1.2 磁场对运动电荷的作用力 同步练习 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第一章 安培力和洛伦兹力 第二节 磁场对运动电荷的作用力 基础知识点内容 1.磁场对运动电荷的作用力----洛伦兹力 （1）定义：磁场对运动电荷的作用力 （2）判断洛伦兹力方向：左手定则 （3）左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动方向（负电荷运动的反方向）这时拇指所指方向为运动电荷在磁场所受洛伦兹力的方向。 （4）洛伦兹力大小的三种情况：： ①当磁场方向与运动电荷的速度方向垂直时： ②当磁场方向与运动电荷的速度方向平行时：F=0 ③当磁场方向与运动电荷的速度方向相交时： 注意：安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力的公式推导： （N是粒子数、n是单位体积内电荷数量、S是横截面积、L是长度） （注意：①q取绝对值；②v、B不一定垂直；③F一定与B、v垂直；④F洛永远不做功） 洛伦兹力只改变物体的运动状态不改变速度大小，且一般提供向心力。 （5）洛伦兹力特点： ①利用左手定则判断方向；②当电荷运动方向发生改变时，洛伦兹力的方向也随之改变； ③运动的电荷在磁场中不一定受洛伦兹力；④洛伦兹力一定不做功。 2.电子束的磁偏转——显像管电视机中发生荧光效应使画面呈现出来 显像管是一种电子（阴极）射线管，是电视接收器的组成部分，通过偏转线圈产生的磁场使电子发生偏转打在荧光屏上发生荧光效应使画面呈现。 3.带电粒子在电磁场中的运动应用： （1）速度选择器 当带电粒子从P点射入复合场中，复合场分别存在竖直向下的电场和垂直纸面向里的磁场（BE） ①通过速度选择器可以选出所需要的带电粒子，当电场力与洛伦兹力相等时带电粒子做匀速直线运动。所以可得： 此时的速度为： （带电粒子做匀速直线运动与大小、电性无关，与大小方向有关） ②当带电粒子射入复合场中时，若带电粒子速度大于洛伦兹力和电场力相等的速度，此时洛伦兹力大于电场力，则带电粒子的轨迹会先向上偏转（带电粒子向洛伦兹力的方向偏转） ③当带电粒子射入复合场中时，若带电粒子速度小于洛伦兹力和电场力相等的速度，此时洛伦兹力小于电场力，则带电粒子的轨迹会先向下偏转（带电粒子向电场力的方向偏转） （2）磁流体发电机 当带电粒子不断以的速度射入磁场时，由于正负带电粒子受到洛伦兹力的作用，会向相对的两个极板上运动，使两极板带上不同的电，当电量一定时，两极板充当电源供电。 注意：磁流体发电机与速度选择器不同的是，速度选择器最开始有电场，而磁流体发电机是通过电荷的偏转打向两极板使两极板带电后产生电场，但处理思路与速度选择器处理思路一致。最终会出现电场力与洛伦兹力相等，即 所以 磁流体发电机产生的电动势为： 此时回路中的电流大小为： 4.洛伦兹力与电场力的比较 洛伦兹力 电场力 产生条件 V≠0且V不与B平行 电荷处于电场中 大小 （） 方向 永远与速度和磁场垂直 正电荷受力方向与电场方向相同 负电荷受力方向与电场方向相反 做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功，可能做负功，也可能不做功 题型练习 一．单选题 1.如图所示，B为匀强磁场，v为正电荷的运动速度，F为磁场对电荷的洛伦兹力，其中正确的是（ ） 2.如图所示，真空玻璃管内有一个电子枪，工作时它能发射高速电子。电子撞击荧光屏，就能发光。将该装置南北方向放置，该处地磁场的磁感应强度竖直方向的分量为竖直向下。让电子沿水平方向从南向北运动，并撞击荧光屏。则电子束受地磁场影响（ ） A．向东发生偏转，且发射速度越大偏转距离越小 B．向东发生偏转，且发射速度越大偏转距离越大 C．向西发生偏转，且发射速度越大偏转距离越大 D．向西发生偏转，且发射速度越大偏转距离越小 3.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 4.如图所示，在匀强磁场中垂直于磁场方向放置一段导线ab。磁场的磁感应强度为B，导线长度为l、横截面积为S、单位体积内自由电子的个数为n。导线中通以大小为I的电流，设导线中的自由电子定向运动的速率都相同，则每个自由电子受到的洛伦兹力（ ） A．大小为，方向垂直于导线沿纸面向上 B．大小为，方向垂直于导线沿纸面向上 C．大小为，方向垂直于导线沿纸面向下 D．大小为，方向垂直于导线沿纸面向下 5.如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一段静止的长为L的通电导线，磁场方向垂直于导线。设单位长度导线中有n个自由电荷，每个自由电荷的电荷量都为q，它们沿导线定向移动的平均速率为v。下列说法正确的是（ ） A. 导线中的电流大小为 B. 这段导线受到的安培力大小为 C. 沿导线方向电场的电场强度大小为 D. 导线中每个自由电荷受到的平均阻力大小为 6.如图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力），则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于这个电场强度大小和方向的说法中，正确的是（ ） A. 大小为，粒子带正电时，方向向上 B. 大小为，粒子带负电时，方向向下 C. 大小为，方向向下，与粒子带何种电荷无关 D. 大小为，方向向上，与粒子带何种电荷无关 7.如图所示，在两块平行金属板间存在竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场。现有两种带电粒子M、N分别以同样的速度v从左端沿两板间的中线射入，都能沿直线从右端射出，不计粒子重力。以下说法正确的是（ ） A. 带电粒子M、N的电性一定相同 B. 带电粒子M、N的电量一定相同 C. 撤去电场仅保留磁场，M、N做圆周运动的半径一定相等 D. 撤去磁场仅保留电场，M、N若能通过场区，则通过场区时间相等 8.如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一电荷量为+q的粒子以速度v从该装置的左端沿水平方向向右做直线运动。忽略粒子重力的影响，则（ ） A．该粒子的速度 B．若只将粒子的电荷量改为-q，其将往上偏 C．若只将粒子的电荷量改为+2q，其将往下偏 D．若只将粒子的速度变为2v，其将往上偏 9.如图所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端水平向右进入两板间后，恰好能做直线运动。忽略粒子重力的影响，则（ ） A．若只将粒子改为带负电，其将往上偏 B．若只增加粒子的电荷量，其将往下偏 C．若只增加粒子进入该装置的速度，其将往上偏 D．若粒子从右端水平进入，则仍沿直线水平飞出 10.如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。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）沿垂直于磁场的方向喷入磁场。把P、Q与电阻R相连接。下列说法正确的是（ ） A．Q板的电势高于P板的电势 B．R中有由b向a方向的电流 C．若只增大粒子入射速度，R中电流增大 D．若只改变磁场强弱，R中电流保持不变 11.一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板A、B之间的磁场可视为匀强磁场，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）射入磁场，带电粒子在洛仑兹力的作用下向两极板偏转，A、B两板间便产生了电压。金属板A、B和等离子体整体可视为一个内阻不可忽略的直流电源。现将金属板A、B与电阻R相连，下列说法正确的是（ ） A. A板是电源的正极 B. A、B两金属板间的电势差等于电源电动势 C. 增大等离子体的入射速度，电源电动势将增大 D. 减小A、B两板间的距离，电源电动势将增大 12.一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，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于电源，A、B就是电源的两极，则下列说法正确的是（ ） A. 若两极板的间距增大，则发电机的电动势将增大 B. 若两极板的正对面积增大，则发电机的电动势将增大 C. 用电器中的电流方向从 D到 C D. 若将发电机与用电器断开，A板积累的电荷会一直增多 13.如图所示，将非磁性材料制成的圆管置于匀强磁场中，当含有大量正负离子的导电液体从管中由左向右流过磁场区域时，测得管两侧M、N两点之间有电势差。忽略离子重力影响，则（ ） A. M点的电势高于N点 B. N点的电势高于M点 C. 管中导电液体的流速越大，M、N两点之间的电势差越小 D. 管中导电液体的离子浓度越大，M、N两点之间的电势差越大 二．多选题 1.电磁流量计是一种测量导电液体流量的装置（单位时间内通过某一截面的液体体积，称为流量），其结构如图11所示，上、下两个面M、N为导体材料，前后两个面为绝缘材料。流量计的长、宽、高分别为、、，左、右两端开口，液体从左往右流动，在垂直于前、后表面向里的方向加磁感应强度大小为的匀强磁场，则（ ） A. 面的电势低于面的电势 B. 当电压表的示数为时，液体流量为 C. 若仅增大导电液体中离子的浓度，电压表示数不变 D. 当电压表的示数稳定时，导电液体中的离子不受洛伦兹力作用 2.磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的匀强磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向以一定速度喷入磁场，图中虚线框部分相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则( ) A. 用电器中的电流方向从B到A B. 用电器中的电流方向从A到B C. 若只增强磁场，发电机的电动势增大 D. 若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大 三．计算题 1.如图所示，真空区域中有垂直纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场，是磁场的左边界，磁场区域足够大。质量为、电荷量为的粒子（不计重力）以速度沿着垂直于的方向，从点射入磁场。在磁场中运动一段时间后又从边界上的点射出磁场。 （1）求粒子在磁场中受到洛伦兹力的大小； （2）若带电粒子的质量与电荷量都不变，则粒子在磁场中受到洛伦兹力的大小是否发生变化。 2.磁流体发电是一项新兴技术，如图所示是它的示意图，相距为d的两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场，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）以速度v沿垂直于磁场的方向射入磁场，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，P、Q板上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压。若P、Q两板间的磁场、电场按匀强磁场、匀强电场处理，磁感应强度为B，不计重力。 （1）求该发电机的电动势E； （2）请你提出一种可以提高该发电机电动势的方法； （3）若发电机的内电阻为r，在它的输出端a，b间接有阻值为R的电阻，在图示磁极配置的情况下，判断通过电阻R的电流方向和电流大小I。 3.如图所示是磁流体发电机的装置，a、b组成一对长为L、宽为h的平行电极，两板间距为d，内有磁感应强度为B的匀强磁场。发电通道内有电阻率为的高温等离子持续垂直喷入磁场，每个离子的速度为v，负载电阻的阻值为R，电离气体沿导管高速向右流动，运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势，电离气体以不变的流速v通过发电通道。电容器的电容为C，不计电离气体所受的摩擦阻力。根据提供的信息完成下列问题。 （1）判断a、b板的电势高低，求发电机的电动势E； （2）开关闭合，当发电机稳定发电时，求a、b两端的电势差Uab； （3）开关断开，电容器所带的电荷量q。 答案： 一．1.B 2.A 3.A 4.A 5.A 6.D 7.D 8.D 9.C 10.C 11.C 12.A 13.A 二．1.BC 2.BCD 三．1.（1）粒子在磁场中受到洛伦兹力的大小 （2）不变。只有方向会发生改变。 2.（1）稳定时，洛伦兹力与电场力平衡，则有 解得 （2）根据上述可知，提高该发电机电动势的方法可以增大磁感应强度、增大极板之间的间距或增大等离子体的入射速度。 （3）根据左手定则可知，正离子向上偏转，负离子向下偏转，极板P为发电机的正极，则通过电阻R的电流方向由a指向b，根据欧姆定律有 解得 3.（1）据左手定则可知，电离气体中的正离子向b极板偏转，负离子向a极板偏转，故b极板电势高，a板电势低，稳定后满足 解得发电机的电动势为 （2）稳定后，据闭合电路欧姆定律可得 据电阻定律可得 联立解得 （3）开关断开，电容器两端的电压等于电动势，故电容器所带的电荷量为 1 学科网（北京）股份有限公司 $