5.2 磁场 洛伦兹力（分层作业）物理沪科版选择性必修第二册

5.2 磁场 洛伦兹力（解析版） 目　录 2 一、洛伦兹力的方向与左手定则 2 二、洛伦兹力的大小与运动特点 4 三、洛伦兹力在生活与科技中的应用 8 10 一、洛伦兹力的方向与左手定则 1．下列有关洛伦兹力或安培力的方向正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】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ABC错误，D正确。 故选D。 2．下列各图中标出了磁场B和正电荷运动速度v的方向，该时刻粒子所受洛伦兹力沿纸面向右的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．由左手定则可知洛伦兹力方向垂直纸面向里，故A错误； B．带电粒子运动方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，故B错误； C．由左手定则可知洛伦兹力方向沿纸面向左，故C错误； D．由左手定则可知洛伦兹力方向沿纸面向右，故D正确。 故选D。 3．一电子进入如右图所示的匀强磁场，在某一时刻电子的速度正好是竖直向上，则电子在此时所受洛伦兹力的方向是（    ） A．向左 B．向右 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向内 【答案】D 【详解】把磁场分解为与速度反方向和与速度垂直方向，据左手定则，磁感线穿入手心，四指指向电荷运动的相反，拇指指向洛伦兹力方向，可知，与速度反方向的磁场没有产生洛伦兹力力的作用，与速度垂直方向的磁场产生的洛伦兹力方向垂直纸面向内。 故选D。 4．电子以速度v垂直进入匀强磁场，磁场方向如图所示，此时所受洛伦兹力的方向为（　　） A．向下 B．向上 C．向里 D．向外 【答案】A 【详解】根据左手定则，四指与正电荷的运动方向相同，与负电荷的运动方向相反，知洛伦兹力方向向下。 故选A。 5．如图所示，阴极射线管放在蹄形磁铁的N、S极间，A、B两端连接高压电源，不计电子重力，通电后电子在两磁极间将做（　　） A．匀速直线运动 B．匀变速直线运动 C．匀变速曲线运动 D．变加速曲线运动 【答案】D 【详解】电子在磁场中运动，根据左手定则可知，受到洛伦兹力的作用向上偏转。因为在电子的运动路径上速度方向时刻在改变，其洛伦兹力方向也随之改变，电子在两磁极间将做变加速曲线运动。 故选D。 6．在北京某高校的物理实验室中，一台电子显像管的位置恰好处于南北方向，则由南向北射出的电子束在地磁场的作用下将（　　） A．向东偏转 B．向西偏转 C．向上偏转 D．向下偏转 【答案】A 【详解】在北京，地磁场由南向北斜向下方，电子带负电，由左手定则可知，由南向北射出的电子束在地磁场的作用下将向东偏转。 故选A。 二、洛伦兹力的大小与运动特点 7．关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是（　　） A．安培力只能做负功，洛伦兹力不做功 B．洛伦兹力方向一定与磁场方向垂直 C．安培力的方向可能和磁场方向相同也可能相反 D．如果带电粒子在某区域不受洛伦兹力，该区域的磁感应强度一定为零 【答案】B 【详解】A．安培力可以对载流导体做功（如电动机中做正功，发电机中做负功），而洛伦兹力因始终与速度方向垂直，总不做功。故A错误。 B．洛伦兹力方向始终垂直于速度和磁场所在的平面，必然与磁场方向垂直，故B正确。 C．安培力始终垂直于电流方向和磁场方向，因此不可能与磁场方向相同或相反。故C错误。 D．若粒子速度为零或与磁场平行，即使，洛伦兹力也为零。故D错误。 故选B。 8．如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，带电粒子（电性已在图中标出）的速率为v，带电荷量为q，则关于带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向说法正确的是（　　） A．图甲，方向与垂直斜向下 B．图乙，方向与垂直斜向上 C．图丙，方向垂直纸面向里 D．图丁，方向垂直纸面向里 【答案】B 【详解】A．图中根据左手定则可知洛伦兹力方向应该垂直运动方向斜向上，大小为 故A错误； B．图中为负电荷，根据左手定则可知其受力方向垂直于运动方向向左上方，大小为 故B正确； C．图中速度方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，故C错误； D．图中将速度分解为水平和竖直方向，则竖直分速度受洛伦兹力，大小为 方向垂直于纸面向里，故D错误。 故选B。 9．若带电粒子仅在洛伦兹力的作用下运动，则带电粒子速率将（　　） A．变大 B．不变 C．变小 D．以上情况都有可能 【答案】B 【详解】洛伦兹力不做功，不改变速度大小，但要改变速度方向。 故选B。 10．如图，带正电小球从水平面竖直向上抛出，能够达到的最大高度为（如图甲）；若加水平向里的匀强磁场（如图乙），小球上升的最大高度为；若加水平向右的匀强电场（如图丙），小球上升的最大高度为。每次抛出的初速度相同，不计空气阻力，则（     ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】不加电场、磁场时，由机械能守恒得 图乙中，小球上升过程中洛伦兹力始终有向左的分量，故到达最高点时仍有水平速度。洛伦兹力不做功，由机械能守恒得 故。图丙中，电场力始终沿水平方向，竖直方向只受重力，竖直分运动与图甲相同，故 因此 故选C。 11．如图所示，电子枪发射的电子垂直磁场方向射入匀强磁场，不计重力影响，电子将做（　　） A．匀速直线运动 B．加速直线运动 C．减速直线运动 D．匀速圆周运动 【答案】D 【详解】电子垂直射入匀强磁场中，受到洛伦兹力作用。 根据洛伦兹力公式 ，由于电子速度与磁感应强度垂直，电子受到的洛伦兹力大小恒定。 根据左手定则（注意电子带负电，四指指向速度反方向），洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直。 因为洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功，电子的动能不变，速率保持不变。 洛伦兹力充当向心力，即，电子将做匀速圆周运动。 故选D。 12．一个带电粒子，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，粒子的动能逐渐减小（带电荷量不变）。从图中情况可以确定（　　） A．粒子从到运动，带正电 B．粒子从到运动，带正电 C．粒子从到运动，带负电 D．粒子从到运动，带负电 【答案】D 【详解】根据洛伦兹充当向心力有 可得 根据题意，由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的动能逐渐减小（带电荷量不变），则可知粒子的轨道半径逐渐减小，因此粒子从运动到，结合根据左手定则可知，粒子带负电。 故选D。 13．当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则带电粒子在线管中做（　　） A．匀速直线运动 B．加速直线运动 C．减速直线运动 D．匀速圆周运动 【答案】A 【详解】由于长通电螺线管中产生的磁场方向平行于螺线管的中心轴线，与正粒子的运动方向平行，则正粒子在磁场中不受洛伦兹力，粒子重力不计，所以粒子做匀速直线运动，故A正确，BCD错误。 故选A。 三、洛伦兹力在生活与科技中的应用 14．假设太阳风中的一电子以一定的速度竖直向下运动穿过处的地磁场，如图所示。则该电子受到的洛伦兹力方向为（　　） A．向东 B．向南 C．向西 D．向北 【答案】C 【详解】电子带负电，处的地磁场方向由南指向北，根据左手定则可知，该电子受到的洛伦兹力方向为向西。 故选C。 15．图所示为电视机显像管中电子束偏转的示意图。磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向纸内射入的电子束的偏转方向（　　） A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 【答案】C 【详解】由安培定则知螺线管上端为S极，下端为N极，两个螺线管在O点磁场方向均向上，合磁场方向仍向上，则当电子束沿轴线向纸内射入时，根据左手定则知受向左的洛伦兹力，因此向左偏转。 故选C。 16．如图所示，空间某区域有一方向水平、磁感应强度为B＝0.20T的匀强磁场。一带正电微粒质量为，带电量为，当它以某一水平速度的大小为______m/s，垂直进入磁场后，恰能沿直线匀速通过此区域。如果微粒的速度大于，它将向______偏转。 【答案】 100； 上 【详解】[1]一带正电微粒恰能沿直线匀速通过磁场，受到重力和洛伦兹力，微粒处于平衡状态，根据平衡条件有 解得 [2]如果微粒的速度大于，则有 微粒进入磁场时合力竖直向上，微粒将向上偏转。 17．如图甲，用强磁场将百万度高温的等离子体（等量的正离子和电子）约束在特定区域实现受控核聚变的装置叫托克马克。我国托克马克装置在世界上首次实现了稳定运行100秒的成绩。多个磁场才能实现磁约束，其中之一叫纵向场，图乙为其横截面的示意图，越靠管的右侧磁场越强。尽管等离子体在该截面上运动的曲率半径远小于管的截面半径，但如果只有纵向场，带电粒子还会逐步向管壁“漂移”，导致约束失败。不计粒子重力，带电粒子在纵向场中的速度大小________（选填“变大”、“变小”或“不变”），带电粒子将发生________（选填“上下”或“左右”）方向的漂移。 【答案】 不变 上下 【详解】[1]带电粒子在磁场中只受洛伦兹力，而洛伦兹力不做功，故粒子速度大小不变； [2]根据左手定则判断出正离子向下漂移，电子向上漂移，故带电粒子将发生上下漂移。 18．如图所示，一阴极射线管左侧不断有________射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现粒子的运动轨迹向下弯曲，则导线中的电流方向为________。（填“从A到B”或“从B到A”） 【答案】 电子 从B到A 【详解】[1]阴极射线管从阴极即电源的负极不断有电子射出，取名阴极射线； [2]电子受洛伦兹力向下而向下偏转，由左手定则可知磁场垂直纸面向里，由安培定则可知电流从B到A。 19．洛伦兹力演示仪用于观察运动电子在磁场中的运动，结构如图所示。不考虑地磁场和重力的影响。    （1）不加磁场时电子束的径迹是______。（选填A．直线运动、B．平抛运动） （2）加磁场并调整磁感应强度可使电子束径迹形成一个圆周。保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，电子束圆周的半径______。（填A．“增大”  B．“减小”  C．“不变”  D．“不能确定”） （3）保持出射电子的速度不变，要减小电子束圆周的半径，应______磁感应强度。（填A．“增大”  B．“减小”  C．“不变”   D．“不能确定”） 【答案】 A A A 【详解】（1）[1]不加磁场时电子将做直线运动，即电子束的径迹是直线运动。 故选A。 （2）[2]根据洛伦兹力充当向心力 解得 可知，保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，电子束圆周的半径将增大。 故选A。 （3）[3]根据 可知，若保持出射电子的速度不变，要减小电子束圆周的半径，则应增大磁感应强度。 故选A。 20．如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向。 (1) (2) (3) (4) 【答案】(1)，垂直于v指向左上方 (2)，垂直纸面向里 (3)，垂直纸面向里 (4)，垂直于v指向左上方 【详解】（1）因，所以带电粒子所受洛伦兹力的大小，由左手定则可知，方向垂直于v指向左上方。 （2）v与B的夹角为30°，则带电粒子所受洛伦兹力的大小 由左手定则可知，方向垂直纸面向里。 （3）因，所以带电粒子所受洛伦兹力的大小，由左手定则可知，方向垂直纸面向里。 （4）因，所以带电粒子所受洛伦兹力的大小，由左手定则可知，方向垂直于v指向左上方。 北京正负电子对撞机 21．如图所示，磁场对通电导线的作用实质是磁场对运动电荷作用的宏观表现。试由安培力公式F=BIL推导洛伦兹力公式f=qvB。 【答案】见解析所示 【详解】设通电导线的长度为L，横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的带电荷量为q，运动速度为v。则 导线中的电流 I=nqvS 导线所受安培力 F=BIL 将I=nqvS代入得安培力 F=（nqvS）BL 导线中含有的运动电荷数 N=nLS 所以洛伦兹力 f==qvB 22．如图所示，带电小球质量为m，用细线悬挂于O点并在竖直平面内摆动，最大摆角为，磁场垂直于小球摆动的平面向里，当小球从左边最大摆角处摆到最低点时，细线上的拉力恰为零，试问小球带正电还是带负电？小球从右边最大摆角处摆到最低点时，细线上的拉力是否仍为零？简述理由。 【答案】正电；不为零 【详解】当小球从左边最大摆角处摆到最低点时速度方向向右，细线上的拉力恰为零，则洛伦兹力与重力合力提供向心力，洛伦兹力竖直向上，由左手定则可知小球带正电；小球从右边最大摆角处摆到最低点时速度方向向左，由左手定则可知此时洛伦兹力方向向下，细线上的拉力不可能为零。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 5.2磁场洛伦兹力（原卷版） 目 录 攻核心技能提升 2 一、 洛伦兹力的方向与左手定则.2 二、洛伦兹力的大小与运动特点。 三、洛伦兹力在生活与科技中的应用.6 拓思维重难突破 M:B: 7 1/9 学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 攻核心技能提升 一、洛伦兹力的方向与左手定则 1.下列有关洛伦兹力或安培力的方向正确的是() 'B F A. B.。 B C.××××× D 2.下列各图中标出了磁场B和正电荷运动速度ⅴ的方向，该时刻粒子所受洛伦兹力沿纸面向右的是 () V ⊕ B A 心 B ×××X ● ××⊕×× 。。⊕。。 B B c.×××× D.·。 2/9 学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 3.一电子进入如右图所示的匀强磁场，在某一时刻电子的速度正好是竖直向上，则电子在此时所受洛伦 兹力的方向是( B A.向左 B.向右 C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向内 4.电子以速度ⅴ垂直进入匀强磁场，磁场方向如图所示，此时所受洛伦兹力的方向为() + + A.向下 B.向上 C.向里 D.向外 5.如图所示，阴极射线管放在蹄形磁铁的N、S极间，A、B两端连接高压电源，不计电子重力，通电后 电子在两磁极间将做()· 电子束 A.匀速直线运动 B.匀变速直线运动 C.匀变速曲线运动 D.变加速曲线运动 6.在北京某高校的物理实验室中，一台电子显像管的位置恰好处于南北方向，则由南向北射出的电子束 在地磁场的作用下将（) A.向东偏转 B. 向西偏转 C.向上偏转 D.向下偏转 3/9 函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 二、洛伦兹力的大小与运动特点 7.关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是() A.安培力只能做负功，洛伦兹力不做功 B.洛伦兹力方向一定与磁场方向垂直 C.安培力的方向可能和磁场方向相同也可能相反 D.如果带电粒子在某区域不受洛伦兹力，该区域的磁感应强度一定为零 8.如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B,带电粒子（电性已在图中标出）的速率为y,带电荷量为4， 则关于带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向说法正确的是() ×X×X ×XXX 60°y ××及× ⊕ B B 甲 乙 丙 丁 A.图甲F游=qVB,方向与V垂直斜向下 B.图乙F洛=qVB,方向与V垂直斜向上 C.图丙F洛=qVB,方向垂直纸面向里 D.图丁F洛=qVB,方向垂直纸面向里 9.若带电粒子仅在洛伦兹力的作用下运动，则带电粒子速率将() A.变大 B.不变 C.变小 D.以上情况都有可能 10.如图，带正电小球从水平面竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1(如图甲)；若加水平向里的匀 强磁场（如图乙），小球上升的最大高度为h2:若加水平向右的匀强电场（如图丙），小球上升的最大 高度为h3。每次抛出的初速度相同，不计空气阻力，则( ××X B E ×0×× m im 777I7777777777777 甲 乙 丙 A.h1>h2>h3 B.h1=h2>h3 C.h2<h=h3 D.hi=h2=h3 4/9 学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 11.如图所示，电子枪发射的电子垂直磁场方向射入匀强磁场，不计重力影响，电子将做() B A.匀速直线运动 B.加速直线运动 C.减速直线运动 D.匀速圆周运动 12.一个带电粒子，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，粒子的动能逐渐减小（带电荷量不变）。从图中 情况可以确定() A.粒子从Q到b运动，带正电 B.粒子从b到a运动，带正电 C.粒子从a到b运动，带负电 D.粒子从b到a运动，带负电 13.当一带正电α的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则带电粒子在线管中 做( A.匀速直线运动 B.加速直线运动 C.减速直线运动 D.匀速圆周运动 5/9 学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 三、洛伦兹力在生活与科技中的应用 14,假设太阳风中的一电子以一定的速度竖直向下运动穿过P处的地磁场，如图所示。则该电子受到的洛 伦兹力方向为() 地理北极 电子运动方 地理南极 A.向东 B.向南 C.向西 D.向北 15.图所示为电视机显像管中电子束偏转的示意图。磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向 纸内射入的电子束的偏转方向() A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 16.如图所示，空间某区域有一方向水平、磁感应强度为B=0.20T的匀强磁场。一带正电微粒质量为 m=2.0×108kg,带电量为q=1.0×108C,当它以某一水平速度Vo的大小为 ms,垂直进入磁 场后，恰能沿直线匀速通过此区域。如果微粒的速度大于Vo,它将向偏转。 ×Vo××× × X-×--×-- 6/9 学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 17.如图甲，用强磁场将百万度高温的等离子体（等量的正离子和电子）约束在特定区域实现受控核聚变 的装置叫托克马克。我国托克马克装置在世界上首次实现了稳定运行100秒的成绩。多个磁场才能实现 磁约束，其中之一叫纵向场，图乙为其横截面的示意图，越靠管的右侧磁场越强。尽管等离子体在该截 面上运动的曲率半径远小于管的截面半径，但如果只有纵向场，带电粒子还会逐步向管壁“漂移”，导 致约束失败。不计粒子重力，带电粒子在纵向场中的速度大小 (选填“变大”、“变小”或 “不变”)，带电粒子将发生 (选填“上下”或“左右”)方向的漂移。 + XX 乙 18.如图所示，一阴极射线管左侧不断有 射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现粒 子的运动轨迹向下弯曲，则导线中的电流方向为 。(填“从A到B或“从B到A) B 拓思维 重难突破 19.洛伦兹力演示仪用于观察运动电子在磁场中的运动，结构如图所示。不考虑地磁场和重力的影响。 玻璃泡 励磁线圈 (前后各一个) 励磁线圈 玻璃泡 龟子枪 电子运动径迹 励磁电流 速度 加速电压 选择档 选择档 甲实物照片 乙结构图 (1)不加磁场时电子束的径迹是 (选填A.直线运动、B.平抛运动) (2)加磁场并调整磁感应强度可使电子束径迹形成一个圆周。保持磁感应强度不变，增大出射电子的速 度，电子束圆周的半径。（填A.“增大”B.“减小”C.“不变” D.“不能确 定”) (3)保持出射电子的速度不变，要减小电子束圆周的半径，应 磁感应强度。（填A.“增大” 7/9 学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 B.“减小” C.“不变” D.“不能确定”) 20.如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,带电荷量均为q。试求出 图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向。 ×××× 308v ×B× × 的×x ()× ××× 160°v ®B, (2) B (3) 21.如图所示，磁场对通电导线的作用实质是磁场对运动电荷作用的宏观表现。试由安培力公式=BL推 导洛伦兹力公式B。 F安 × xb× + + 666 + 少 + 66 X + 8/9 学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 22.如图所示，带电小球质量为m,用细线悬挂于O点并在竖直平面内摆动，最大摆角为60°，磁场垂直 于小球摆动的平面向里，当小球从左边最大摆角处摆到最低点时，细线上的拉力恰为零，试问小球带正 电还是带负电？小球从右边最大摆角处摆到最低点时，细线上的拉力是否仍为零？简述理由。 0 luld 60°60° B 9/9