2. 洛伦兹力（分层作业）物理沪科版选择性必修第二册

2．洛伦兹力 目 录 【攻核心·技能提升】 1 一、洛伦兹力的大小 1 二、洛伦兹力的方向 2 【拓思维·重难突破】 4 【链高考·精准破局】 8 一、洛伦兹力的大小 1.带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，重力加速度为g，则下列说法正确的是(　　) A.油滴必带正电荷，电荷量为 B.油滴必带负电荷，比荷＝ C.油滴必带正电荷，电荷量为 D.油滴带什么电荷都可以，只要满足q＝ 2.两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，则刚进入磁场时两带电粒子所受洛伦兹力大小之比为(　　) A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 3.(多选)如图所示，纸面内的△OPQ为等边三角形(OP边水平)，在O、P两点放有垂直于纸面的直导线(图中未画出)，O点处导线中的电流方向垂直纸面向外，P点处导线中的电流方向垂直纸面向里，每根导线在Q点产生磁场的磁感应强度大小均为B。若某时刻有一电子(电荷量为e)正好经过Q点，速度大小为v，方向垂直纸面向里，则该电子经过Q点时所受的洛伦兹力(　　) A.方向水平向左 B.方向水平向右 C.大小为evB D.大小为evB 4.两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，则刚进入磁场时两带电粒子所受洛伦兹力之比为(　　) A．2∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．1∶4 二、洛伦兹力的方向 5.下列有关洛伦兹力或安培力的方向正确的是(　　) 6.如图所示，将一阴极射线管置于一通电螺线管的正上方且与线圈轴线处于同一水平面内，则阴极射线将(　　) A.垂直于纸面向里偏转 B.垂直于纸面向外偏转 C.平行于纸面向上偏转 D.平行于纸面向下偏转 7.(多选)一根通电直导线水平放置，通过直导线的电流方向如图所示，现有一电子从直导线下方以水平向右的初速度开始运动，不考虑电子的重力，关于接下来电子的运动，下列说法正确的是(　　) A.电子将向上偏转 B.电子将向下偏转 C.电子运动的速率保持不变 D.电子运动的速率开始变大 8.带电粒子进入磁场时速度的方向和磁感应强度的方向如图所示，则粒子在磁场中受到的洛伦兹力方向垂直纸面向里的是(　　) 9.(多选)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作用，则该处的磁感应强度可能不为零 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 10.如图所示，三根通电长直导线P、Q、R互相平行，垂直纸面放置，其间距均为a，电流大小均为I，方向垂直纸面向里(已知电流为I的长直导线产生的磁场中，距导线r处的磁感应强度B＝，其中k为常数)．某时刻有一电子(质量为m、电荷量为e)正好经过坐标原点O，速度大小为v，方向沿y轴正方向，则电子此时所受磁场力(　　) A．方向垂直纸面向里，大小为 B．方向指向x轴正方向，大小为 C．方向垂直纸面向里，大小为 D．方向指向x轴正方向，大小为 11.如图所示，a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，它们位于同一圆的两条相互垂直的直径的四个端点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图．一带负电的粒子从圆心O沿垂直于纸面向里的方向运动，它所受洛伦兹力的方向是(　　) A．从O指向a B．从O指向b C．从O指向c D．从O指向d 12.如图所示，甲带正电，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现用一水平恒力F拉乙物块，使甲、乙一起向左加速运动，甲、乙无相对滑动，则在加速运动阶段(　　) A．甲、乙两物块间的摩擦力保持不变 B．甲、乙两物块间的摩擦力不断增大 C．甲、乙两物块间的弹力不断增大 D．乙物块与地面之间的摩擦力不断减小 13.如图所示，一表面粗糙的倾角θ＝37°的绝缘斜面，处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B＝4 T．一质量m＝0.02 kg、带电荷量q＝0.01 C的带正电物体(可视为质点)从斜面上的某点由静止开始下滑，斜面足够长，物体在下滑过程中克服摩擦力做的功Wf＝0.08 J．g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，试求： (1)物体在斜面上运动的最大速率； (2)物体沿斜面下滑的最大距离． 14.如图所示，一个质量为m＝1.5×10－4 kg的小滑块，带有q＝5×10－4 C的电荷量，放置在倾角α＝37°的光滑绝缘斜面上，斜面固定且置于B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，将脱离斜面(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2)。求： (1)小滑块带何种电荷； (2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大； (3)该斜面长度至少多长。 15.如图所示，在磁感应强度为B的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒OO′在竖直面内垂直磁场方向放置，细棒与水平面间的夹角为α，一质量为m、带电荷量为＋q的圆环A套在OO′棒上，圆环与棒间的动摩擦因数为μ，且μ<tan α，重力加速度为g。现让圆环A由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中： (1)圆环A的最大加速度为多大？获得最大加速度时的速度为多大？ (2)圆环A能够达到的最大速度为多大？ 16. (2023·海南卷，2)如图所示，带正电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场，关于小球运动和受力说法正确的是(　　) A.小球刚进入磁场时受到的洛仑兹力水平向右 B.小球运动过程中的速度不变 C.小球运动过程中的加速度保持不变 D.小球受到的洛伦兹力对小球做正功 17.(多选)(2024·广东广州市调研)如图，立方体区域abcd－a'b'c'd'处在匀强磁场中，带电粒子以一定初速度从a点沿ab方向垂直磁场进入该区域，粒子仅受磁场力，且能通过c'点，则该匀强磁场方向可能(　　) A.由a指向d B.由a指向d' C.由a'指向d D.由d指向a' 18.(2022·广东卷，7)如图所示，一个立方体空间被对角平面MNPQ划分成两个区域，两区域分布有磁感应强度大小相等、方向相反且与z轴平行的匀强磁场。一质子以某一速度从立方体左侧垂直Oyz平面进入磁场，并穿过两个磁场区域。下列关于质子运动轨迹在不同坐标平面的投影中，可能正确的是(　　) / 学科网（北京）股份有限公司 $ 2．洛伦兹力 目 录 【攻核心·技能提升】 1 一、洛伦兹力的大小 1 二、洛伦兹力的方向 2 【拓思维·重难突破】 4 【链高考·精准破局】 8 一、洛伦兹力的大小 1.带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，重力加速度为g，则下列说法正确的是(　　) A.油滴必带正电荷，电荷量为 B.油滴必带负电荷，比荷＝ C.油滴必带正电荷，电荷量为 D.油滴带什么电荷都可以，只要满足q＝ 答案　C 解析　油滴水平向右匀速运动，其所受洛伦兹力必向上与重力平衡，故带正电，由qv0B＝mg得q＝，C正确。 2.两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，则刚进入磁场时两带电粒子所受洛伦兹力大小之比为(　　) A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 答案　C 解析　带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB，在B、v相同时，F与电荷量q成正比，与质量无关，所以洛伦兹力大小之比为1∶2，C项正确。 3.(多选)如图所示，纸面内的△OPQ为等边三角形(OP边水平)，在O、P两点放有垂直于纸面的直导线(图中未画出)，O点处导线中的电流方向垂直纸面向外，P点处导线中的电流方向垂直纸面向里，每根导线在Q点产生磁场的磁感应强度大小均为B。若某时刻有一电子(电荷量为e)正好经过Q点，速度大小为v，方向垂直纸面向里，则该电子经过Q点时所受的洛伦兹力(　　) A.方向水平向左 B.方向水平向右 C.大小为evB D.大小为evB 答案　AC 解析　O点处导线中的电流方向垂直纸面向外，P点处导线中的电流方向垂直纸面向里，由安培定则知，两导线在Q点处的磁感应强度方向夹角为120°，如图所示，则Q点处的合磁感应强度B′＝B，则电子在Q点所受的洛伦兹力大小为F＝evB，根据左手定则知，电子经过Q点时所受的洛伦兹力方向水平向左，A、C正确，B、D错误。 4.两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，则刚进入磁场时两带电粒子所受洛伦兹力之比为(　　) A．2∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．1∶4 答案　C 解析　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，与质量无关，C项正确。 二、洛伦兹力的方向 5.下列有关洛伦兹力或安培力的方向正确的是(　　) 答案　D 解析　根据左手定则可判断，A中运动电荷不受洛伦兹力，B中运动电荷受洛伦兹力向下，C中导线受安培力方向向下，D中导线受向下的安培力，故A、B、C错误，D正确。 6.如图所示，将一阴极射线管置于一通电螺线管的正上方且与线圈轴线处于同一水平面内，则阴极射线将(　　) A.垂直于纸面向里偏转 B.垂直于纸面向外偏转 C.平行于纸面向上偏转 D.平行于纸面向下偏转 答案　B 解析　根据安培定则，螺线管内部的磁场方向向下，电子从阴极向阳极运动，运动的方向向右，因为电子带负电，根据左手定则知，电子所受的洛伦兹力方向垂直纸面向外，则阴极射线管中的电子束将垂直纸面向外偏转，故B正确。 7.(多选)一根通电直导线水平放置，通过直导线的电流方向如图所示，现有一电子从直导线下方以水平向右的初速度开始运动，不考虑电子的重力，关于接下来电子的运动，下列说法正确的是(　　) A.电子将向上偏转 B.电子将向下偏转 C.电子运动的速率保持不变 D.电子运动的速率开始变大 答案　AC 解析　根据安培定则可知导线下方的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可知，导线下方向右运动的电子所受的洛伦兹力方向向上，则电子将向上偏转，而洛伦兹力不做功，电子运动的速率不变，故A、C正确。 8.带电粒子进入磁场时速度的方向和磁感应强度的方向如图所示，则粒子在磁场中受到的洛伦兹力方向垂直纸面向里的是(　　) 答案　C 解析　根据左手定则可知，A、B选项中粒子所受洛伦兹力方向竖直向上，C选项中粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向里，D选项中粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外，故选C。 9.(多选)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作用，则该处的磁感应强度可能不为零 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 答案　BD 解析　在磁感应强度不为零的地方，若是电荷的运动方向与磁场方向相同或相反，则所受洛伦兹力为零，A错误；运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，该处磁感应强度可能为零，也可能是电荷的运动方向与磁场方向共线，B正确；根据左手定则可知，洛伦兹力方向始终和速度方向垂直，因此洛伦兹力不做功，不改变粒子动能，但是改变其运动方向，C错误，D正确。 10.如图所示，三根通电长直导线P、Q、R互相平行，垂直纸面放置，其间距均为a，电流大小均为I，方向垂直纸面向里(已知电流为I的长直导线产生的磁场中，距导线r处的磁感应强度B＝，其中k为常数)．某时刻有一电子(质量为m、电荷量为e)正好经过坐标原点O，速度大小为v，方向沿y轴正方向，则电子此时所受磁场力(　　) A．方向垂直纸面向里，大小为 B．方向指向x轴正方向，大小为 C．方向垂直纸面向里，大小为 D．方向指向x轴正方向，大小为 答案　A 解析　P、Q两根导线距离O点的距离相等，根据安培定则，在O点产生的磁感应强度方向相反，大小相等，合磁感应强度为零，所以O点实际磁感应强度等于R在O点产生的磁感应强度，根据安培定则，O点的磁感应强度方向沿x轴负方向，r＝RO＝a，磁感应强度的大小B＝＝，F＝evB＝.根据左手定则，电子所受洛伦兹力方向垂直纸面向里，故A正确，B、C、D错误。 11.如图所示，a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，它们位于同一圆的两条相互垂直的直径的四个端点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图．一带负电的粒子从圆心O沿垂直于纸面向里的方向运动，它所受洛伦兹力的方向是(　　) A．从O指向a B．从O指向b C．从O指向c D．从O指向d 答案　C 解析　根据题意，由安培定则可知，b与d导线中电流在圆心O处产生的磁场正好相互抵消，而a与c导线中的电流在O处产生的磁场方向都向左，相互叠加，则合磁场方向水平向左，当一带负电的粒子从圆心O沿垂直于纸面向里的方向运动时，根据左手定则可知，它所受洛伦兹力的方向向下，即从O指向c，选项C正确，A、B、D错误。 12.如图所示，甲带正电，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现用一水平恒力F拉乙物块，使甲、乙一起向左加速运动，甲、乙无相对滑动，则在加速运动阶段(　　) A．甲、乙两物块间的摩擦力保持不变 B．甲、乙两物块间的摩擦力不断增大 C．甲、乙两物块间的弹力不断增大 D．乙物块与地面之间的摩擦力不断减小 答案　C 解析　对整体受力分析，则有F－μ[(m甲＋m乙)g＋qvB]＝(m甲＋m乙)a.对甲物块单独受力分析，水平方向有Ff＝m甲a，竖直方向有FN＝m甲g＋qvB，根据上述关系式可知，加速运动阶段，甲、乙的速度增大，加速度减小，甲、乙间的弹力逐渐变大，乙与地板间的摩擦力增大，甲、乙之间的静摩擦力减小．故选C。 13.如图所示，一表面粗糙的倾角θ＝37°的绝缘斜面，处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B＝4 T．一质量m＝0.02 kg、带电荷量q＝0.01 C的带正电物体(可视为质点)从斜面上的某点由静止开始下滑，斜面足够长，物体在下滑过程中克服摩擦力做的功Wf＝0.08 J．g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，试求： (1)物体在斜面上运动的最大速率； (2)物体沿斜面下滑的最大距离． 答案　(1)4 m/s　(2)2 m 解析　(1)物体下滑过程中，受到垂直斜面方向向上且逐渐增大的洛伦兹力，当洛伦兹力等于重力沿垂直斜面方向的分力时，物体恰好脱离斜面，此时物体的速率为在斜面上运动的最大速率． 物体恰好脱离斜面时需满足的条件为qvB＝mgcos θ 解得最大速率v＝4 m/s (2)由于洛伦兹力不做功，物体沿斜面下滑过程，根据动能定理得mgΔh－Wf＝mv2－0 解得Δh＝1.2 m 物体沿斜面下滑的最大距离 s＝＝2 m. 14.如图所示，一个质量为m＝1.5×10－4 kg的小滑块，带有q＝5×10－4 C的电荷量，放置在倾角α＝37°的光滑绝缘斜面上，斜面固定且置于B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，将脱离斜面(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2)。求： (1)小滑块带何种电荷； (2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大； (3)该斜面长度至少多长。 答案　(1)负电荷　(2)4.8 m/s　(3)1.92 m 解析　(1)小滑块沿斜面下滑过程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛伦兹力F。若要小滑块离开斜面，洛伦兹力F的方向应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带负电荷。 (2)小滑块沿斜面下滑时，垂直斜面方向的加速度为零，有qvB＋FN－mgcos α＝0 当FN＝0时，小滑块开始脱离斜面，此时有 qvB＝mgcos α 得v＝＝4.8 m/s。 (3)下滑过程中，只有重力做功，由动能定理得 mgssin α＝mv2 斜面的长度至少应为s＝＝1.92 m。 15.如图所示，在磁感应强度为B的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒OO′在竖直面内垂直磁场方向放置，细棒与水平面间的夹角为α，一质量为m、带电荷量为＋q的圆环A套在OO′棒上，圆环与棒间的动摩擦因数为μ，且μ<tan α，重力加速度为g。现让圆环A由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中： (1)圆环A的最大加速度为多大？获得最大加速度时的速度为多大？ (2)圆环A能够达到的最大速度为多大？ 答案　(1)gsin α　　(2) 解析　(1)由于μ<tan α，所以环A将由静止开始沿棒下滑，环A沿棒运动的速度为v1时，受到重力 mg、洛伦兹力qv1B、棒的弹力FN1和摩擦力Ff1， Ff1＝μFN1 根据牛顿第二定律，沿棒的方向有 mgsin α－Ff1＝ma 垂直棒的方向有FN1＋qv1B－mgcos α＝0 所以当FN1＝0，即Ff1＝0时 a有最大值am，且am＝gsin α，此时qv1B＝mgcos α 解得v1＝。 (2)设当环A的速度达到最大值vm时，环A受棒的弹力大小为FN2，方向垂直于棒向下， 摩擦力大小为Ff2＝μFN2，此时应有a＝0 即mgsin α＝Ff2 FN2＋mgcos α＝qvmB 解得vm＝。 16. (2023·海南卷，2)如图所示，带正电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场，关于小球运动和受力说法正确的是(　　) A.小球刚进入磁场时受到的洛仑兹力水平向右 B.小球运动过程中的速度不变 C.小球运动过程中的加速度保持不变 D.小球受到的洛伦兹力对小球做正功 答案　A 解析　小球刚进入磁场时速度方向竖直向下，由左手定则可知，小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力方向水平向右，A正确；小球运动过程中，受重力和洛伦兹力的作用，且合力不为零，所以小球运动过程中的速度变化，B错误；小球受到的重力不变，洛伦兹力时刻变化，则合力时刻变化，加速度时刻变化，C错误；洛伦兹力永不做功，D错误。 17.(多选)(2024·广东广州市调研)如图，立方体区域abcd－a'b'c'd'处在匀强磁场中，带电粒子以一定初速度从a点沿ab方向垂直磁场进入该区域，粒子仅受磁场力，且能通过c'点，则该匀强磁场方向可能(　　) A.由a指向d B.由a指向d' C.由a'指向d D.由d指向a' 答案　CD 解析　带电粒子以一定初速度从a点沿ab方向垂直磁场进入该区域，粒子仅受磁场力，且能通过c'点，可知带电粒子在abc'd'平面内做匀速圆周运动，则磁场方向应垂直于abc'd'平面，由于粒子电性未知，所以该匀强磁场方向可能由a'指向d，也可能由d指向a'。故选C、D。 18.(2022·广东卷，7)如图所示，一个立方体空间被对角平面MNPQ划分成两个区域，两区域分布有磁感应强度大小相等、方向相反且与z轴平行的匀强磁场。一质子以某一速度从立方体左侧垂直Oyz平面进入磁场，并穿过两个磁场区域。下列关于质子运动轨迹在不同坐标平面的投影中，可能正确的是(　　) 答案　A 解析　由题意知当质子垂直Oyz平面进入磁场后先在MN左侧运动，刚进入时根据左手定则可知受到y轴正方向的洛伦兹力，做匀速圆周运动，即质子会向y轴正方向偏移，y轴坐标增大，在MN右侧磁场方向反向，由对称性可知，A可能正确，B错误；根据左手定则可知质子在整个运动过程中都只受到平行于xOy平面的洛伦兹力作用，在z轴方向上没有运动，z轴坐标不变，故C、D错误。 / 学科网（北京）股份有限公司 $