第10章 第2讲 磁场对运动电荷(带电体)的作用-2023高考物理一轮复习【导与练】高中总复习第1轮教师用书word（新教材，人教版，鲁湘共用）

第2讲　磁场对运动电荷(带电体)的作用 本讲关联考题 试题命制情境 本讲考情分析 2021·山东卷,T17 以具有匀强磁场和匀强电场的离子实验装置为背景考查动力学和运动学问题(学习探索问题情境) 运动电荷(带电体)在磁场中的运动是高考考查的重点、热点。题目综合性强,常以选择题或计算题形式出现。作为计算题时难度会更大。 2021·湖南卷,T13 以带电粒子流在磁场中的偏转为背景考查磁聚焦模型的应用(学习探索问题情境) 2021·广东卷,T14 以花瓣形电子加速器为背景考查最值问题 (学习探索问题情境) 2021·全国甲卷,T25 带电粒子穿过两挡板之间磁场区域的多解问题 (学习探索问题情境) 2021·全国乙卷,T16 以带电粒子在圆形磁场中的偏转为背景考查半径公式的应用(学习探索问题情境) 一、洛伦兹力的大小和方向 1.定义:运动电荷在磁场中受到的力。 2.大小 (1)v∥B时,F=0。 (2)v⊥B时,F=qvB。 (3)v与B的夹角为θ时,F=qvBsin θ。 3.方向 (1)判定方法:左手定则。 掌心——磁感线穿入掌心; 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。 (2)方向特点:F⊥B,F⊥v。即F垂直于B、v决定的平面。(注意B和v可以有任意夹角) 二、带电粒子在匀强磁场中的运动 1.若v∥B,带电粒子以入射速度v做匀速直线运动。 2.若v⊥B时,带电粒子在垂直于磁感线的平面内,以入射速度v做匀速圆周运动。 3.基本公式 (1)向心力公式:qvB=m。 (2)轨道半径公式:r=。 (3)周期公式:T=。 注意:带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速率无关。 1. (鲁科版选择性必修第二册第15页第2题改编)阴极射线管是一种能从其阴极A发射出电子流的装置。如图所示的阴极射线管放在蹄形磁铁的N、S两极间,则此时电子流将(　D　) A.向S极偏转 B.向N极偏转 C.向上偏转 D.向下偏转 解析:因为A是阴极,B是阳极,所以电子在阴极管中的运动方向是A到B,产生的电流方向是B到A(注意电子带负电),根据左手定则,四指指向A,手掌心对向N极,此时大拇指指向下,所以电子流向下偏转。故选D。 2.(多选)两个粒子所带电荷量相等,在同一匀强磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动,则(　CD　) A.若速率相等,则半径必相等 B.若动能相等,则周期必相等 C.若质量相等,则周期必相等 D.若动量大小相等,则半径必相等 解析:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,qvB=m,可得R=,T=,由R=可知,粒子轨道半径与粒子质量m有关,粒子速率相等,轨道半径不一定相等,故A错误;粒子动能Ek=mv2,两粒子动能相等,粒子质量不一定相等,由T=可知,粒子的周期不一定相等,故B错误;由T=可知,如果粒子的质量相等,则粒子的周期一定相等,故C正确;由R=可知,如果粒子的质量与速度的乘积大小相等,则半径必相等,故D正确。 考点一　洛伦兹力的特点及应用 1.洛伦兹力的特点 (1)利用左手定则判断洛伦兹力的方向,注意区分正、负电荷。 (2)当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化。 (3)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。 (4)洛伦兹力一定不做功。 2.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,都是磁场力。 (2)安培力可以做功,而洛伦兹力对运动电荷不做功。 3.洛伦兹力与静电力的比较 项目 洛伦兹力 静电力 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 方向 F⊥B且F⊥v 正电荷受力与电场方向相同,负电荷受力与电场方向相反 做功情况 任何情况下 都不做功 可能做正功,可能做负功,也可能不做功 设有一段长为L、截面积为S的导体,通以大小为I的电流后放入磁场中,电流方向与匀强磁场的方向垂直,磁感应强度为B,导体单位体积内有n个自由电荷,电荷量为q,定向移动速率为v。如图所示。证明:电荷所受的洛伦兹力F洛=qvB。 提示:导体所受的安培力为F安=BIL,导体中的电流I=nqSv,安培力与每一个运动电荷所受洛伦兹力的关系为F安=nSL·F洛,联立可得F洛===qvB。 [例1] (2021·湖北模拟)一个质量为m、带电荷量为-q的滑环套在水平且足够长的粗糙绝缘细杆上,整个装置处于方向如图所示的匀强磁场B中。现给圆环向左的初速度v0,以后的运动过程中圆环运动的速度图像可能是(　C　) 解析:由左手定则可知滑环所受洛伦兹力F洛=qvB,方向竖直向下,滑环所受重力G=mg,方向竖直向下,细杆对滑环的支持力FN=F洛+G,方向竖直向上