第11章 第2讲 磁场对运动电荷的作用(课件PPT)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 一轮总复习 多媒体课件 第2讲 磁场对运动电荷的作用 备考目标 1.认识洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向，并能计算洛伦兹力的大小。 2.会分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。 3.能够分析带电体在匀强磁场中的运动，能够确定粒子运动的圆心、半径、运动时间。 考点一 洛伦兹力的理解与应用 整合 必备知识 0 正电荷 洛伦兹力 不做功 qvB × √ × 提升 关键能力 题组 应用训练 考点二 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 整合 必备知识 匀速直线 匀速圆周 × × × × 提升 关键能力 题组 应用训练 考点三 洛伦兹力作用下带电体的运动 课下巩固精练（二十九） 【正误判断·辨析】 (1)只要电荷的速度大小相同，其所受的洛伦兹力就相同。( ) (2)如果把＋q改为－q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变。( ) (3)洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直。( ) 1．洛伦兹力的理解 (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．洛伦兹力和安培力的比较 (1)联系：洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，两者是性质相同的力。 (2)区别：安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷永不做功。 3．洛伦兹力与电场力的比较 比较项目 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 F∥E 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 1.(2023·海南高考)如图所示，带正电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场，关于小球运动和受力说法正确的是(　　) A.小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右 B.小球运动过程中的速度不变 C.小球运动过程的加速度保持不变 D.小球受到的洛伦兹力对小球做正功 解析：选A。根据左手定则，可知小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右，A正确；小球受洛伦兹力和重力的作用，则小球运动过程中速度、加速度大小，方向都在变，B、C错误；洛仑兹力永不做功，D错误。 2．(2023·江西宜春高三模拟)带正电的粒子在外力作用下沿虚线做匀速圆周运动，圆心为O，a、b、c、d是圆上的4个等分点。电流大小为I的长直导线垂直圆平面放置，电流方向如图所示，导线位于a、O连线的中点，则(　　) A.a、O两点的磁感应强度相同 B.运动过程中，粒子所受合力不变 C.粒子从a运动到c，洛伦兹力先变大后变小 D.粒子从a出发运动一周，洛伦兹力先做正功再做负功，总功为零 解析：选C。由安培定则可知a、O两点的磁感应强度大小相同，方向相反，故A错误；粒子做匀速圆周运动，合力为向心力，向心力的大小不变，方向时刻改变，故B错误；匀速圆周运动，速度大小不变，在a点，速度方向和磁感应强度方向相反，洛伦兹力为零，在c点速度方向和磁感应强度方向相同，洛伦兹力为零，在ac之间的圆弧，速度方向和磁感应强度方向不在同一条直线上，洛伦兹力不为零，故粒子从a运动到c，洛伦兹力先变大后变小，故C正确；洛伦兹力总是与速度方向垂直，故洛伦兹力不做功，故D错误。 3．(多选)如图所示，导线中带电粒子的定向运动形成了电流。电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力。下面的分析正确的是(　　) A.洛伦兹力和安培力是性质相同的两种力 B.洛伦兹力的方向、粒子运动方向和磁场方向不一定相互垂直 C.粒子在只受到洛伦兹力作用时动能会减少 D.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，其运动半径与带电粒子的比荷无关 解析：选AB。安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观形式，故安培力和洛伦兹力是性质相同的力，本质上都是磁场对运动电荷的作用力，A正确；根据左手定则，可知洛伦兹力总是垂直磁场方向与速度方向所构成的平面，而磁场方向与速度方向不一定垂直，B正确；洛伦兹力对粒子不做功，即粒子在只受到洛伦兹力作用时，动能不变，C错误；带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得qvB＝m，解得r＝，可知运动半径与带电粒子的比荷有关，D错误。 【正误判断·辨析】 (1)带电粒子在磁场中运动时一定会受到洛伦兹力的作用。( ) (2)根据公式T＝，带电粒子在匀强磁场中的运动周期T与v成反比。( ) (3)粒子在只受洛伦兹力作用时运动的速度不变。( ) (4)由于安培力是洛伦兹力的宏观表现，所以洛伦兹力也可能做功。( ) 1．圆心的确定 方法一：已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图a所示，图中P为入射点，M为出射点)。 方法二：已知入射方向和出射点的位置时，可以先通过入射点作入射方向的垂线，再连接入射点和出射点，作中垂线，这两条虚线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图b所示，图中P为入射点，M为出射点)。 2．几何知识求半径 利用平面几何关系，求出轨迹圆的可能半径(或圆心角)，求解时注意以下几个重要的几何特点： (1)粒子速度的偏向角(φ)等于圆心角(α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图所示)，即φ＝α＝2θ＝ωt。 (2)直角三角形的应用(勾股定理)。 找到AB的中点C，连接OC，则△AOC、△BOC都是直角三角形。有r＝OA＝OB＝。 3．两个观点求时间 观点一：由运动弧长计算，t＝(l为弧长)； 观点二：由旋转角度计算，t＝T或t＝T。 1．(多选)(2022·辽宁高考)粒子物理研究中使用的一种球状探测装置横截面的简化模型如图所示。内圆区域有垂直纸面向里的匀强磁场，外圆是探测器。两个粒子先后从P点沿径向射入磁场，粒子1沿直线通过磁场区域后打在探测器上的M点。粒子2经磁场偏转后打在探测器上的N点。装置内部为真空状态，忽略粒子重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是(　　) A.粒子1可能为中子 B.粒子2可能为电子 C.若增大磁感应强度，粒子1可能打在探测器上的Q点 D.若增大粒子入射速度，粒子2可能打在探测器上的Q点 解析：选AD。由题图可看出粒子1没有偏转，说明粒子1不带电，则粒子1可能为中子；粒子2向上偏转，根据左手定则可知粒子2应该带正电，A正确、B错误。由以上分析可知粒子1为中子，则无论如何增大磁感应强度，粒子1都不会偏转，C错误。粒子2在磁场中洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m，解得r＝，可知若增大粒子入射速度，则粒子2的半径增大，粒子2可能打在探测器上的Q点，D正确。 2．在探究射线性质的过程中，让质量为m1、带电荷量为2e的α粒子和质量为m2、带电电荷量为e的β粒子，分别垂直于磁场方向射入同一匀强磁场中，发现两种粒子沿半径相同的圆轨道运动。则α粒子与β粒子的动能之比为(　　) A. B． C. D． 解析：选D。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，有qvB＝m，动能为Ek＝mv2，联立可得Ek＝，由题意知α粒子和β粒子所带电荷量之比为2∶1，故α粒子和β粒子的动能之比为＝，故D正确。 3．如图，在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为B和B、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子垂直于x轴射入第二象限，随后垂直于y轴进入第一象限，最后经过x轴离开第一象限。粒子在磁场中运动的时间为(　　) A. B． C. D． 解析：选B。设带电粒子进入第二象限的速度为v，在第二象限和第一象限中运动的轨迹如图所示， 对应的轨迹半径分别为R1和R2，由洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m，T＝，可得R1＝，R2＝，T1＝，T2＝，带电粒子在第二象限中运动的时间为t1＝，在第一象限中运动的时间为t2＝T2，又由几何关系有cos θ＝＝，可得t2＝，则粒子在磁场中运动的时间为t＝t1＋t2，联立以上各式解得t＝，选项B正确，A、C、D错误。 1．一个质量为m、带电荷量为－q的滑环套在水平且足够长的粗糙绝缘杆上，整个装置处于方向如图所示的匀强磁场中。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(　　) 解析：选C。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竖直向上，滑环所受滑动摩擦力Ff＝μFN，方向水平向右，则滑环做减速运动，随速度v的减小F洛减小，则FN逐渐减小，故滑动摩擦力Ff逐渐减小，故滑环的加速度大小a＝逐渐减小，即滑环作加速度逐渐减小的变减速运动，直至速度减为零，C正确，A、B、D错误。 2．如图所示，质量为m、带电荷量为＋q的物块，在水平向外的匀强磁场中，沿着竖直绝缘墙壁由静止开始下滑。已知物块与墙壁间的动摩擦因数为μ，磁感应强度为B，墙壁无限高，下列说法正确的是(　　) A.物块在下滑过程中只受重力、摩擦力和洛伦兹力 B.物块下滑过程中先做加速度减小的加速运动，后匀速运动 C.物块下滑的最大速度为 D.物块在下滑过程中，受到的洛伦兹力不做功，物块机械能守恒 解析：选B。物块在下滑过程中受重力、弹力、摩擦力和洛伦兹力，故A错误；物块下滑过程中，根据牛顿第二定律得mg－f＝ma，摩擦力为f＝μFN＝μqvB，所以物块下滑过程中做加速度减小的加速运动，最终做匀速运动，故其加速度小于重力加速度g，B正确；当物块匀速时，速度最大，有mg－μqvB＝0，解得v＝，故C错误；物块在下滑过程中，尽管物块受到洛伦兹力作用，但洛伦兹力不做功，而摩擦力做负功，所以物块的机械能减小，故D错误。 $$