第1章 第3节 课时1 洛伦兹力的理解-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第二册同步课件（教科版2019）

物理 选择性必修 第二册 JK 1 1 课时1 洛伦兹力的理解 刷基础 2 1. [四川成都华阳中学2024高二上期末改编] 在如图所示的四幅图中，正确标明了带正电 的粒子所受洛伦兹力 方向的是( ) B A. B. C. D. 题型1 洛伦兹力的方向（左手定则的应用） 3 解析 由左手定则可知，A选项图中，带正电的粒子所受洛伦兹力方向竖直向下，故A错误；B选 项图中，带正电的粒子所受洛伦兹力方向竖直向上，故B正确；C选项图中，带正电的粒子所受洛 伦兹力方向垂直纸面向里，故C错误；D选项图中，带正电的粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向 外，故D错误. 题型1 洛伦兹力的方向（左手定则的应用） 4 【教材变式】本题目由教材P17第1题演变而来，解答本题的关键点是明确洛伦兹力的方向垂直 于和所在的平面，但与 不一定垂直；在使用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指应指向 正电荷运动的方向，如果是负电荷，则指向负电荷运动的反方向. 题型1 洛伦兹力的方向（左手定则的应用） 5 2.[湖北武汉2024高二上检测] 如图所示为地磁场的示意图，赤道上方的磁场可看成与地面平行. 若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有质子流（氢核）、 射线（氦核）、 射线（电子），沿 与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下( ) C A. 射线向南偏转 B. 射线向北偏转 C. 射线向西偏转 D.质子流向西偏转 题型1 洛伦兹力的方向（左手定则的应用） 6 解析 地磁场的方向由地理南极指向地理北极， 射线和质子流均带正电，根据左手定则可知， 射线、质子流均向东偏转， 射线带负电，根据左手定则可知， 射线向西偏转，C正确. 题型1 洛伦兹力的方向（左手定则的应用） 7 3.[河北邢台襄都区等五地2023高二上联考] （多选）如图所示，纸面内的 为等边三角形 （边水平），在、两点放有垂直于纸面的直导线（图中未画出）， 点处导线中的电流方 向垂直纸面向外，点处导线中的电流方向垂直纸面向里，每根导线在 点产生磁场的磁感应强 度大小均为.若某时刻有一电子（电荷量为）正好经过点，速度大小为 ，方向垂直纸面向里， 则该电子经过 点时所受的洛伦兹力( ) AC A.方向水平向左 B.方向水平向右 C.大小为 D.大小为 题型2 洛伦兹力的大小 8 解析 点处导线中的电流方向垂直纸面向外， 点处导线中的电流方向垂直纸面向里，由安培定 则可知，两导线在点处的磁感应强度方向夹角为 ，如图所示，则 点处的合磁感应强度大 小，方向竖直向上，电子经过点时所受的洛伦兹力大小为 ，根据左手定则知，电 子经过 点时所受的洛伦兹力方向水平向左，A、C正确，B、D错误. 题型2 洛伦兹力的大小 9 【关键点拨】解答本题的关键是知道点处的磁感应强度是、两点处导线在 点产生磁场的磁 感应强度的矢量和. 题型2 洛伦兹力的大小 10 4.[陕西渭南2024高二上月考] 如图所示，固定斜面上表面光滑绝缘，倾角为 ，斜面上方有一 垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，现有一个质量为、带电荷量为 的小 球在斜面上无初速度释放，假设斜面足够长，重力加速度为 ,求小球从释放开始，下滑多远后离 开斜面. [答案] 题型3 洛伦兹力的综合应用 11 解析 小球沿斜面下滑，在离开斜面前，受到的洛伦兹力 垂直于斜面向上，受力分析如图所示. 沿斜面方向有 ， 垂直斜面方向有 ， 其中洛伦兹力为 ， 设下滑距离后小球离开斜面，此时斜面对小球的支持力，由运动学公式有 ， 联立解得 . 题型3 洛伦兹力的综合应用 12 5.[山东名校考试联盟2024开学考] （多选）如图，下端封闭、上端开口、内壁光滑的细玻璃管竖 直放置，管底有一带电的小球.整个装置以水平向右的速度匀速运动，垂直于磁场方向进入匀强磁 场，由于外力的作用，玻璃管在磁场中的速度保持不变，最终小球从上端开口飞出，小球的电荷 量始终保持不变，则从玻璃管进入磁场到小球运动到上端开口的过程中( ) BC A.洛伦兹力对小球做正功 B.洛伦兹力对小球不做功 C.小球的运动轨迹是抛物线 D.小球的运动轨迹是直线 易错点 对“洛伦兹力不做功”理解不深刻 13 解析 洛伦兹力的方向总是与小球的速度方向垂直，对小球不做功，故A错误，B正确；由题图可 知，小球向上运动，由左手定则可知小球带正电，设小球的竖直分速度为、水平分速度为 ， 以小球为研究对象，受力分析如图所示，由于小球随玻璃管在水平方向做匀速直线运动，故竖直 方向的洛伦兹力是恒力，由牛顿第二定律得，解得 ，小 球的加速度不随时间变化，故小球在竖直方向做匀加速直线运动，在水平方向做匀速直线运动， 则小球的运动轨迹是抛物线，故C正确，D错误. 易错点 对“洛伦兹力不做功”理解不深刻 14 【易错分析】在本题中，带电小球参与了两个运动，一个是水平方向的匀速直线运动，一个是竖 直方向的匀加速直线运动，所以小球的实际速度应为这两个方向分速度的合速度，根据左手定则， 水平方向分速度的洛伦兹力竖直向上，竖直方向分速度的洛伦兹力水平向左，如图1所示，两洛 伦兹力做功的代数和为零；从实际速度来看，，洛伦兹力不做功.实际速度 的增大是 因为管壁对小球的弹力对小球做正功（与 的夹角为锐角），如图2所示.部分同学错误地认 为与 同向，所以洛伦兹力对小球做正功而错选A. 图1 图2 易错点 对“洛伦兹力不做功”理解不深刻 15 1 课时1 洛伦兹力的理解 刷提升 16 1.[天津2024高二下检测] 下列有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是( ) B A.通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用 B.若通电直导线在磁场中受到的安培力为零，该处磁场的磁感应强度不一定为零 C.只要带电粒子的速度大小相等，所受的洛伦兹力就相同 D.洛伦兹力对运动电荷一定不做功，安培力是所有运动电荷所受洛伦兹力的总和，因此安培力也 不做功 17 解析 当通电直导线电流方向与磁场方向平行时，通电直导线不受安培力作用，A错误；若通电 直导线在磁场中受到的安培力为零，可能是通电直导线电流方向与磁场方向平行，所以该处磁场 的磁感应强度不一定为零，B正确；当带电粒子速度方向与磁场方向垂直时，带电粒子受到的洛 伦兹力为 ，可知速度大小相等，所受的洛伦兹力不一定相同，还要看电荷量、磁感应强 度大小，C错误；洛伦兹力始终与速度方向垂直，对运动电荷一定不做功，安培力是洛伦兹力的 宏观体现，安培力不一定与导体的运动方向垂直，当安培力的方向与导体的运动方向不垂直时会 做功，D错误. 18 2.[四川遂宁2024高二上月考] （多选）如图所示，一质量为、带电荷量为 的圆环可在水平 放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为 的匀强磁场中，不计空气阻力，现给 圆环向右的初速度，在以后的运动过程中，圆环运动的 图像可能是下列图中的( ) AD A. B. C. D. 19 解析 若在刚开始运动时，圆环所受的洛伦兹力恰好等于圆环所受的重力，即 ，此时 没有摩擦力，所以圆环做匀速直线运动，A有可能；若刚开始速度较大，洛伦兹力较大，则圆环 所受支持力向下，摩擦力阻碍圆环运动，速度变小，则洛伦兹力变小，支持力变小，加速度也变 小，当洛伦兹力等于重力时，圆环做匀速直线运动，D有可能；若刚开始洛伦兹力小于重力，则 圆环所受支持力向上，摩擦力使圆环速度越来越小，直到停止，此过程中支持力增大，摩擦力增 大，加速度增大，B、C不可能，故选A、D. 20 【方法总结】对于带电体在洛伦兹力作用下的动态问题，带电体速率变化时，洛伦兹力随之变化， 可以定性分析，也可以采用极限法进行推理. 21 3.[辽宁大连八中2024高二上月考] 如图甲所示，一带电物块无初速度地放在传送带底端，传送带 以恒定大小的速率沿顺时针方向传动，该装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，物块由底端 运 动至传送带顶端的过程中，其图像如图乙所示，物块全程运动的时间为 ，下列关于带 电物块及运动过程的说法正确的是( ) D 甲 乙 A.该物块带负电 B.传送带的传动速度大小一定为 C.若已知传送带的长度，可求出该过程中物块与传送带发生的相对位移 D.在 内，物块与传送带仍有可能相对运动 22 解析 由题图乙可知，物块先做加速度减小的加速运动再做匀速运动，物块的最大速度是 . 对物块进行受力分析可知，开始时物块受到重力、支持力和摩擦力的作用，设物块与传送带间的 动摩擦因数为 ，沿传送带方向有 ;物块运动后，又受到洛伦兹力的作用， 加速度逐渐减小，可知一定是逐渐减小，即洛伦兹力的方向与 相同，物块沿传送带向上运动， 由左手定则可知，物块带正电，故A错误.由、 可知，只要 传送带的速度大于等于，则物块达到最大速度 后受力平衡，与传送带的速度无关，所 以传送带的速度可能等于，也可能大于 ，物块最终可能相对于传送带静止，也可能相 对于传送带运动，故B错误，D正确.由以上分析可知，传送带的速度不能确定，所以不能求出该 过程中物块与传送带发生的相对位移，故C错误. 23 4.三根相互平行的固定长直导线、和 垂直纸面如图所示放置，与坐标原点分别位于边长为 的正方形的四个顶点上，与中的电流均为，方向均垂直于纸面向外，中的电流为 ，方 向垂直纸面向里（已知电流为的长直导线产生的磁场中，距导线处的磁感应强度，其中 为常数）.某时刻有一质子（电荷量为）正好以与轴正方向成 角的速度斜向上经过原点 ， 速度大小为 ，则质子此时所受洛伦兹力为( ) B A.方向垂直纸面向里，大小为 B.方向垂直纸面向外，大小为 C.方向垂直纸面向里，大小为 D.方向垂直纸面向外，大小为 24 甲 解析 根据安培定则，作出三根长直导线分别在 点处产生的磁场方向，如图甲 所示，在点处产生的磁感应强度大小为，在 点处产生的磁感应 强度大小为，在点处产生的磁感应强度大小为.先将 正交 分解，则沿轴负方向的分量为，同理，沿 轴负方向的 分量为，故轴负方向的合磁感应强度为， 轴正方向 的合磁感应强度为 ，故最 终的合磁感应强度的大小为，设B与 25 乙 轴正方向的夹角为 ，则，则 ，如图乙所示.某时 刻有一质子（电荷量为）正好以与轴正方向成 角的速度斜向上经 过原点 ，由左手定则可知，质子所受洛伦兹力的方向垂直纸面向外，大 小为 ，B正确，A、C、D错误. 26 5.[内蒙古包头2023高二上期末] 如图所示，真空中竖直放置一长直细金属导线 ，电流向上.空 间中做一与导线同轴的半径为的柱面.光滑绝缘管水平放置，端点、 分别在柱面上.半径略 小于绝缘管内径的带正电小球自点以速度向 点运动过程中，则( ) C 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 中点受到的洛伦兹力为零 D.小球受到洛伦兹力时，洛伦兹力方向向上 27 解析 如图所示为俯视图，根据右手螺旋定则可知，磁感线如图中虚线 所示，洛伦兹力不做功，小球速率不变，A错误.当小球运动到 中点时， 小球速度方向与磁感应强度方向平行，不受洛伦兹力作用，自点到 中点，小球受到的洛伦兹力方向竖直向下，自中点至 点，小球受到 的洛伦兹力方向竖直向上，故B、D错误，C正确. 28 【关键点拨】解答本题的关键是将立体图转化为俯视图，作出绝缘管与磁感线相交处的磁感应强 度方向，根据左手定则判断洛伦兹力的方向. 29 $$