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第20讲PART20运动电荷在磁场中受到的力知识总览│考点探究知识总览考点探究考点1洛伦兹力及其方向(c)1.洛伦兹力运动电荷在磁场中受到的力叫作洛伦兹力.2.洛伦兹力的方向(1)判定方法——左手定则掌心——磁感线垂直穿入掌心;四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向;拇指——指向洛伦兹力的方向.条目解析考点探究(2)方向特点:F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v决定的平面(注意:洛伦兹力不做功).3.洛伦兹力的作用洛伦兹力对运动电荷不做功,只改变速度的方向,不改变速度的大小.考点探究例1关于洛伦兹力,下列说法中正确的是()A.带电粒子在磁场中运动时,一定受到洛伦兹力的作用B.若带电粒子经过磁场中某点时所受的洛伦兹力为零,则该点的磁感应强度一定为零C.当带电粒子的速度方向与磁场方向平行时,粒子不受洛伦兹力D.当带电粒子的速度方向与磁场方向垂直时,粒子不受洛伦兹力典型例题[答案]C[解析]当粒子平行于磁场方向在磁场中运动时,粒子不受洛伦兹力作用,故A、B、D错误,C正确.考点探究例2图20-1中,运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是()图20-1[答案]B[解析]根据左手定则,A中F方向应向上,B中F方向应向下,故A错误,B正确;C、D中均有v∥B,F=0,故C、D错误.考点探究变式[2019·桐乡凤鸣高中期中]如图20-2所示,美国物理学家安德森在研究宇宙射线时,在云雾室里观察到有一个粒子的径迹和电子的径迹弯曲程度相同,但弯曲方向相反,从而发现了正电子,获得了诺贝尔物理学奖.下列说法正确的是()A.弯曲的轨迹是抛物线B.电子受到电场力作用C.云雾室中的磁场方向垂直于纸面向外D.云雾室中的磁场方向垂直于纸面向里图20-2考点探究[答案]D[解析]云雾室中所加的是磁场,则电子所受的是洛伦兹力作用,运动的轨迹是圆弧,由图示可知,电子刚射入磁场时所受的洛伦兹力水平向左,而正电子所受的洛伦兹力水平向右,由左手定则可知,磁感应强度方向垂直于纸面向里,故A、B、C错误,D正确.考点探究[要点总结]洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现,二者是相同性质的力.(2)安培力可以做功,而洛伦兹力对运动电荷不做功.考点探究考点2洛伦兹力的大小条目解析洛伦兹力的大小(1)v∥B时,洛伦兹力F=0.(θ=0°或180°)(2)v⊥B时,洛伦兹力F=qvB.(θ=90°)(3)v=0时,洛伦兹力F=0.考点探究典型例题例3如图20-3所示,洛伦兹力演示仪由励磁线圈、玻璃泡、电子枪等部分组成.励磁线圈是一对彼此平行的共轴的圆形线圈,它能够在两线圈之间产生匀强磁场.玻璃泡内充有稀薄的气体,电子枪在加速电压下发射电子,电子束通过泡内气体时能够显示出电子运动的径迹.若电子枪垂直于磁场方向发射电子,则给励磁线圈通电后,能看到电子束的径迹呈圆形.下列说法正确的是()A.只增大电子枪的加速电压时,电子束的轨迹半径变大B.只增大电子枪的加速电压时,电子束的轨迹半径不变C.只增大励磁线圈中的电流时,电子束的轨迹半径变大D.只增大励磁线圈中的电流时,电子束的轨迹半径不变图20-3考点探究[答案]A[解析]只增大电子枪的加速电压时,电子速度增大,由R=,qU=mv2,可知电子束的轨迹半径变大,选项A正确,B错误.只增大励磁线圈中的电流时,磁感应强度增大,由R=,可知电子束的轨迹半径变小,选项C、D错误.考点探究变式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20-4所示.若油滴质量为m,带电荷量为q,磁感应强度为B,重力加速度为g,则下列说法正确的是()A.油滴一定带正电荷,电荷量为B.油滴一定带正电荷,比荷为C.油滴一定带负电荷,电荷量为D.油滴带什么电荷都可以,只要满足q=图20-4考点探究[答案]A[解析]油滴水平向右匀速运动,其所受的洛伦兹力方向竖直向上,与重力平衡,故油滴带正电荷,其电荷量q=,A正确.考点3科技应用背景类的磁场问题考点探究考点3科技应用背景类的磁场问题条目解析装置原理图规律速度选择器若qv0B=Eq,即v0=,则粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入,受洛伦兹力而偏转,使两极板带正、负电荷,两极板间电压为U时稳定,q=qv0B,则U=Bdv0考点探究装置原理图规律电磁流量计q=qvB,则v=,所以Q=vS=霍尔元件当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差例4中国科学家发现了量子反常霍尔效应,杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级的成果.如图20-5所示,金属导体厚度为h,宽度为d,当磁场方向与电流方向垂直时,在导体上、下表面会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.下列说法正确的是()A.上表面的电势高于下表面的电势B.仅增大h时,上、下表面的电势差增大C.仅增大d时,上、下表面的电势差减小D.仅增大电流I时,上、下表面的电势差减小考点探究典型例题图20-5考点探究[答案]C[解析]金属导体中的自由电荷是带负电的电子,由电流方向向右可知电子的移动方向向左,根据左手定则知,这些自由电子受到向上的洛伦兹力而发生偏转,则上表面带负电,下表面带正电,下表面的电势高于上表面的电势,故A错误;稳定时,电子受到的洛伦兹力与电场力相平衡,则evB=e,解得U=vBh,而根据I=nevhd可得v=,则U=,仅增大h时,电势差不变,仅增大d时,上、下表面的电势差减小,仅增大I时,上、下表面的电势差增大,故B、D错误,C正确.例5图20-6是磁流体发电机的示意图,在间距为d的平行金属板A、C间存在磁感应强度为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场,两金属板通过导线与变阻器R相连,等离子体以速度v平行于两金属板射入磁场.若要减小该发电机的电动势,可采取的方法是()A.增大dB.增大BC.减小RD.减小v考点探究图20-6[答案]D[解析]发电机的电动势E=Bdv,要想减小电动势,则可以通过减小B、d或v实现,故A、B、C错误,D正确.