第9章 第2讲 第1课时 理清物理观念——带电粒子在磁场中的运动（课件PPT）-【创新方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

第二讲　磁场对运动电荷的作用 第1课时　理清物理观念—带电粒子在磁场中的运动 纲举目张·主干系统 × × × √ √ 提能点(一)　对洛伦兹力的理解 [题点自主盘查] 洛伦兹力的方向 1．下面四幅图均表示了磁感应强度B，电荷速度v和洛伦兹力F三者方向之间的关系，其中正确的是 (　 ) 解析：根据左手定则可知，A、C、D错误，B正确。 答案：B 洛伦兹力的大小 2. (2023·林芝模拟)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。半径略小于绝缘管半径的带正电小球自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，洛伦兹力方向竖直向外 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，小 球速率不变，A错误；当运动到ab中点时，磁感线与速度方向 平行，所受洛伦兹力为零，自a端到中点洛伦兹力竖直向下，中点至b端洛伦兹力竖直向上，B、D错误，C正确。 答案：C　 洛伦兹力与电场力的比较 3．(多选)带电小球以一定的初速度v0竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1；若加上水平方向的匀强磁场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h2；若加上水平方向的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h3；若加上竖直向上的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h4，如图所示。不计空气阻力，则 ( 　 ) A．一定有h1＝h3　　　　　 B．一定有h1＜h4 C．h2与h4无法比较 D．h1与h2无法比较 答案：AC [知能自主落实] 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)洛伦兹力永不做功。 2．洛伦兹力的方向 (1)判断方法：左手定则 ①掌心——磁感线垂直穿入掌心；②四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；③拇指——指向洛伦兹力的方向。 (2)方向特点：洛伦兹力的方向一定与粒子速度方向和磁感应强度方向所决定的平面垂直(B与v可以有任意夹角)。 3．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 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 提能点(二)　半径和周期公式的应用 [题点自主盘查] 半径、周期公式的理解 1．(多选)两个粒子，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 (　 ) 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 答案：CD 半径公式和周期公式的应用 2．在同一匀强磁场中，α粒子( He)和质子( H)做匀速圆周运动，若它们的动量大小相等，则α粒子和质子 (　 ) A．运动半径之比是2∶1 B．运动周期之比是2∶1 C．运动速度大小之比是4∶1 D．受到的洛伦兹力之比是2∶1 答案：B 2．对带电粒子在匀强磁场中运动的两点提醒 (1)带电粒子在匀强磁场中运动时，若速率变化，引起轨道半径变化，但运动周期并不发生变化。 (2)微观粒子在发生碰撞或衰变时常满足系统动量守恒，但因m、q、v等的改变，往往造成轨道半径和周期的改变。 提能点(三)　带电粒子在有界磁场中运动 类型1　直线边界的磁场 1．粒子进出直线边界的磁场时，常见情形如图所示： 2．带电粒子(不计重力)在直线边界匀强磁场中运动时具有两个特性： (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，则它们运动的半径相等而且两个圆弧轨迹恰好构成一个完整的圆，两圆弧所对应的圆心角之和等于2π。 [例1]　 (多选)如图所示为一个有界的足够大的匀强磁场区 域，磁场方向垂直纸面向外，一个不计重力的带正电的粒子以 某一速率v垂直磁场方向从O点进入磁场区域，粒子进入磁场时 速度方向与边界夹角为θ，下列有关说法正确的是 (　 ) A．若θ一定，速度v越大，粒子在磁场中运动时间越长 B．粒子在磁场中的运动时间与速度v有关，与角度θ大小无关 C．若速度v一定，θ越小，粒子在磁场中运动时间越长 D．粒子在磁场中运动时间与角度θ有关，与速度v无关 [答案]　C