第1章 磁场 章末素养提升-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册 （粤教版2019）

章末素养提升 物理观念 安培力 (1)方向判定方法：左手定则 安培力方向垂直于B与I构成的平面 (2)大小：F＝BILsin θ(θ为B与I的夹角) 洛伦兹力 (1)方向判定方法：左手定则 (2)大小：f＝qvBsin θ(θ为B与v的夹角) 洛伦兹力与现代科技 (1)回旋加速器 最大速度v＝ 最大动能：Ek＝ 加速次数：n＝ 磁场中运动时间：t＝T (2)质谱仪 加速电场：qU＝mv2 偏转磁场：qvB＝m 科学思维 1.微元法：判断通电导线在磁场中所受安培力的方向 2.等效法：利用等效长度求通电导线所受安培力的大小 3.综合分析、推理能力：能综合应用牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动的规律分析带电粒子在组合场、叠加场中的运动 科学探究 1.能分析物理现象，提出针对性问题 2.能调研电磁技术中关于安培力与洛伦兹力的应用 科学态度与责任 1.认识回旋加速器和质谱仪对人类探究未知领域的重要性 2.认识磁技术应用对人类生活的影响 例1　(2023·江苏卷)如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B。L形导线通以恒定电流I，放置在磁场中。已知ab边长为2l，与磁场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行。该导线受到的安培力为(　　) A．0 B．BIl C．2BIl D.BIl 答案　C 解析　因bc段与磁场方向平行，则不受安培力；ab段与磁场方向垂直，则所受安培力为Fab＝BI·2l＝2BIl，则该导线受到的安培力为2BIl，故选C。 例2　(2022·深圳中学高二期末)有三束粒子，分别是质子(H)、氚核(H)和α粒子束(H)，如果它们均以相同的速度垂直射入匀强磁场(磁场方向垂直于纸面向里)，能正确表示这三束粒子的运动轨迹的是(　　) 答案　C 解析　粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m 解得粒子轨道半径r＝ 由此可知半径与荷质比成反比，因三束离子中质子的荷质比最大，氚核的最小，故质子的半径最小，氚核的半径最大。故选C。 例3　(2023·广州铁一中学高二期末)如图所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场，经过Δt时间从C点射出磁场，OC与OB成60°角。现只改变带电粒子的速度大小，仍从A点沿原方向射入原磁场，不计重力，测出粒子在磁场中的运动时间变为2Δt，则粒子的速度大小变为(　　) A.v B．2v C.v D．3v 答案　C 解析　设圆形磁场区域的半径是R，以速度v射入时，由公式qvB＝m，得r1＝，根据几何关系可知＝tan 60°，所以r1＝R，运动时间Δt＝，设第二次射入时的圆心角为θ，根据分析可知θ＝120°，则tan ＝＝，得半径r2＝，又r2＝，得v′＝v，故C正确，A、B、D错误。 例4　(多选)(2023·中山市华侨中学高二校考期中)如图所示，粗细均匀的光滑绝缘半圆环MN固定在竖直面内，处在垂直于圆环所在平面向里的匀强磁场中，MN是圆环的水平直径，半径等于R，一个质量为m，电荷量为q的带电小球套在半圆环上，在M点由静止释放，小球第一次运动到圆环最低点P时，圆环对小球的作用力大小等于mg，g为重力加速度，匀强磁场的磁感应强度大小可能为(　　) A．0 B. C. D. 答案　BD 解析　小球从M到P过程中，根据机械能守恒定律有mgR＝mv2，解得v＝，小球运动到P点时受到的合外力为F合＝m＝2mg，方向指向圆心；在最低点，若环对小球作用力向上，小球受到的洛仑兹力一定向上，且qvB1＝2mg，解得B1＝，若环对小球的作用力向下，则小球受到向上的洛伦兹力，且qvB2＝4mg，解得B2＝，故选B、D。 例5　(2023·孝感市高二统考期末)如图所示，平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限存在垂直于纸面向外的匀强磁场，质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子以初速度v0从y轴上A(0，h)点沿x轴正方向射入匀强电场，经过电场后从x轴上的点B(B点未画出)(2h,0)进入磁场，粒子经磁场偏转后垂直经过y轴负半轴上的P点(P点未画出)射出，带电粒子的重力忽略不计。求： (1)求匀强电场的电场强度E和匀强磁场的磁感应强度B的大小； (2)如果仅仅将磁场反向，粒子的电荷量、质量、入射位置、入射速度、电场强度和磁感应强度的大小均不变，求粒子从A点出发到第三次经过x轴所用的时间。 答案　(1)　　(2) 解析　(1)粒子在电场中做类平抛运动，x轴方向2h＝v0t1 y轴方向h＝at12 粒子在电场中根据牛顿第二定律有a＝ 联立解得E＝ 粒子在磁场中匀速圆周运动，由牛顿第二定律有qvB＝ 由类平抛末速度反向延长与初速度方向的延长线交于水平位移的中点可知，进磁场时粒子速度v与x轴成α＝45°，故粒子射入磁场时的速度v＝v0 由几何关系可知＝2h，即r＝2h 得B＝ (2)磁场反向后粒子从A点出发到第三次经过x轴运动轨迹如图所示 设粒子从A到B、B到C、C到D，分别用时t1、t2、t3。 在电场中A到B的水平方向有t1＝，B到C粒子做匀速圆周运动的圆心角θ＝，半径r＝2h，速度v＝v0，所以从B到C所用的时间t2＝＝，由对称性知，从C到D所用的时间t3＝2t1＝，所以粒子从A点出发到第三次经过x轴所用的总时间t＝t1＋t2＋t3＝。 学科网（北京）股份有限公司 $$