2024-2025人教高中物理同步講義練習選擇性必修二1.1磁場對通電導線的作用力（含答案） （人教2019選擇性必修二）

2024-2025人教高中物理同步講義練習選擇性必修二1.1磁場對通電導線的作用力（含答案）（人教2019選擇性必修二）1.1磁場對通電導線的作用力基礎導學要點一、安培力的方向(1)左手定則：如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi).讓磁感線從掌心進入并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向.(2)說明：①F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B、I決定的平面.②磁場方向和電流方向不一定垂直.用左手定則判斷安培力方向時，磁感線只要從掌心進入即可，不一定垂直穿過掌心.要點二、安培力的大小1、同一通電導線，按不同方式放在同一磁場中，受力情況不同，如圖所示.(1)如圖甲，I⊥B，此時安培力最大，F(xiàn)＝ILB.(2)如圖乙，I∥B，此時安培力最小，F(xiàn)＝0.(3)如圖丙，當I與B成θ角時，把磁感應強度B分解，如圖丁.此時F＝ILBsin_θ.2、安培力的公式理解1.公式F＝ILBsinθ中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應強度，不必考慮導線自身產(chǎn)生的磁場對外加磁場的影響.2.公式F＝ILBsinθ中L指的是導線在磁場中的“有效長度”，彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如圖所示)；相應的電流沿L由始端流向末端.3.公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夾角，當θ＝90°時sinθ＝1，公式變?yōu)镕＝ILB.要點三、磁電式電流表(1)原理：通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉.線圈偏轉的角度越大，被測電流就越大.根據(jù)線圈偏轉的方向，可以知道被測電流的方向.(2)構造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴.(3)特點：極靴與圓柱間的磁場沿半徑方向，線圈轉動時，安培力的大小不受磁場影響，電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直.線圈平面與磁場方向平行，如圖所示.(4)優(yōu)點：靈敏度高，可以測出很弱的電流.缺點：線圈導線很細，允許通過的電流很弱.要點突破突破一：判定安培力的方向應注意的問題在解決有關磁場對電流的作用問題時，能否正確判斷安培力的方向是解決問題的關鍵，在判定安培力方向時要注意以下幾點：(1)安培力的方向總是既與磁場方向垂直，又與電流方向垂直，也就是說安培力的方向總是垂直于磁場和電流所決定的平面．所以判斷時要首先確定磁場與電流所確定的平面，從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上，然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向．(2)當電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直電流與磁場所決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心，而是斜穿過手心．(3)在具體判斷安培力的方向時．初學者由于受到靜電力方向判斷方法的影響，有時錯誤地認為安培力的方向沿著磁場方向．為避免這種錯誤，同學們應該把靜電力和安培力進行比較，搞清力的方向與場的方向的關系及區(qū)別．電荷在電場中某一點受到的靜電力是一定的，方向與該點的電場方向要么相同，要么相反．電流在磁場中某處受到的磁場力，與電流在磁場中放置的方向有關，電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL.一般情況下的安培力大于零，小于BIL，安培力的方向均與磁場方向垂直．例一下圖表示放在勻強磁場里的通電直導線，直導線與磁場方向垂直，圖中分別標出了電流、磁感應強度和安培力這三個量中的兩個的方向，試標出第三個量的方向．(注：一般用“?”表示電流垂直紙面向里，用“⊙”表示電流垂直紙面向外．)突破二：安培力大小的計算計算安培力大小時，要注意理解和靈活應用公式F＝ILB和F＝ILBsinθ.(1)公式F＝ILB中L指的是“有效長度”．當B與I垂直時，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝ILB；當B與I平行時，F(xiàn)＝0.彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如下圖所示)；相應的電流沿L由始端流向末端．(2)當磁場和電流成θ角時，如下圖所示．將磁感應強度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥對電流是沒有作用的．F＝B⊥IL＝BILsinθ，即F＝BILsinθ.(3)安培力公式一般用于勻強磁場，或通電導線所處區(qū)域的B的大小和方向處處相同．如果導線各部分所處的位置B的大小、方向不相同，應將導體分成若干段，使每段導線所處的范圍B的大小和方向近似相同，求出各段導線受的磁場力，然后再求合力．例二如下圖所示的各圖中，磁場的磁感應強度大小相同，導線兩端點距離均相等，導線中電流均相等，則各圖中有關導線所受的安培力的大小的判斷正確的是()A．d圖最大B．b圖最大C．一樣大 D．無法判斷突破三：安培力作用下物體的平衡和加速1.求解安培力作用下導體棒平衡問題的基本思路（1）選定研究對象——通電導線或通電導體棒；（2）變?nèi)S為二維，作出如側視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要用左手定則來判斷，注意F安⊥B、F安⊥I；（3）列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進行求解。2．求解關鍵（1）電磁問題力學化；（2）立體圖形平面化。3．安培力作用下導體的分析技巧（1）安培力作用下導體的平衡問題與力學中的平衡問題分析方法相同，只不過多了安培力，解題的關鍵是畫出受力分析示意圖。（2）安培力作用下導體的加速問題與動力學問題分析方法相同，關鍵是做好受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律求出加速度。突破四：“安培定則(右手螺旋定則)”和“左手定則”的區(qū)別和聯(lián)系(1)在適用對象上：安培定則研究電流(直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管)產(chǎn)生磁場時，電流與其產(chǎn)生的磁場的磁感線二者方向的關系；左手定則研究通電導線(或運動電荷)在磁場中受力時，F(xiàn)、I、B三者方向的關系．(2)在電流與磁場的關系上：安培定則中的“磁場”與“電流”密不可分，同時存在、同時消失，“磁場”就是電流的磁效應產(chǎn)生的磁場；左手定則中的“磁場”與“電流”可以單獨存在，“磁場”是外加的磁場，不是通電導線產(chǎn)生的磁場．(3)在因果關系上：安培定則中的“電流”是“因”，磁場為“果”，正是有了電流(直流電流、環(huán)形電流、螺線管電流)才出現(xiàn)了由該電流產(chǎn)生的磁場；左手定則中的“磁場”和“電流”都是“因”，磁場對通電導線的作用力是“果”，有因才有果，而此時的兩個“因”對產(chǎn)生磁場的作用力來說缺一不可．(4)判斷電流方向選取定則的原則：當已知磁感線的方向，要判斷產(chǎn)生該磁場的電流方向時，選用安培定則判斷電流的方向；當已知導體所受安培力的方向時，用左手定則判斷電流的方向．例三兩條直導線相互垂直，如右圖所示，但相隔一個小距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由活動，當恒定電流按圖示方向通入兩條導線時，導線CD將()A．順時針方向轉動，同時靠近導線ABB．逆時針方向轉動，同時離開導線ABC．順時針方向轉動，同時離開導線ABD．逆時針方向轉動，同時靠近導線AB強化訓練1.如圖所示，三根導體桿的長度和流過其中的電流均相等，（a）圖中磁場方向垂直紙面向里，導體桿與水平面間的夾角為；（b）圖中磁場方向豎直向上，導體桿水平放置；（c）圖中磁場方向水平向右，導體桿水平放置。若三圖中的磁感應強度大小均相等，則三根導體桿受到的安培力Fa、Fb、Fc之間的大小關系為（）A． B． C． D．2.如圖所示，在傾角為30°的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長為L，質量為m的直導體棒。當導體棒中的電流恒為I，方向垂直紙面向里。將導體棒置于勻強磁場中，當外加勻強磁場的方向在紙面內(nèi)由豎直向上沿逆時針轉至水平向左的過程中，欲使導體棒始終靜止在斜面上，下列說法正確的是（）A．導體棒所受安培力大小不變，方向改變B．導體棒所受安培力大小改變，方向不變C．當勻強磁場方向豎直向上時，導體棒所受安培力最小D．當勻強磁場方向垂直斜面向上時，導體棒所受安培力最小3.【多選】條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠S極的一側懸掛一根與它垂直的導體棒，如右圖所示．圖中只畫出此棒的橫截面，且標出棒中的電流是流向紙內(nèi)的．在通電的一瞬間，可能產(chǎn)生的情況是()A．磁鐵對桌面的壓力減小B．磁鐵對桌面的壓力增大C．磁鐵受到向左的摩擦力D．磁鐵受到向右的摩擦力4.在光滑水平桌面上有A、C兩個絕緣釘子，相距2L，一根長度為πL的軟導線固定在兩個釘子之間，并通有大小為I的穩(wěn)定電流。當桌面上加上一個磁感強度為B的勻強磁場后，穩(wěn)定時，釘子A上受到導線的拉力大小為（）A．BIL B．2BIL C．πBIL D．2πBIL5．下面的物理量中。屬于標量的是（）A．電場強度 B．磁感應強度 C．磁通量 D．安培力6．一根長為0.2m、通有2A電流的通電導線放在磁感應強度為0.5T的勻強磁場中，則其受到的安培力的大小可能是（）A．0.5N B．0.4N C．0.3N D．0.1N7．圖示為長度相同的通電直導線放在磁感應強度大小相等的勻強磁場中，已知通電直導線中的電流均為I，長度均為L，磁感應強度均為B，則通電導線受到的安培力F=BIL的是（）A． B．C． D．8．如圖所示，兩平行光滑金屬導軌、與電源相連，金屬棒垂直于導軌放置構成閉合回路，回路平面與水平面成角，為使棒靜止，在空間施加垂直于回路平面向下的勻強磁場，加磁場后安培力的方向為（）水平向左 B．水平向右 C．沿軌道平面向下 D．沿軌道平面向上9．如圖，兩根水平放置的導仇（電阻不計）左端連電源，其電動勢E=3V、內(nèi)阻r=1Ω。導軌AB與CD相距為，導軌上固定的金屬棒MN與導軌夾角為θ=60°，其接入電路的電阻R=2Ω，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度大小B=0.2T，則棒MN所受安培力的大小和方向分別是（）A．大小為0.4N，方向水平向右B．大小為N，方向水平向右C．大小為0.4N，方向垂直于MN斜向右D．大小為N，方向垂直于MN斜向右10．如圖所示，光滑平行導軌與水平面成α角，空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B。金屬桿水平放置在導軌上，恰好處于靜止狀態(tài)。僅改變磁場，能使金屬桿保持靜止的最小磁感應強度的大小和方向為（）A．Bsinα垂直導軌平面向上 B．Bsinα垂直導軌平面向下C．Bcosα垂直導軌平面向上 D．Bcosα垂直導軌平面向下11．下列情景中，關于通電導線在磁場中所受安培力的方向判斷正確的是（）A．通電導線靜止，磁場垂直紙面向里B．磁場與豎直方向的夾角為，電流方向垂直紙面向里C．磁場豎直向上，導軌水平放置D．導體棒靜止，磁場豎直向上12．如圖所示，兩根平行直導軌MN、PQ固定在同一水平面內(nèi)，間距為L。導軌的左端接有電源E和開關S，導體棒ab垂直于導軌放置。空間存在斜向右上方的勻強磁場，其方向與軌道平面成θ角，且與導體棒ab垂直。閉合開關S，導體棒ab仍保持靜止。已知通過導體棒的電流為I，則閉合開關S后，下列說法正確的是（）A．導體棒所受的安培力等于，方向水平向左B．導體棒所受的安培力等于，方向水平向右C．導體棒所受的摩擦力等于，方向水平向左D．導體棒所受的摩擦力等于，方向水平向右13．如圖所示，一通電直導線在豎直向上的勻強磁場中靜止于固定的光滑斜面上，電流方向垂直紙面向外。保持磁感應強度大小不變，僅把磁場方向按順時針逐漸旋轉，直至垂直斜面向上，若要通電導線始終保持靜止，則應控制導線內(nèi)的電流（）A．逐漸減小 B．逐漸增大C．先減小后增大 D．先增大后減小再增大14.如圖，一絕緣光滑固定斜面處于勻強磁場中，磁場的磁感應強度大小為B，方向垂直于斜面向上，通有電流I的金屬細桿水平靜止在斜面上。若電流變?yōu)?.5Ⅰ，磁感應強度大小變?yōu)?B，電流和磁場的方向均不變，則金屬細桿將（)A.沿斜面加速上滑B.沿斜面加速下滑C.沿斜面勻速上滑D.仍靜止在斜面上1.1磁場對通電導線的作用力基礎導學要點一、安培力的方向(1)左手定則：如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi).讓磁感線從掌心進入并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向.(2)說明：①F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B、I決定的平面.②磁場方向和電流方向不一定垂直.用左手定則判斷安培力方向時，磁感線只要從掌心進入即可，不一定垂直穿過掌心.要點二、安培力的大小1、同一通電導線，按不同方式放在同一磁場中，受力情況不同，如圖所示.(1)如圖甲，I⊥B，此時安培力最大，F(xiàn)＝ILB.(2)如圖乙，I∥B，此時安培力最小，F(xiàn)＝0.(3)如圖丙，當I與B成θ角時，把磁感應強度B分解，如圖丁.此時F＝ILBsin_θ.2、安培力的公式理解1.公式F＝ILBsinθ中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應強度，不必考慮導線自身產(chǎn)生的磁場對外加磁場的影響.2.公式F＝ILBsinθ中L指的是導線在磁場中的“有效長度”，彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如圖所示)；相應的電流沿L由始端流向末端.3.公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夾角，當θ＝90°時sinθ＝1，公式變?yōu)镕＝ILB.要點三、磁電式電流表(1)原理：通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉.線圈偏轉的角度越大，被測電流就越大.根據(jù)線圈偏轉的方向，可以知道被測電流的方向.(2)構造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴.(3)特點：極靴與圓柱間的磁場沿半徑方向，線圈轉動時，安培力的大小不受磁場影響，電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直.線圈平面與磁場方向平行，如圖所示.(4)優(yōu)點：靈敏度高，可以測出很弱的電流.缺點：線圈導線很細，允許通過的電流很弱.要點突破突破一：判定安培力的方向應注意的問題在解決有關磁場對電流的作用問題時，能否正確判斷安培力的方向是解決問題的關鍵，在判定安培力方向時要注意以下幾點：(1)安培力的方向總是既與磁場方向垂直，又與電流方向垂直，也就是說安培力的方向總是垂直于磁場和電流所決定的平面．所以判斷時要首先確定磁場與電流所確定的平面，從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上，然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向．(2)當電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直電流與磁場所決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心，而是斜穿過手心．(3)在具體判斷安培力的方向時．初學者由于受到靜電力方向判斷方法的影響，有時錯誤地認為安培力的方向沿著磁場方向．為避免這種錯誤，同學們應該把靜電力和安培力進行比較，搞清力的方向與場的方向的關系及區(qū)別．電荷在電場中某一點受到的靜電力是一定的，方向與該點的電場方向要么相同，要么相反．電流在磁場中某處受到的磁場力，與電流在磁場中放置的方向有關，電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL.一般情況下的安培力大于零，小于BIL，安培力的方向均與磁場方向垂直．例一下圖表示放在勻強磁場里的通電直導線，直導線與磁場方向垂直，圖中分別標出了電流、磁感應強度和安培力這三個量中的兩個的方向，試標出第三個量的方向．(注：一般用“?”表示電流垂直紙面向里，用“⊙”表示電流垂直紙面向外．)解析：對本題的三個通電直導線，均適用左手定則，在這三種情況下均讓磁感線垂直穿過手掌心，可得出電流I，磁感應強度B、安培力三者的方向如圖所示．答案：突破二：安培力大小的計算計算安培力大小時，要注意理解和靈活應用公式F＝ILB和F＝ILBsinθ.(1)公式F＝ILB中L指的是“有效長度”．當B與I垂直時，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝ILB；當B與I平行時，F(xiàn)＝0.彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如下圖所示)；相應的電流沿L由始端流向末端．(2)當磁場和電流成θ角時，如下圖所示．將磁感應強度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥對電流是沒有作用的．F＝B⊥IL＝BILsinθ，即F＝BILsinθ.(3)安培力公式一般用于勻強磁場，或通電導線所處區(qū)域的B的大小和方向處處相同．如果導線各部分所處的位置B的大小、方向不相同，應將導體分成若干段，使每段導線所處的范圍B的大小和方向近似相同，求出各段導線受的磁場力，然后再求合力．例二如下圖所示的各圖中，磁場的磁感應強度大小相同，導線兩端點距離均相等，導線中電流均相等，則各圖中有關導線所受的安培力的大小的判斷正確的是()A．d圖最大B．b圖最大C．一樣大 D．無法判斷解析：安培力公式F＝BIL⊥，其中L⊥為垂直于磁場方向的有效長度，a、b、c、d四個圖中導線的有效長度相等，所以所受的安培力相等．答案：C突破三：安培力作用下物體的平衡和加速1.求解安培力作用下導體棒平衡問題的基本思路（1）選定研究對象——通電導線或通電導體棒；（2）變?nèi)S為二維，作出如側視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要用左手定則來判斷，注意F安⊥B、F安⊥I；（3）列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進行求解。2．求解關鍵（1）電磁問題力學化；（2）立體圖形平面化。3．安培力作用下導體的分析技巧（1）安培力作用下導體的平衡問題與力學中的平衡問題分析方法相同，只不過多了安培力，解題的關鍵是畫出受力分析示意圖。（2）安培力作用下導體的加速問題與動力學問題分析方法相同，關鍵是做好受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律求出加速度。突破四：“安培定則(右手螺旋定則)”和“左手定則”的區(qū)別和聯(lián)系(1)在適用對象上：安培定則研究電流(直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管)產(chǎn)生磁場時，電流與其產(chǎn)生的磁場的磁感線二者方向的關系；左手定則研究通電導線(或運動電荷)在磁場中受力時，F(xiàn)、I、B三者方向的關系．(2)在電流與磁場的關系上：安培定則中的“磁場”與“電流”密不可分，同時存在、同時消失，“磁場”就是電流的磁效應產(chǎn)生的磁場；左手定則中的“磁場”與“電流”可以單獨存在，“磁場”是外加的磁場，不是通電導線產(chǎn)生的磁場．(3)在因果關系上：安培定則中的“電流”是“因”，磁場為“果”，正是有了電流(直流電流、環(huán)形電流、螺線管電流)才出現(xiàn)了由該電流產(chǎn)生的磁場；左手定則中的“磁場”和“電流”都是“因”，磁場對通電導線的作用力是“果”，有因才有果，而此時的兩個“因”對產(chǎn)生磁場的作用力來說缺一不可．(4)判斷電流方向選取定則的原則：當已知磁感線的方向，要判斷產(chǎn)生該磁場的電流方向時，選用安培定則判斷電流的方向；當已知導體所受安培力的方向時，用左手定則判斷電流的方向．例三兩條直導線相互垂直，如右圖所示，但相隔一個小距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由活動，當恒定電流按圖示方向通入兩條導線時，導線CD將()A．順時針方向轉動，同時靠近導線ABB．逆時針方向轉動，同時離開導線ABC．順時針方向轉動，同時離開導線ABD．逆時針方向轉動，同時靠近導線AB解析：(電流分析方法)如圖先分析AB導線中電流產(chǎn)生的磁場方向，再分段找出CD各段所受安培力的方向．由左手定則判斷，CO段受力向下，DO段受力向上，所以CD導線沿逆時針方向轉動，又由于AB、CD導線電流有同向的趨勢，由已知結論可知它們同時還相互吸引，故D項正確．(結論法)凡轉動，必互相靠近，則兩導線轉動到電流方向相同為止．答案：D強化訓練1.如圖所示，三根導體桿的長度和流過其中的電流均相等，（a）圖中磁場方向垂直紙面向里，導體桿與水平面間的夾角為；（b）圖中磁場方向豎直向上，導體桿水平放置；（c）圖中磁場方向水平向右，導體桿水平放置。若三圖中的磁感應強度大小均相等，則三根導體桿受到的安培力Fa、Fb、Fc之間的大小關系為（）A． B． C． D．【答案】D【解析】（a）圖中和（b）圖中，根據(jù)左手定則可得（c）圖中磁場方向水平向右，導體桿水平放置，則可得故有ABC錯誤，D正確。故選D。2.如圖所示，在傾角為30°的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長為L，質量為m的直導體棒。當導體棒中的電流恒為I，方向垂直紙面向里。將導體棒置于勻強磁場中，當外加勻強磁場的方向在紙面內(nèi)由豎直向上沿逆時針轉至水平向左的過程中，欲使導體棒始終靜止在斜面上，下列說法正確的是（）A．導體棒所受安培力大小不變，方向改變B．導體棒所受安培力大小改變，方向不變C．當勻強磁場方向豎直向上時，導體棒所受安培力最小D．當勻強磁場方向垂直斜面向上時，導體棒所受安培力最小【答案】D【解析】對導體棒受力分析，受重力，斜面的支持力和安培力，三力平衡，合力為零，將支持力和安培力合成，合力與重力平衡，如圖所示由圖可知，當外加勻強磁場的方向在紙面內(nèi)由豎直向上沿逆時針轉至水平向左的過程中，安培力先變小后變大，當安培力沿著斜面向上時，安培力最小，結合左手定則可知當勻強磁場方向垂直斜面向上時，導體棒所受安培力最小，故D正確，ABC錯誤。故選D。3.條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠S極的一側懸掛一根與它垂直的導體棒，如右圖所示．圖中只畫出此棒的橫截面，且標出棒中的電流是流向紙內(nèi)的．在通電的一瞬間，可能產(chǎn)生的情況是()A．磁鐵對桌面的壓力減小B．磁鐵對桌面的壓力增大C．磁鐵受到向左的摩擦力D．磁鐵受到向右的摩擦力解析：在磁鐵外部磁感線由N極指向S極，通電導體棒處在磁場中，由左手定則可知其所受的安培力．所以，條形磁鐵也受到反作用力產(chǎn)生兩種效果，其一向上提起的效果；其二向右運動的效果，即磁鐵對桌面的壓力減小，同時磁鐵受到向左的摩擦力的作用，故A、C正確．答案：AC4.在光滑水平桌面上有A、C兩個絕緣釘子，相距2L，一根長度為πL的軟導線固定在兩個釘子之間，并通有大小為I的穩(wěn)定電流。當桌面上加上一個磁感強度為B的勻強磁場后，穩(wěn)定時，釘子A上受到導線的拉力大小為（）A．BIL B．2BIL C．πBIL D．2πBIL【答案】A【解析】根據(jù)題意，導線在安培力作用下張緊成半圓，其有效長度等于2L，導線受到兩個釘子的彈力和安培力，對導線根據(jù)平衡條件解得故選A。5．下面的物理量中。屬于標量的是（）A．電場強度 B．磁感應強度 C．磁通量 D．安培力【答案】C【詳解】電場強度、磁感應強度和安培力都是矢量，磁通量是標量。故選C。6．一根長為0.2m、通有2A電流的通電導線放在磁感應強度為0.5T的勻強磁場中，則其受到的安培力的大小可能是（）A．0.5N B．0.4N C．0.3N D．0.1N【答案】D【詳解】直導線受到的磁場的最大安培力為F=BIL=0.5×2×0.2N=0.2N，則導線受到的安培力大小可能是0.1N。故選D。7．圖示為長度相同的通電直導線放在磁感應強度大小相等的勻強磁場中，已知通電直導線中的電流均為I，長度均為L，磁感應強度均為B，則通電導線受到的安培力F=BIL的是（）A． B．C． D．【答案】A【詳解】通電導線受到的安培力大小公式是，只有當B與I垂直時，F(xiàn)才等于BIL，四個圖中只有A圖滿足此條件，故BCD錯誤，A正確。故選A。8．如圖所示，兩平行光滑金屬導軌、與電源相連，金屬棒垂直于導軌放置構成閉合回路，回路平面與水平面成角，為使棒靜止，在空間施加垂直于回路平面向下的勻強磁場，加磁場后安培力的方向為（）水平向左 B．水平向右 C．沿軌道平面向下 D．沿軌道平面向上【答案】D【解析】棒中電流方向，空間施加垂直于回路平面向下的勻強磁場，根據(jù)左手定則，加磁場后安培力的方向為沿軌道平面向上。故選D。9．如圖，兩根水平放置的導仇（電阻不計）左端連電源，其電動勢E=3V、內(nèi)阻r=1Ω。導軌AB與CD相距為，導軌上固定的金屬棒MN與導軌夾角為θ=60°，其接入電路的電阻R=2Ω，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度大小B=0.2T，則棒MN所受安培力的大小和方向分別是（）A．大小為0.4N，方向水平向右B．大小為N，方向水平向右C．大小為0.4N，方向垂直于MN斜向右D．大小為N，方向垂直于MN斜向右【答案】C【解析】通過MN的電流為MN所受安培力的大小為根據(jù)左手定則可知MN所受安培力方向為垂直于MN斜向右，故選C。10．如圖所示，光滑平行導軌與水平面成α角，空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B。金屬桿水平放置在導軌上，恰好處于靜止狀態(tài)。僅改變磁場，能使金屬桿保持靜止的最小磁感應強度的大小和方向為（）A．Bsinα垂直導軌平面向上 B．Bsinα垂直導軌平面向下C．Bcosα垂直導軌平面向上 D．Bcosα垂直導軌平面向下【答案】D【詳解】當金屬桿受到的安培力沿導軌向上，恰好與重力沿導軌向下的分力平衡時，安培力最小，對應的磁感應強度最小，由左手定則可知，磁感應強度的方向應垂直導軌平面向下，可得故選D。11．下列情景中，關于通電導線在磁場中所受安培力的方向判斷正確的是（）A．通電導線靜止，磁場垂直紙面向里B．磁場與豎直方向的夾角為，電流方向垂直紙面向里C．磁場豎直向上，導軌水平放置D．導體棒靜止，磁場豎直向上【答案】B【詳解】A．由左手定則可知A圖，通電導線受到的安培力F豎直向上，故A錯誤；B．B圖通電導線受到的安培力F斜向右上方且與磁場B垂直，故B正確；C．C圖通電導線受到的安培力F水平向右，故C錯誤；D．D圖導體棒受到的安培力F水平向右，故D錯誤；故選B。12．如圖所示，兩根平行直導軌MN、PQ固定在同一水平面內(nèi)，間距為L。導軌的左端接有電源E和開關S，導體棒ab垂直于導軌放置。空間存在斜向右上方的勻強磁場，其方向與軌道平面成θ角，且與導體棒ab垂直。閉合開關S，導體棒ab仍保持靜止。已知通過導體棒的電流為I，則閉合開關S后，下列說法正確的是（）A．導體棒所受的安培力等于，方向水平向左B．導體棒所受的安培力等于，方向水平向右C．導體棒所受的摩擦力等于，方向水平向左D．導體棒所受的摩擦力等于，方向水平向右【答案】C【解析】AB．導體棒所受的安培力方向垂直于B指向右下方向，選項AB錯誤；CD．導體棒處于靜止狀態(tài)，則所受的摩擦力等于方向水平向左，選項C正確，D錯誤。故選C。13．如圖所示，一通電直導線在豎直向上的勻強磁場中靜止于固定的光滑斜面上，電流方向垂直紙面向外。保持磁感應強度大小不變，僅把磁場方向按順時針逐漸旋轉，直至垂直斜面向上，若要通電導線始終保持靜止，則應控制導線內(nèi)的電流（）A．逐漸減小 B．逐漸增大C．先減小后增大 D．先增大后減小再增大【答案】A【詳解】電流方向垂直紙面向外，磁場方向豎直向上時，導線所受水平向右的安培力、重力和支持力作用，三力平衡，如圖當磁場方向轉至垂直斜面向上時，導線所受安培力沿斜面向上，由圖可知安培力F逐漸減小，根據(jù)可知應控制導線內(nèi)的電流強度逐漸減小。故選A。14.如圖，一絕緣光滑固定斜面處于勻強磁場中，磁場的磁感應強度大小為B，方向垂直于斜面向上，通有電流I的金屬細桿水平靜止在斜面上。若電流變?yōu)?.5Ⅰ，磁感應強度大小變?yōu)?B，電流和磁場的方向均不變，則金屬細桿將（)A.沿斜面加速上滑B.沿斜面加速下滑C.沿斜面勻速上滑D.仍靜止在斜面上【答案】CD【詳解】當磁場的磁感應強度大小為B，電流變?yōu)棰駮r，金屬棒處于靜止狀態(tài)，根據(jù)平衡條件和安培力公式可得:BIL=mgsinθ,當磁場的磁感應強度大小為3B，電流變?yōu)?.5I時，此時安培力大小變?yōu)?F=3B×0.5I×L=1.5BIL，金屬棒將沿斜面向上加速，加速度大小為:故A正確、BCD錯誤。故選:A。1.2磁場對運動電荷的作用力基礎導學要點一、洛倫茲力的方向1.洛倫茲力：運動電荷在磁場中受到的力.2.洛倫茲力的方向(1)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向正電荷運動的方向，這時拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向.負電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反.(2)特點：F⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于B和v決定的平面.要點二、洛倫茲力的大小1.洛倫茲力與安培力的關系(1)安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn).而洛倫茲力是安培力的微觀本質.(2)洛倫茲力對電荷不做功，但安培力卻可以對導體做功.2.洛倫茲力的大?。篎＝qvBsinθ，θ為電荷運動的方向與磁感應強度方向的夾角.(1)當電荷運動方向與磁場方向垂直時：F＝qvB；(2)當電荷運動方向與磁場方向平行時：F＝0；(3)當電荷在磁場中靜止時：F＝0.要點突破突破一：對洛倫茲力的進一步理解(1)洛倫茲力的方向①決定洛倫茲力方向的因素有三個：電荷的電性(正、負)、速度方向、磁感應強度的方向．②在研究電荷的運動方向與磁場方向垂直的情況時，由左手定則可知，F(xiàn)洛⊥B，F(xiàn)洛⊥v即F洛垂直于B和v兩者決定的平面．【特別提醒】(1)公式F＝qvB中的v是帶電粒子相對于磁場的運動速度．(2)判斷負電荷在磁場中運動所受洛倫茲力的方向，四個手指要伸向負電荷運動的相反方向．(3)電荷運動的方向v和磁場的方向B不一定垂直，但洛倫茲力一定垂直于磁感應強度B和速度v的方向．(2)洛倫茲力與安培力的關系區(qū)別聯(lián)系①洛倫茲力是指單個運動電荷所受到的磁場力，而安培力是指電流(即大量定向移動的電荷)所受到的磁場力②洛倫茲力永不做功，而安培力可以做功①安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀解釋②大小關系：F安＝NF洛(N是導體中定向運動的電荷數(shù))③方向關系：洛倫茲力與安培力的方向特點一致，均可用左手定則進行判斷①洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．②盡管安培力是自由電荷定向移動時受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認為安培力就簡單地等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當導體靜止時才能這樣認為．③洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功．可見安培力與洛倫茲力既有緊密相關、不可分割的必然聯(lián)系，也有顯著的區(qū)別．(3)由安培力公式推導洛倫茲力公式設導體內(nèi)單位體積上自由電荷數(shù)為n，自由電荷的電荷量為q，定向移動的速度為v，設長度為L的導線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過面積為S的截面A，如下圖所示，設通過的電荷量為Q，有Q＝nqSL＝ngS·vt，導線與磁場垂直．又因為I＝eq\f(Q,t)，F(xiàn)安＝BIL，故F安＝Beq\f(Q,t)L＝Beq\f(nqSvt,t)·L＝Bqv·SnL洛倫茲力F洛＝eq\f(F安,SnL)，故F洛＝qvB例一關于安培力和洛倫茲力，下面的說法正確的是()A．安培力和洛倫茲力是性質不同的兩種力B．安培力和洛倫茲力，其本質都是磁場對運動電荷的作用力C．這兩種力都是效果力，其實并不存在，原因是不遵守牛頓第三定律D．安培力對通電導體能做功，洛倫茲力對運動電荷不能做功突破二：洛倫茲力與電場力的比較

洛倫茲力電場力性質洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力電場力是電場對電荷的作用力產(chǎn)生條件磁場中靜止電荷、沿磁場方向運動的電荷不受洛倫茲力電場中的電荷無論靜止、還是沿任何方向運動都要受到電場力方向(1)方向由電荷的正負、磁場的方向以及電荷的運動方向決定，方向之間的關系遵循左手定則(2)洛倫茲力方向一定垂直于磁場方向以及電荷運動方向(電荷運動方向與磁場方向不一定垂直)(1)方向由電荷的正負、電場的方向決定(2)正電荷受力方向與電場方向一致，負電荷受力方向與電場方向相反大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE作用效果洛倫茲力只改變電荷運動速度的方向，不能改變速度的大小電場力既可以改變電荷運動的速度方向又可以改變電荷運動速度的大小做功情況洛倫茲力一定不做功電場力可以不做功，也可以做功例二關于電場力與洛倫茲力，以下說法正確的是()A．電荷只要處在電場中，就會受到電場力，而電荷靜止在磁場中，也可能受到洛倫茲力B．電場力對在電場中的電荷一定會做功，而洛倫茲力對在磁場中的電荷卻不會做功C．電場力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上D．只有運動的電荷在磁場中才會受到洛倫茲力的作用突破三：洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應用(1)速度選擇器①原理：如右圖所示，所受重力可忽 略不計，運動方向相同而速率不同的正粒子組成的粒子束射入相互正交的勻強電場和勻強磁場所組成的場區(qū)中，已知電場強度為E，磁感應強度為B，方向垂直于紙面向里，若粒子運動軌跡不發(fā)生偏折(重力不計)，必須滿足平衡條件：qBv＝qE，故v＝eq\f(E,B)，這樣就把滿足v＝eq\f(E,B)的粒子從速度選擇器中選擇出來了．②特點a．速度選擇器只選擇速度(大小、方向)而不選擇粒子的質量和電荷量．如上圖中若從右側入射則不能穿出場區(qū)．b．速度選擇器B、E、v三個物理量的大小、方向互相約束，以保證粒子受到的電場力和洛倫茲力等大、反向．如圖中只改變磁場B的方向，粒子將向下偏轉．(2)磁流體發(fā)電機目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉化為電能，如右圖表示出了它的發(fā)電原理：將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負電的微粒．而從整體上來說是呈電中性)噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，則高速射入的離子在洛倫茲力的作用下向A、B兩板聚集，使兩板間產(chǎn)生電勢差，若平行金屬板間距為d，勻強磁場的磁感應強度為B，等離子體流速為v，氣體從一側面垂直磁場射入板間，不計氣體電阻，外電路電阻為R，則兩板間最大電壓和可能達到的最大電流為多少？如圖所示，運動電荷在磁場中受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉，正、負離子分別到達B、A極板(B為電源正極，故電流方向從B經(jīng)R到A)，使A、B板間產(chǎn)生勻強電場，在電場力的作用下偏轉逐漸減弱，當?shù)入x子體不發(fā)生偏轉即勻速穿過時，有qvB＝qE，所以此時兩極板間電勢差U＝Ed＝Bdv，據(jù)閉合電路歐姆定律可得電流大小I＝eq\f(Bdv,R).例三在兩平行金屬板間，有如下圖所示的互相正交的勻強電場和勻強磁場．α粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，恰好能沿直線勻速通過．(α粒子、質子、電子均不計重力)(1)若質子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，質子將做什么運動？(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，電子將做什么運動？強化訓練1．電荷量為的粒子，在勻強磁場中運動，下列說法中正確的是（）A．只要速度大小相同，所受的洛倫茲力就相同B．如果把改為，且速度反向、大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均不變C．只要帶電粒子在磁場中運動，它一定受到洛倫茲力作用D．帶電粒子受到的洛倫茲力越小，則該磁場的磁感應強度越小2．關于帶電粒子進入磁場時所受洛倫茲力的方向，下列判斷正確的是（）A．B．C． D．3．甲、乙兩個帶電粒子帶電量分別為和，運動速度分別為和，當它們都進入到同一勻強磁場，且速度方向都與磁場方向垂直時，甲、乙受到的洛倫茲力大小之比為（）A． B． C． D．4．科學家預言，自然界存在只有一個磁極的磁單極子，磁單極N的磁場分布如圖甲所示，它與如圖乙所示正點電荷Q的電場分布相似。假設磁單極子N和正點電荷Q均固定，有相同的帶電小球分別在N和Q附近（圖示位置）沿水平面做勻速圓周運動，則下列判斷正確的是（）A．從上往下看，圖甲中帶電小球一定沿逆時針方向運動B．從上往下看，圖甲中帶電小球一定沿順時針方向運動C．從上往下看，圖乙中帶電小球一定沿順時針方向運動D．從上往下看，圖乙中帶電小球一定沿逆時針方向運動5．如圖所示，關于對帶電粒子在勻強磁場中運動的方向描述正確的是A． B． C． D．6．如圖，在陰極射線管正下方平行放置一根通有足夠強電流的長直導線，且導線中電流方向水平向右，則陰極射線將會（）向上偏轉 B．向下偏轉 C．向紙內(nèi)偏轉 D．向紙外偏轉7．如圖所示，在真空中，水平導線中有恒定電流I通過，導線的正下方有一束電子初速度方向與電流方向相同，則電子可能的運動情況是（）A．沿路徑a運動 B．沿路徑b運動C．沿路徑c運動 D．沿路徑d運動8．關于安培力、電場力和洛倫茲力，下列說法正確的是（）A．電荷在電場中一定受電場力作用，電荷在磁場中一定受洛倫茲力作用B．安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀表現(xiàn)C．電場力一定沿電場方向，洛倫茲力一定沿磁場方向D．安培力、洛倫茲力和電場力都可以做功9．真空中一長直細金屬導線豎直放置，通以向上的恒定電流，一光滑絕緣管ab水平放置，管兩端恰好落在一以導線為圓心的圓上，俯視圖如圖。半徑略小于絕緣管半徑的帶正電小球自a端以初速度向b運動過程中，則下列說法正確的是（）A．小球在ab位置中點時速度最大 B．洛倫茲力對小球先做正功再做負功C．小球在ab位置中點受到的洛倫茲力為零 D．小球受到洛倫茲力時，洛倫茲力方向始終向下10．（2020·福建省福州教育學院附屬中學高二期中）如圖所示，從同一粒子源O發(fā)出的粒子以相同的速度垂直射入某磁場中，結果分成了a、b、c三束，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)粒子帶正電 B．b粒子帶正電C．c粒子帶正電 D．以上說法均不正確11．圖中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長直導線，其橫截面位于正方形的四個頂點上，導線中通有大小相同的電流，方向如圖所示．一帶正電的粒子從正方形中心O點沿垂直于紙面的方向向外運動，它所受洛倫茲力的方向是()向上 B．向下 C．向左 D．向右12．如圖，空間某區(qū)域存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向上（與紙面平行），磁場方向垂直于紙面向里。三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質量分別為、、。已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運動，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運動。下列選項正確的是（） B． C． D．13．（2018·北京·北大附中一模）如圖所示為洛倫茲力演示儀的結構示意圖．由電子槍產(chǎn)生電子束，玻璃泡內(nèi)充有稀薄的氣體，在電子束通過時能夠顯示電子的徑跡．前后兩個勵磁線圈之間產(chǎn)生勻強磁場，磁場方向與兩個線圈中心的連線平行．電子速度的大小和磁感應強度可以分別通過電子槍的加速電壓U和勵磁線圈的電流I來調(diào)節(jié)．適當調(diào)節(jié)U和I，玻璃泡中就會出現(xiàn)電子束的圓形徑跡．下列調(diào)節(jié)方式中，可能讓圓形徑跡半徑增大的是()A．同時增大U和I B．同時減小U和IC．增大U，減小I D．減小U，增大I14.如圖所示，一個質量為m=1.5×10-4kg的小滑塊，帶有q=5×10-4C的電荷量，放置在傾角α=37°的光滑絕緣斜面上，斜面固定且置于B=0.5T的勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，小滑塊滑至某一位置時，將脫離斜面（sin37°=0.6，c0837°=0.8，g取10m/s2）。求：（1）小滑塊帶何種電荷；（2）小滑塊離開斜面時的瞬時速度多大；（3）該斜面長度至少多長。1.2磁場對運動電荷的作用力基礎導學要點一、洛倫茲力的方向1.洛倫茲力：運動電荷在磁場中受到的力.2.洛倫茲力的方向(1)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向正電荷運動的方向，這時拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向.負電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反.(2)特點：F⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于B和v決定的平面.要點二、洛倫茲力的大小1.洛倫茲力與安培力的關系(1)安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn).而洛倫茲力是安培力的微觀本質.(2)洛倫茲力對電荷不做功，但安培力卻可以對導體做功.2.洛倫茲力的大?。篎＝qvBsinθ，θ為電荷運動的方向與磁感應強度方向的夾角.(1)當電荷運動方向與磁場方向垂直時：F＝qvB；(2)當電荷運動方向與磁場方向平行時：F＝0；(3)當電荷在磁場中靜止時：F＝0.要點突破突破一：對洛倫茲力的進一步理解(1)洛倫茲力的方向①決定洛倫茲力方向的因素有三個：電荷的電性(正、負)、速度方向、磁感應強度的方向．②在研究電荷的運動方向與磁場方向垂直的情況時，由左手定則可知，F(xiàn)洛⊥B，F(xiàn)洛⊥v即F洛垂直于B和v兩者決定的平面．【特別提醒】(1)公式F＝qvB中的v是帶電粒子相對于磁場的運動速度．(2)判斷負電荷在磁場中運動所受洛倫茲力的方向，四個手指要伸向負電荷運動的相反方向．(3)電荷運動的方向v和磁場的方向B不一定垂直，但洛倫茲力一定垂直于磁感應強度B和速度v的方向．(2)洛倫茲力與安培力的關系區(qū)別聯(lián)系①洛倫茲力是指單個運動電荷所受到的磁場力，而安培力是指電流(即大量定向移動的電荷)所受到的磁場力②洛倫茲力永不做功，而安培力可以做功①安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀解釋②大小關系：F安＝NF洛(N是導體中定向運動的電荷數(shù))③方向關系：洛倫茲力與安培力的方向特點一致，均可用左手定則進行判斷①洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．②盡管安培力是自由電荷定向移動時受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認為安培力就簡單地等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當導體靜止時才能這樣認為．③洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功．可見安培力與洛倫茲力既有緊密相關、不可分割的必然聯(lián)系，也有顯著的區(qū)別．(3)由安培力公式推導洛倫茲力公式設導體內(nèi)單位體積上自由電荷數(shù)為n，自由電荷的電荷量為q，定向移動的速度為v，設長度為L的導線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過面積為S的截面A，如下圖所示，設通過的電荷量為Q，有Q＝nqSL＝ngS·vt，導線與磁場垂直．又因為I＝eq\f(Q,t)，F(xiàn)安＝BIL，故F安＝Beq\f(Q,t)L＝Beq\f(nqSvt,t)·L＝Bqv·SnL洛倫茲力F洛＝eq\f(F安,SnL)，故F洛＝qvB例一關于安培力和洛倫茲力，下面的說法正確的是()A．安培力和洛倫茲力是性質不同的兩種力B．安培力和洛倫茲力，其本質都是磁場對運動電荷的作用力C．這兩種力都是效果力，其實并不存在，原因是不遵守牛頓第三定律D．安培力對通電導體能做功，洛倫茲力對運動電荷不能做功解析：電流是電荷的定向移動，安培力是磁場對導體內(nèi)定向移動電荷所施加的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力始終與電荷運動方向垂直，所以不能對運動電荷做功；而安培力作用在導體上，可以讓導體產(chǎn)生位移，因此能對導體做功．這兩種力是同一性質的力，同樣遵守牛頓第三定律，反作用力作用在形成磁場的物體上，選項B、D正確．答案：BD突破二：洛倫茲力與電場力的比較

洛倫茲力電場力性質洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力電場力是電場對電荷的作用力產(chǎn)生條件磁場中靜止電荷、沿磁場方向運動的電荷不受洛倫茲力電場中的電荷無論靜止、還是沿任何方向運動都要受到電場力方向(1)方向由電荷的正負、磁場的方向以及電荷的運動方向決定，方向之間的關系遵循左手定則(2)洛倫茲力方向一定垂直于磁場方向以及電荷運動方向(電荷運動方向與磁場方向不一定垂直)(1)方向由電荷的正負、電場的方向決定(2)正電荷受力方向與電場方向一致，負電荷受力方向與電場方向相反大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE作用效果洛倫茲力只改變電荷運動速度的方向，不能改變速度的大小電場力既可以改變電荷運動的速度方向又可以改變電荷運動速度的大小做功情況洛倫茲力一定不做功電場力可以不做功，也可以做功例二關于電場力與洛倫茲力，以下說法正確的是()A．電荷只要處在電場中，就會受到電場力，而電荷靜止在磁場中，也可能受到洛倫茲力B．電場力對在電場中的電荷一定會做功，而洛倫茲力對在磁場中的電荷卻不會做功C．電場力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上D．只有運動的電荷在磁場中才會受到洛倫茲力的作用解析：靜止在磁場中的電荷不可能受到洛倫茲力，A錯；盡管電場力對電荷可以做功，但如果電荷在電場中不動或沿等勢面移動，電場力做功為零，B錯；洛倫茲力的方向與磁感線垂直，與運動方向垂直，C錯．只有D是正確的．答案：D突破三：洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應用(1)速度選擇器①原理：如右圖所示，所受重力可忽 略不計，運動方向相同而速率不同的正粒子組成的粒子束射入相互正交的勻強電場和勻強磁場所組成的場區(qū)中，已知電場強度為E，磁感應強度為B，方向垂直于紙面向里，若粒子運動軌跡不發(fā)生偏折(重力不計)，必須滿足平衡條件：qBv＝qE，故v＝eq\f(E,B)，這樣就把滿足v＝eq\f(E,B)的粒子從速度選擇器中選擇出來了．②特點a．速度選擇器只選擇速度(大小、方向)而不選擇粒子的質量和電荷量．如上圖中若從右側入射則不能穿出場區(qū)．b．速度選擇器B、E、v三個物理量的大小、方向互相約束，以保證粒子受到的電場力和洛倫茲力等大、反向．如圖中只改變磁場B的方向，粒子將向下偏轉．(2)磁流體發(fā)電機目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉化為電能，如右圖表示出了它的發(fā)電原理：將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負電的微粒．而從整體上來說是呈電中性)噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，則高速射入的離子在洛倫茲力的作用下向A、B兩板聚集，使兩板間產(chǎn)生電勢差，若平行金屬板間距為d，勻強磁場的磁感應強度為B，等離子體流速為v，氣體從一側面垂直磁場射入板間，不計氣體電阻，外電路電阻為R，則兩板間最大電壓和可能達到的最大電流為多少？如圖所示，運動電荷在磁場中受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉，正、負離子分別到達B、A極板(B為電源正極，故電流方向從B經(jīng)R到A)，使A、B板間產(chǎn)生勻強電場，在電場力的作用下偏轉逐漸減弱，當?shù)入x子體不發(fā)生偏轉即勻速穿過時，有qvB＝qE，所以此時兩極板間電勢差U＝Ed＝Bdv，據(jù)閉合電路歐姆定律可得電流大小I＝eq\f(Bdv,R).例三在兩平行金屬板間，有如下圖所示的互相正交的勻強電場和勻強磁場．α粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，恰好能沿直線勻速通過．(α粒子、質子、電子均不計重力)(1)若質子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，質子將做什么運動？(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，電子將做什么運動？【思路點撥】α粒子帶正電，在復合場中同時受到靜電力和洛倫茲力，且方向相反．α粒子恰好能沿直線勻速運動，說明受到的合力一定為零，即F電＝F洛．解析：設α粒子的質量為m，帶電荷量為q，勻強電場的場強為E，勻強磁場的磁感應強度為B.α粒子以速度v0垂直射入互相正交的勻強電場和勻強磁場中時，因為α粒子帶正電，則所受靜電力方向向下，大小為qE；所受洛倫茲力方向向上大小為qv0B.因α粒子沿直線勻速通過復合場，所以必有qE＝qv0B，v0＝eq\f(E,B)，即只要粒子的速度滿足v0＝eq\f(E,B)，粒子就能夠勻速的穿過復合場，而與粒子的質量，電荷量無關．如果粒子是帶負電的，則靜電力方向向上，洛倫茲力方向向下，上述結論仍然成立．即質子和電子只要速度滿足v0＝eq\f(E,B)都能夠做勻速直線運動．答案：(1)勻速直線運動(2)勻速直線運動強化訓練1．電荷量為的粒子，在勻強磁場中運動，下列說法中正確的是（）A．只要速度大小相同，所受的洛倫茲力就相同B．如果把改為，且速度反向、大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均不變C．只要帶電粒子在磁場中運動，它一定受到洛倫茲力作用D．帶電粒子受到的洛倫茲力越小，則該磁場的磁感應強度越小【答案】B【解析】A．力是矢量，有大小有方向，所以帶電粒子速度大小相同，洛倫茲力大小相同，但是方向可能不同，故A錯誤；B．如果把＋q改為－q，且速度反向且大小不變，根據(jù)左手定則可知洛倫茲力的大小、方向均不變，故B正確；C．若帶電粒子平行于磁場運動，則不受洛倫茲力的作用，故C錯誤；D．影響洛倫茲力的大小的因素有磁感應強度，速度大小，還有運動方向，所以帶電粒子受到洛倫茲力越小，不一定是磁場的磁感強度越小，故D錯誤。故選B。2．關于帶電粒子進入磁場時所受洛倫茲力的方向，下列判斷正確的是（）A．B．C． D．【答案】C【解析】A．根據(jù)左手定則判斷，洛倫茲力的方向豎直向上。故A錯誤；B．根據(jù)左手定則判斷，洛倫茲力的方向水平向左。故B錯誤；C．根據(jù)左手定則判斷，洛倫茲力的方向垂直紙面向外。故C正確；D．根據(jù)左手定則判斷，帶電粒子不受洛倫茲力作用。故D錯誤。故選C。3．甲、乙兩個帶電粒子帶電量分別為和，運動速度分別為和，當它們都進入到同一勻強磁場，且速度方向都與磁場方向垂直時，甲、乙受到的洛倫茲力大小之比為（）A． B． C． D．【答案】D【解析】根據(jù)公式F=qBv得甲粒子受到的洛倫茲力F1=2qBv乙粒子受到的洛倫茲力F2=qB?2v=2qBv所以甲乙受到的洛倫茲力之比為1:1，故選D。4．科學家預言，自然界存在只有一個磁極的磁單極子，磁單極N的磁場分布如圖甲所示，它與如圖乙所示正點電荷Q的電場分布相似。假設磁單極子N和正點電荷Q均固定，有相同的帶電小球分別在N和Q附近（圖示位置）沿水平面做勻速圓周運動，則下列判斷正確的是（）A．從上往下看，圖甲中帶電小球一定沿逆時針方向運動B．從上往下看，圖甲中帶電小球一定沿順時針方向運動C．從上往下看，圖乙中帶電小球一定沿順時針方向運動D．從上往下看，圖乙中帶電小球一定沿逆時針方向運動【答案】A【詳解】根據(jù)圓周運動的受力條件可以從圖乙中判斷帶電小球帶的一定是負電，且在電場中小球的運動方向與電場力的方向無關；由甲圖中洛侖茲力方向，根據(jù)左手定則可知，帶電小球一定沿逆時針方向運動。故選A。5．如圖所示，關于對帶電粒子在勻強磁場中運動的方向描述正確的是A． B． C． D．【答案】B【詳解】A.根據(jù)左手定則可知A圖中洛倫茲力向下，故A錯誤；B.根據(jù)左手定則可知B圖中洛倫茲力向上，故B正確；C.根據(jù)左手定則可知C圖中洛倫茲力向上，故C錯誤；D.根據(jù)左手定則可知D圖中洛倫茲力向下，故D錯誤．故選B．6．如圖，在陰極射線管正下方平行放置一根通有足夠強電流的長直導線，且導線中電流方向水平向右，則陰極射線將會（）向上偏轉 B．向下偏轉 C．向紙內(nèi)偏轉 D．向紙外偏轉【答案】B【詳解】根據(jù)安培定則可知，通電長直導線在陰極射線管處的磁場方向垂直紙面向外，由圖可知電子束運動方向由右向左，根據(jù)左手定則可知電子束受到的洛倫茲力方向向下，所以向下偏轉。故選B。7．如圖所示，在真空中，水平導線中有恒定電流I通過，導線的正下方有一束電子初速度方向與電流方向相同，則