòng)C沿路徑c運(yùn)動(dòng)D

5、沿路徑d運(yùn)動(dòng)思路點(diǎn)撥解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)明確電流周?chē)艌?chǎng)的特點(diǎn)；(2)由左手定則判定質(zhì)子所受洛倫茲力的方向；(3)確定質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡答案：B解析：由安培定則知，電流在其下方產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向指向紙外，由左手定則，質(zhì)子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力方向向上，則質(zhì)子的軌跡必定向上彎曲，C、D錯(cuò)誤由于洛倫茲力方向始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，故其運(yùn)動(dòng)軌跡必定是曲線(xiàn)，B正確，A錯(cuò)誤【例題3】如圖所示，a為帶正電的小物塊，b是一不帶電的絕緣物塊(設(shè)a、b間無(wú)電荷轉(zhuǎn)移)，a、b疊放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).現(xiàn)用水平恒力F拉b物塊，使a、b一起無(wú)相對(duì)滑動(dòng)地向左做加速運(yùn)動(dòng)，則在加速運(yùn)

6、動(dòng)階段()A.a對(duì)b的壓力不變B.a對(duì)b的壓力變大C.a、b物塊間的摩擦力變大D.a、b物塊間的摩擦力不變答案：B解析：a、b整體受總重力、拉力F、向下的洛倫茲力qvB、地面的支持力FN和摩擦力Ff，豎直方向有FN(mamb)gqvB，水平方向有FFf(mamb)a，F(xiàn)fFN.在加速階段，v增大，F(xiàn)N增大，F(xiàn)f增大，加速度a減小.對(duì)a受力分析，a受重力mag、向下的洛倫茲力qvB、b對(duì)a向上的支持力FN、b對(duì)a向左的靜摩擦力Ff，豎直方向：FNmagqvB，水平方向：Ffmaa.隨著v的增大，F(xiàn)N增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；加速度a在減小，所以a、b物塊間的摩擦力變小，選項(xiàng)C、D均錯(cuò)誤.【例題4

7、】質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小物塊，從傾角為的光滑絕緣斜面上由靜止下滑，整個(gè)斜面置于方向水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示。若帶電小物塊下滑后某時(shí)刻對(duì)斜面的作用力恰好為零，下面說(shuō)法中正確的是 ()A小物塊一定帶正電荷 B小物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) C小物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做加速度增大，而速度也增大的變加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) D小物塊在斜面上下滑過(guò)程中，當(dāng)小物塊對(duì)斜面壓力為零時(shí)的速率為eq f(mg,Bq)答案：B解析：選帶電物塊下滑后某時(shí)刻對(duì)斜面的作用力恰好為零，知洛倫茲力的方向垂直于斜面向上，根據(jù)左手定則知，物塊帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；物塊在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受重力、斜面的支持力、洛倫茲力，合外

8、力沿斜面向下，大小為mgsin ，根據(jù)牛頓第二定律知agsin ，物塊在離開(kāi)斜面前做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)壓力為零時(shí)，在垂直于斜面方向上的合力為零，有mgcos qvB，解得veq f(mgcos ,Bq)，故D錯(cuò)誤。1(多選)如圖所示的四種情況中，對(duì)各粒子所受洛倫茲力方向的描述正確的是()2關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子速度v三者方向之間的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是()AF、B、v三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vCB必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vDv必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B3、每時(shí)每刻都有大量宇宙射線(xiàn)向地球射來(lái)，地磁場(chǎng)可以

9、改變射線(xiàn)中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，使它們不能到達(dá)地面，這對(duì)地球上的生物有十分重要的意義。假設(shè)有一個(gè)帶正電的宇宙射線(xiàn)粒子正垂直于地面向赤道射來(lái)，在地磁場(chǎng)的作用下，它將()A.向東偏轉(zhuǎn) B.向南偏轉(zhuǎn)C.向西偏轉(zhuǎn) D.向北偏轉(zhuǎn)4、如圖所示，在豎直絕緣的水平臺(tái)上，一個(gè)帶正電的小球以水平速度v0拋出，落在地面上的A點(diǎn)，若加一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，小球仍能落到地面上，則小球的落點(diǎn)()A仍在A(yíng)點(diǎn) B在A(yíng)點(diǎn)左側(cè)C在A(yíng)點(diǎn)右側(cè) D無(wú)法確定5.(2020安徽安慶一中測(cè)試)如圖所示，擺球帶有負(fù)電的單擺，在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中擺動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向里，擺球在A(yíng)、B間擺動(dòng)過(guò)程中，由A擺到最低點(diǎn)C時(shí)，擺線(xiàn)拉力大小為F

10、1，擺球加速度大小為a1；由B擺到最低點(diǎn)C時(shí)，擺線(xiàn)拉力大小為F2，擺球加速度大小為a2，則()AF1F2，a1a2 BF1F2，a1a2CF1F2，a1a2 DF1F2，a1a26.兩個(gè)完全相同的帶等量的正電荷的小球a和b，從同一高度自由落下，分別穿過(guò)高度相同的水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，然后再落到地面上，設(shè)兩球運(yùn)動(dòng)所用的總時(shí)間分別為ta、tb，則()A.tatb B.tatbC.tatb D.條件不足，無(wú)法比較7.（多選）如圖所示，在圖中虛線(xiàn)所圍的區(qū)域內(nèi)，存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知從左方水平射入的電子，通過(guò)該區(qū)域時(shí)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，假設(shè)電子重力可忽略不計(jì)

11、，則在該區(qū)域中的E和B的方向可能是()AE豎直向上，B垂直紙面向外BE豎直向上，B垂直紙面向里CE和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)方向相同DE和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)方向相反8.(多選)如圖所示，在一絕緣、粗糙且足夠長(zhǎng)的水平管道中有一帶正電荷的小球，管道半徑略大于球體半徑，整個(gè)管道處于方向與管道垂直的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；現(xiàn)給球施加一個(gè)水平向右的初速度v0，以后小球的速度隨時(shí)間變化的圖象可能正確的是()9.(2019焦作高二檢測(cè))(多選)如圖所示，某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，一帶電微粒從a點(diǎn)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)并剛好能沿ab直線(xiàn)向上運(yùn)動(dòng)。下列說(shuō)法中正確的是()

12、A.微粒一定帶負(fù)電B.微粒的動(dòng)能一定減小C.微粒的電勢(shì)能一定增加D.微粒的機(jī)械能一定增加10.如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一足夠長(zhǎng)的絕緣細(xì)棒OO在豎直面內(nèi)垂直于磁場(chǎng)方向放置，細(xì)棒與水平面夾角為。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的圓環(huán)A套在OO棒上，圓環(huán)與棒間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，且tan ?，F(xiàn)讓圓環(huán)A由靜止開(kāi)始下滑，試問(wèn)圓環(huán)在下滑過(guò)程中：(1)圓環(huán)A的最大加速度為多大？獲得最大加速度時(shí)的速度為多大？(2)圓環(huán)A能夠達(dá)到的最大速度為多大？11.如圖所示，質(zhì)量為m1 kg、電荷量為q5102 C的帶正電的小滑塊，從半徑為R0.4 m的固定的光滑絕緣eq f(1,4)圓弧軌道上由靜止自A端滑下。

13、整個(gè)裝置處在方向互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)與勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。已知E100 V/m，方向水平向右；B1 T，方向垂直紙面向里。求：(g取10 m/s2)(1)滑塊到達(dá)圓弧軌道最低點(diǎn)C時(shí)的速度；(2)在C點(diǎn)時(shí)滑塊所受的洛倫茲力；(3)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小。1【答案】BD【解析】：由左手定則可判斷A圖中洛倫茲力的方向垂直于v向左上方，B圖中洛倫茲力的方向垂直于紙面向里，C圖中洛倫茲力的方向垂直于紙面向里，D圖中洛倫茲力的方向垂直于紙面向里，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤. 2【答案】B【解析】：本題考查公式FqvB中各物理量的關(guān)系，由左手定則可知FB，F(xiàn)v，B與v可以不垂直，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤3、【答

14、案】A【解析】赤道附近的地磁場(chǎng)方向水平向北，一個(gè)帶正電的射線(xiàn)粒子豎直向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)左手定則可以確定，它受到水平向東的洛倫茲力，故它向東偏轉(zhuǎn)。A正確。4、【答案】C【解析】小球在運(yùn)動(dòng)中任一位置的受力如圖所示，小球此時(shí)受到了斜向上的洛倫茲力的作用，小球在豎直方向的加速度ayeq f(mgqvBcos ,m)g，故小球在空中做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間將增加，同時(shí)水平方向上加速，故落點(diǎn)應(yīng)在A(yíng)點(diǎn)的右側(cè)，選項(xiàng)C正確5.【答案】B【解析】由于洛倫茲力不做功，所以擺球由B到達(dá)C和由A到達(dá)C點(diǎn)的速度大小相等，由aeq f(v2,r)可得a1a2.當(dāng)由A運(yùn)動(dòng)到C時(shí)，以擺球?yàn)檠芯繉?duì)象受力分析如圖甲所示，F(xiàn)1F洛mgma當(dāng)由

15、B運(yùn)動(dòng)到C時(shí)，受力分析如圖乙所示，F(xiàn)2F洛mgma由式可得：F1F2，故選項(xiàng)B正確6、【答案】C【解析】a球進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后，始終受到水平向右的電場(chǎng)力F電qE作用，這個(gè)力不會(huì)改變a在豎直方向運(yùn)動(dòng)的速度，故它下落的總時(shí)間ta與沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)自由下落的時(shí)間t0相同.b球以某一速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)瞬間它就受到水平向右的洛倫茲力作用，這個(gè)力只改變速度方向，會(huì)使速度方向向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)，又因?yàn)槁鍌惼澚κ冀K與速度方向垂直，當(dāng)速度方向變化時(shí)，洛倫茲力的方向也發(fā)生變化，不再沿水平方向.如圖所示為小球b在磁場(chǎng)中某一位置時(shí)的受力情況，從圖中可以看出洛倫茲力F洛的分力F1會(huì)影響小球豎直方向的運(yùn)動(dòng)，使豎直下落的加速度減小(小于g)

16、，故其下落的時(shí)間tb大于沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)小球自由下落的總時(shí)間t0.綜上所述，tatb.7.【答案】ACD【解析】如果E豎直向上，B垂直紙面向外，電子沿圖中方向射入后，電場(chǎng)力向下，洛倫茲力向上，二力可能平衡，電子可能沿直線(xiàn)通過(guò)E、B共存區(qū)域，故A對(duì)；同理B不對(duì)；如果E、B沿水平方向且與電子運(yùn)動(dòng)方向相同，電子不受洛倫茲力作用，但電子受到與E反方向的電場(chǎng)力作用，電子做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也不偏轉(zhuǎn)，故C對(duì)；如果E、B沿水平方向，且與電子運(yùn)動(dòng)方向相反，電子仍不受洛倫茲力，電場(chǎng)力與E反向，即與速度同方向，故電子做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也不偏轉(zhuǎn)，故D對(duì)8.【答案】ACD【解析】給小球施加一個(gè)水平向右的初速度，小球?qū)⑹艿较蛏?/p>

17、的洛倫茲力，還受重力、可能有向后的滑動(dòng)摩擦力；若重力小于洛倫茲力，小球受到向下的彈力，則受到摩擦力，做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)洛倫茲力等于重力時(shí)，做勻速運(yùn)動(dòng)，故C正確；若重力大于洛倫茲力，小球受到向上的彈力，則受到摩擦力，將做減速運(yùn)動(dòng)，隨洛倫茲力的減小，壓力變大，摩擦力變大，加速度逐漸變大，最后速度為零，故D正確；若洛倫茲力等于小球的重力，小球?qū)⒆鰟蛩僦本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故A正確。9.【答案】AD【解析】微粒進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后沿直線(xiàn)ab運(yùn)動(dòng)，則微粒受到的合力或者為零，或者合力方向在ab直線(xiàn)上(垂直于運(yùn)動(dòng)方向的合力仍為零)。若微粒所受合力不為零，則必然做變速運(yùn)動(dòng)，由于速度的變化會(huì)導(dǎo)致洛倫茲力變化，則微粒在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的合

18、力不再為零，微粒就不能沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因此微粒所受合力只能為零而做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；若微粒帶正電，合力不可能為零，故微粒一定帶負(fù)電，故A正確，B錯(cuò)誤；靜電力做正功，微粒電勢(shì)能減小，機(jī)械能增加，故C錯(cuò)誤，D正確。10.【答案】(1)gsin eq f(mgcos ,qB)(2)eq f(mg（sin cos ）,qB)【解析】(1)由于tan ，所以環(huán)將由靜止開(kāi)始沿棒下滑。環(huán)A沿棒運(yùn)動(dòng)的速度為v1時(shí)，受到重力mg、洛倫茲力qv1B、桿的彈力FNI和摩擦力Ff1，F(xiàn)f1FN1。根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)圓環(huán)A沿棒的方向：mgsin Ff1ma垂直棒的方向：FN1qv1Bmgcos 所以當(dāng)Ff10(即FN10)時(shí)，a有最大值am，且amgsin 此時(shí)qv1Bmgcos ，解得v1eq f(mgcos ,qB)。(2)設(shè)當(dāng)環(huán)A的速度達(dá)到最大值vm時(shí)，環(huán)受桿的彈力為FN2，方向垂直于桿向下，摩擦力Ff2FN2。此時(shí)應(yīng)有a0，即mgsin Ff2。在垂直桿方向上FN2mgcos qvmB，解得vmeq f(mg（sin cos ）,qB)。11、【答案】(1)2 m/s，方向水平向左(2)0.1 N，方向豎直