第一章 安培力与洛伦兹力 全章知识点归纳整合课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第一章　安培力与洛伦兹力 全章知识点归纳整合 知识建构•思维整合 IlBsin θ 四指 拇指 qvBsin θ 四指 拇指 一、知识网络 静止　 匀速直线运动 匀速圆周运动 二、思维方法 1.左手定则的应用:用于判断磁场中通电导体或运动电荷所受力的方向。左手定则要求四指指向电流方向(或正电荷运动方向),拇指指向力的方向,磁场方向垂直于掌心进入。 2.受力分析与运动学结合:将安培力或洛伦兹力纳入力学分析框架,结合牛顿运动定律或动能定理解决复杂运动问题。 3.对称性与临界分析:利用磁场边界的对称性简化轨迹分析,或通过临界条件确定粒子运动的极限情况。 4.模型化思维:将复杂物理装置抽象为理想化模型,如速度选择器、质谱仪、回旋加速器等,通过核心公式推导其工作原理。 5.矢量分解与合成:将速度、磁场或力分解到不同方向,简化三维问题为二维或一维分析。 6.多解性思维:考虑问题中隐含的多种可能性,如粒子电性不确定、磁场方向变化、轨迹周期性等。 本章的核心思维方法强调“力与运动的结合”以及“几何与物理的关联”。在实际应用中,需注意: 三维空间分析:左手定则和力的方向需结合空间几何; 公式适用条件:如安培力公式仅适用于匀强磁场中的直导线; 数学工具运用:几何作图、三角函数等的灵活使用。 教考衔接•高考分析 1.(2024福建卷)如图所示,直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限内存在垂直于纸面向外的匀强磁场。第Ⅱ、Ⅲ象限中有两平行板电容器C1、C2,其中C1垂直于x轴放置,极板与x轴相交处存在小孔M、N;C2垂直于y轴放置,上、下极板右端分别紧贴y轴上的P、O点。一带电粒子从M静止释放,经电场直线加速后从N射出,紧贴C2下极板离开C2,而后从P进入第Ⅰ象限;经磁场偏转后恰好垂直于x轴离开,运动轨迹如图中虚线所示。已知粒子质量为m、电荷量为q,O、P间距离为d,C1、C2的板间电压大小均为U,板间电场视为匀强电场,不计重力,忽略边缘效应。求: (1)粒子经过N时的速度大小; (2)粒子经过P时速度方向与y轴正向的夹角; (3)磁场的磁感应强度大小。 答案 (1)　(2)45°　(3) 解析 (1)粒子从M到N的运动过程中,根据动能定理有qU= 解得粒子经过N时的速度大小vN=。 (2)粒子在C2中,根据牛顿运动定律有=ma 根据匀变速直线运动规律有d=at2、vy=at 又tan θ= 解得粒子经过P时速度方向与y轴正向的夹角θ=45°。 (3)粒子在P处时的速度大小为vP= 在磁场中运动时根据牛顿第二定律有qvPB= 由几何关系可知R=d 解得B=。 试题情境 学习探索问题情境 必备知识 带电粒子在组合场中的运动问题 关键能力 理解能力、分析综合能力、运用数学工具解决物理问题的能力 教材衔接 人教版教材选择性必修第一册第21页第一章复习与提高第5题也考查了带电粒子在组合场中的运动问题 思维方法 分析带电粒子在电场中的偏转问题,主要是根据运动的合成与分解的方法处理,分析带电粒子在磁场中的偏转问题,根据题给条件确定圆心位置,利用几何知识求半径是解题的关键 2.(2023北京卷)2022年,我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”,创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面,导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨接触良好,电流从一导轨流入,经过金属棒,再从另一导轨流回,图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场,磁感应强度B与电流i的关系式为B=ki(k为常量)。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时,回路中的电流由I变为2I。已知两导轨内侧间距为L,每一级区域中金属棒被推进的距离均为s,金属棒的质量为m。求: (1)金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F; (2)金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比a1∶a2; (3)金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。 解析 (1)由题意可知,第一级区域中磁感应强度大小为B1=kI 金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小为F=B1IL=kI2L。 则金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比为a1∶a2=1∶4。 (3)金属棒从静止开始经过两级区域推进后,根据动能定理可得 试题情境 生活实践问题情境 必备知识 安培力的大小和方向 关键能力 理解能力、情境想象和推理能力 教材衔接 人教版教材选择性必修第二册第7页第3题也考查了安培力的实际应用问题 思维方法 根据所给信息求出磁感应强度的大小,由安培力公式求出安培力的大小,根据牛顿第二定律和动能定理列式求解 情境链接•专项提升 本章的情境设计以电磁相互作用为核心,注重理论联系实际,通过实验探究与工程应用深化概念理解。教材以安培力和洛伦兹力为两大主线,从宏观到微观展开:先分析磁场对通电导线的安培力(如电流表工作原理、磁电式仪表的应用),再通过电子束偏转实验引入洛伦兹力,揭示其微观本质,并推导二者间的宏观与微观联系。情境设计中融入分层探究,例如左手定则的三维空间分析、磁场分解法的应用,以及带电粒子在匀强磁场中圆周运动的实验验证(如洛伦兹力演示仪)。同时,结合质谱仪、回旋加速器等科技实例,通过问题链引导学生设计解决方案,强化科学思维与实践能力。教材还注重科学史融合,如麦克斯韦的电磁理论框架,增强学生对物理观念的整体认知。 情境一　以大自然中与物理相关的现象为情境 1.(2025山东济宁高二期末)太阳黑子群13679在北京时间2024年05月24日10时49分爆发了一个C4.9级小耀斑,耀斑从太阳的日冕抛射出高能的电子、离子和原子云气团,其中的一部分射向了地球,使地球上许多高纬度地区出现了美丽壮观的极光。如图所示,科学家发现并证实,这些高能带电粒子流向两极做螺旋运动,旋转半径不断减小,原因可能是(　　) A.重力对粒子做正功,使其动能增大 B.越接近两极,地磁场的磁感应强度越大 C.洛伦兹力对粒子做负功,使其动能减小 D.空气分子与粒子碰撞,使粒子的电荷量减少 B 解析 带电粒子在磁场中做圆周运动,根据Bvq=m,可得r=,若动能增大,则粒子速度增大,粒子做圆周运动的半径会增大,A错误;越接近两极,地磁场的磁感应强度B越大,则半径减小,B正确;洛伦兹力不做功,C错误;若粒子电荷量减少,则半径增大,D错误。 情境二　以生产劳动实践为情境 2.(2025广东广州高二期中)CT技术是通过高能电子撞击目标靶,使目标放出X射线,对人体进行扫描取得信息的,其原理如图所示,半径为L的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,水平放置的目标靶长为2L,靶左端点M、右端点N与磁场圆心O的距离相等,竖直距离为L。从阴极逸出的电子(初速度可忽略),经电场加速后瞄准圆心O沿着水平方向进入磁场,经磁场偏转后恰好击中M点。设电子质量为m、电荷量为e,电子枪的加速电压为U,不考虑电子受到的重力,求: (1)电子击中目标靶时的速度大小; (2)匀强磁场的磁感应强度的大小。 答案 (1)　(2) 解析 (1)电子在加速电场中加速,由动能定理有eU= 解得v0= 电子在磁场中速度大小不变,故击中目标靶时的速度大小为。 (2)电子经磁场偏转后恰好击中M点,如图所示 根据几何关系可得OM==2L 由此可知电子在磁场中运动的轨迹半径为r=Ltan 30°=L 电子在加速电场中,由动能定理有eU= 由洛伦兹力充当向心力,有ev0B=m 联立解得B=。 答案 (1)kI2L　(2)1∶4　(3) (2)根据牛顿第二定律可知,金属棒经过第一级区域的加速度大小为a1= 第二级区域中磁感应强度大小为B2=2kI 金属棒经过第二级区域时受到安培力的大小为F'=B2·2IL=4kI2L 金属棒经过第二级区域的加速度大小为a2= Fs+F's=mv2-0 解得金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小为v=。 $