预测13 安培力与洛伦兹力-【临门一脚】2021年高考物理三轮冲刺过关(新高考专用)

2021年高考物理【临门一脚】（新高考专用） 预测13 安培力与洛伦兹力 概率预测 ☆☆☆☆☆ 题型预测 选择题☆☆☆ 计算题☆☆☆ 考向预测 主要考查磁场的叠加以及通电导线受到的安培力的比较与计算、带电粒子在磁场中运动的临界问题和多解性问题。难度中等。 1、磁场方向的判断及磁场叠加 （1）根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向。 （2）磁场中每一点磁感应强度的方向为该点处磁感线的切线方向。 （3）磁感应强度是矢量，多个通电导体产生的磁场叠加时，合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点的磁感应强度的矢量和。 2、安培力大小：F＝ILBsin θ （1）当I⊥B时，F＝BIL。 （2）当I∥B时，F＝0。 注意：①当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度（如图所示）。 ②对于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零。 3、安培力方向：用左手定则判断，注意安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面。 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 电荷处在电场中 大小 F＝qvB（v⊥B） F＝qE 力方向与场方向的关系 一定是F⊥B，F⊥v 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、负功，也可能不做功 作用效果 只改变电荷的速度方向，不改变速度大小 既可以改变电荷的速度大小，也可以改变运动的方向 1、安培力作用下导体运动情况的判定方法 电流元法 分割为电流元安培力方向→整段导体所受合力方向→运动方向 特殊位置法 在特殊位置→安培力方向→运动方向 等效法 环形电流小磁针 条形磁铁通电螺线管多个环形电流 结论法 同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研究对象法 先分析电流所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力 2、求解安培力作用下导体平衡问题的关键 三维图二维平面图，即通过画俯视图、剖面图、侧视图等，将立体图转换为平面受力图。 3、带电粒子在单直线边界匀强磁场中的运动 直线边界，粒子进出磁场具有对称性（如图所示） 图5 带电粒子（不计重力）在单直线边界匀强磁场中的运动，具有两个特性 ①对称性：进入磁场和离开磁场时速度方向与边界的夹角相等； ②完整性：比荷相等的正、负带电粒子以相同速度进入同一匀强磁场，则它们运动的圆弧轨迹恰构成一个完整的圆，两圆弧所对应的圆心角之和等于2π。 4、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法 必须具备的五个技能“一画、三确定、一注意” （1）画轨迹：根据题意，画出带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹。 （2）圆心的确定：轨迹圆心O总是位于入射点A和出射点B所受洛伦兹力F洛作用线的交点上或AB弦的中垂线OO′与任一个F洛作用线的交点上，如图所示。 （3）半径的确定：利用平面几何关系，求出轨迹圆的半径，如r＝eq \f(AB,2sin \f(α,2))＝eq \f(AB,2sin θ)，然后再与半径公式r＝eq \f(mv,qB)联系起来求解。 （4）时间的确定：t＝eq \f(α,2π)·T＝eq \f(αm,qB)或t＝eq \f(s,v)＝eq \f(αR,v)。 （5）注意圆周运动中的对称规律：如从同一边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度方向与边界的夹角相等；在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出。 5、解决带电粒子在磁场中的临界问题的关键 （1）以题目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等词语为突破口。 （2）寻找临界点常用的结论 ①刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。 ②当速度v一定时，弧长（或弦长）越长，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长。 ③当速度v变化时，圆心角越大，运动时间越长。 1．（2020·海南高考真题）如图，在一个蹄形电磁铁的两个磁极的正中间放置一根长直导线，当导线中通有垂直于纸面向里的电流I时，导线所受安培力的方向为（　　） A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 【答案】 B 【解析】 根据安培定则，可知蹄形电磁铁的分布情况，如图所示 故导线所处位置的磁感应线的切线方向为水平向右，根据左手定则，可以判断导线所受安培力的方向为向下。 故选B。 2．（2020·浙江高考真题）如图所示，在光滑绝缘水平面上，两条固定的相互垂直彼此绝缘的导线通以大小相同的电流I。在角平分线上，对称放置四个相同的正方形金属框。当电流在相同时间间隔内增加相同量，则（ ） A．1、3线圈静止不动，2、4线圈沿着对角线向内运动 B．1、3线圈静止不动，