2026高考物理复习课件 第十章第2讲 磁场对运动电荷的作用

第十章磁场第2讲磁场对运动电荷的作用 目录123教材阅读指导考点一洛伦兹力考点二洛伦兹力作用下带电体的运动考点三　带电粒子在匀强磁场中的运动课时作业45 教材阅读指导(对应人教版选择性必修第二册相关内容及问题) 第一章第2节阅读“洛伦兹力的方向”这一部分内容，体会洛伦兹力既与速度垂直，又与磁场垂直，即垂直于速度和磁场所确定的平面。思考：洛伦兹力做功有什么特点？第一章第2节“洛伦兹力的大小”这部分的[思考与讨论]，洛伦兹力与安培力是什么关系？提示：因洛伦兹力总与速度垂直，故总不做功。提示：导线中运动电荷所受洛伦兹力的矢量和在宏观上表现为安培力。 第一章第2节“电子束的磁偏转”这部分的[思考与讨论]第3问。第一章第3节阅读“带电粒子在匀强磁场中的运动”这一部分内容，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动需要满足什么条件？提示：偏转磁场先垂直纸面向里减小至零，再从零开始垂直纸面向外增大。提示：磁场必须是匀强磁场，带电粒子初速度方向与磁场垂直。 第一章第3节阅读“带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期”这一部分内容，带电粒子在磁场中做圆周运动的速度越大，周期越小吗？ 考点一洛伦兹力 1．洛伦兹力的定义：_______电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。2．洛伦兹力的方向(1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指______，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心______进入，并使四指指向________运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的________在磁场中所受洛伦兹力的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。运动垂直垂直正电荷正电荷 (2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于______所决定的平面(注意B和v可以有任意夹角)。由于F始终_______v的方向，故洛伦兹力永不做功。3．洛伦兹力的大小：F＝qvBsinθ，其中θ为电荷运动方向与磁场方向之间的夹角。(1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时，F＝qvB。(2)当电荷运动方向与磁场方向平行时，F＝0。(3)当电荷在磁场中静止时，F＝0。B和v垂直于 1．带电粒子在磁场中运动时，一定会受到磁场力的作用。()2．洛伦兹力的方向垂直于B和v决定的平面，洛伦兹力对带电粒子永远不做功。()3．用左手定则判断洛伦兹力方向时，四指指向电荷的运动方向。()××√ 1．洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)联系：安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，都是磁场力。(2)区别：安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。2．洛伦兹力与静电力的比较洛伦兹力静电力产生条件v≠0且v不与B平行电荷处在静电场中大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE对应力内容项目 力方向与场方向的关系一定是F⊥B，F⊥v，且与电荷电性有关正电荷受力与电场强度方向相同，负电荷受力与电场强度方向相反做功情况任何情况下都不做功可能做正功、负功，也可能不做功力为零时场的情况F为零，B不一定为零F为零，E一定为零作用效果只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小既可以改变电荷运动速度的大小，也可以改变电荷运动的方向 例1(2024·东北三省四城市联考暨沈阳市高三下二模)图a中，在x轴上关于原点对称的位置固定两个等量异种点电荷。图b中，在x轴上关于原点对称的位置固定两根垂直于该平面的长直平行导线，两根导线中电流大小相同、方向相反。现电子以一定的初速度分别从两图中的O点垂直平面向里运动，则关于两幅图中电子在原点O受力的说法正确的是()A．图a中，电子受电场力方向沿x轴正向B．图a中，电子受电场力方向沿y轴正向C．图b中，电子受洛伦兹力方向沿x轴正向D．图b中，电子受洛伦兹力方向沿y轴正向 解析图a中，根据等量异种点电荷的电场分布规律，两点电荷连线的中点O点的电场强度沿x轴正向，电子在原点O受电场力方向沿x轴负向，故A、B错误；图b中，根据右手螺旋定则可知，两根导线在O点的磁场方向均沿y轴负向，则O点的合磁场方向沿y轴负向，根据左手定则可知，电子在原点O受洛伦兹力方向沿x轴正向，故C正确，D错误。 考点二洛伦兹力作用下带电体的运动 匀强磁场中，当带电体运动速度的大小、方向发生变化时，洛伦兹力随即改变，带电体所受的其他力一般也会变化。分析洛伦兹力作用下带电体的运动情况时，要运用动态的思维，一般还会出现临界情况。 考点三带电粒子在匀强磁场中的运动 匀速直线匀速圆周 ×× 例4(2024·陕西省咸阳市高三下三模)图甲为洛伦兹力演示仪的实物图，图乙为其结构示意图。演示仪中有一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈(励磁线圈)，通过电流时，两线圈之间产生沿线圈轴向、方向垂直纸面向外的匀强磁场。圆球形玻璃泡内有电子枪，电子枪发射电子，电子在磁场中做匀速圆周运动。电子速度的大小可由电子枪的加速电压来调节，磁场强弱可由励磁线圈的电流来调节。下列说法正确的是() A．仅使励磁线圈中电流为零，电子枪中飞出的电子将做匀加速直线运动B．仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的半径将变小C．仅增大励磁线圈中电流，电子做圆周运动的周期将变大D．仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的周期将不变 例5(2022·江苏高考)利用云室可以知道带电粒子的性质。如图所示，云室中存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，一个质量为m、速度为v的电中性粒子在A点分裂成带等量异号电荷的粒子a和b，a、b在磁场中的径迹是两条相切的圆弧，相同时间内的径迹长度之比la∶lb＝3∶1，半径之比ra∶rb＝6∶1。不计重力及粒子间的相互作用力，求：(1)粒子a、b的质量之比ma∶mb；(2)粒子a的动量大小pa。 课时作业 1．(2024·广东省深圳市第七中学高三上月考)在利用电子射线管探究洛伦兹力的方向实验中，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。现要使亮线往上偏，所加磁场方向应沿()A．y轴负方向B．y轴正方向C．z轴正方向D．z轴负方向解析：要使亮线向上偏转，需使电子受到沿z轴正方向的洛伦兹力，根据左手定则可知所加磁场方向应沿y轴负方向，故选A。［A组　基础巩固练］ 2．(多选)一电子以1．6×106m/s的速度沿着与磁场垂直的方向射入B＝2．0×10－4T的匀强磁场中，元电荷e＝1．6×10－19C，电子质量m＝9．1×10－31kg，下列说法正确的是()A．该电子做匀速圆周运动的轨道半径R＝4．55mB．该电子做匀速圆周运动的轨道半径R＝0．0455mC．该电子做匀速圆周运动的周期约为T＝1．8×10－5sD．该电子做匀速圆周运动的周期约为T＝1．8×10－7s 3．真空中竖直放置一通电长直细导线，俯视图如图所示。以导线为圆心作圆，光滑绝缘管ab水平放置，两端恰好落在圆周上。直径略小于绝缘管直径的带正电小球自a端以速度v0向b端运动过程中，下列说法正确的是()A．小球先加速后减速B．小球受到的洛伦兹力始终为零C．小球在ab中点受到的洛伦兹力为零D．小球受到洛伦兹力时，洛伦兹力方向始终竖直向上 解析：根据安培定则可知，直导线产生的磁场的磁感线如图中虚线所示，洛伦兹力始终与小球运动方向垂直，故不做功，由动能定理可知，小球速率不变，A错误；当小球运动到ab中点时，磁感线与小球的速度方向平行，小球所受洛伦兹力为零，由左手定则可知，小球自a端到ab中点的过程，所受洛伦兹力方向竖直向下，从ab中点到b端的过程，所受洛伦兹力方向竖直向上，B、D错误，C正确。 4．(2025·山东省东营市高三上期末)1932年，美国物理学家安德森利用放在匀强磁场中的云室来研究某种宇宙线粒子——正电子，并在云室中加入一块厚约6mm的铅板，借以减慢粒子的速度。当该粒子通过云室内的匀强磁场时，拍下粒子径迹的照片，如图所示。下列说法正确的是()A．粒子是由下向上穿过铅板的B．粒子穿过铅板后在磁场中做圆周运动的周期变小C．粒子穿过铅板后在磁场中偏转的轨道半径会变小D．该匀强磁场的磁感应强度方向为垂直纸面向外 5．(多选)如图所示，粗糙木板MN竖直固定在方向垂直纸面向里的匀强磁场中。t＝0时，一个质量为m、电荷量为q的带正电物块沿MN以某一初速度竖直向下滑动，则物块运动的vt图像可能是() 6．(2022·湖北高考)(多选)如图所示，一带电粒子以初速度v0沿x轴正方向从坐标原点O射入，并经过点P(a>0，b>0)。若上述过程仅由方向平行于y轴的匀强电场实现，粒子从O到P运动的时间为t1，到达P点的动能为Ek1。若上述过程仅由方向垂直于纸面的匀强磁场实现，粒子从O到P运动的时间为t2，到达P点的动能为Ek2。下列关系式正确的是()A．t1<t2B．t1>t2C．Ek1<Ek2D．Ek1>Ek2 7．(2023·福建高考)阿斯顿(F．Aston)借助自己发明的质谱仪发现了氖等元素的同位素而获得诺贝尔奖，质谱仪分析同位素简化的工作原理如图所示。在PP′上方存在一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两个氖离子在O处以相同速度v垂直磁场边界入射，在磁场中发生偏转，分别落在M和N处。已知某次实验中，v＝9．6×104m/s，B＝0．1T，落在M处的氖离子比荷(电荷量和质量之比)为4．8×106C/kg；P、O、M、N、P′在同一直线上；离子重力不计。(1)求OM的长度；(2)若ON的长度是OM的1．1倍，求落在N处氖离子的比荷。答案：(1)0．4m(2)4．4×106C/kg ［B组　综合提升练］ 9．如图所示，来自外层空间的大量带电粒子进入地磁场影响范围后，粒子将绕地磁场磁感线做螺旋运动，形成范艾伦辐射带。螺旋运动中回转一周的时间称为周期，回转一周前进的距离称为螺距。忽略带电粒子的重力、带电粒子之间以及带电粒子与空气分子之间的相互作用，带电粒子向地磁场两极运动的过程中，下列说法正确的是()A．粒子运动的速率逐渐变大B．粒子运动的周期不变C．粒子螺旋运动的半径不变D．粒子螺旋运动的螺距逐渐变小 (1)求OK间的距离；(2)速率为4v0的粒子射出瞬间打开磁场开关，该粒子仍被收集，求MO间的距离；(3)速率为4v0的粒子射出后，运动一段时间再打开磁场开关，该粒子也能被收集，以粒子射出的时刻为计时零点，求打开磁场的那一时刻。 ［C组　拔尖培优练］