第一章 2. 磁场对运动电荷的作用力-【新课程能力培养】2026-2027学年高中物理选择性必修第二册学习手册（人教版）

金属导体棒。当开关闭合后，在棒所在区域 内加一个合适的匀强磁场，可以使导体棒静 止平衡。图中分别加了不同方向的磁场，其 中不可能平衡的是( 情境拓展 如图甲所示为某隐身试验舰，舰艇下部 的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面 图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁分 别连接舰艇内电源的正极和负极，使得M、 N间海水内电流方向为M→N,此时加 定方向的磁场，可使得M、N间海水受到 磁场力作用而被推出，舰艇因此向右前进， 2.磁场对运 知识梳理 川知识点1洛伦兹力 1.定义：磁场对 的作用力叫 洛伦兹力。 2.方向：遵循左手定则。注意四指所指的是 运动的方向（或 运动的 反方向)，拇指所指的是洛伦兹力的方向。 3.大小：F=qvBsin0,其中0为B、v的夹角。 当0=0时，B∥v,F= 当0=90°时，B⊥v,F= 洛伦 兹力最大。 第一章安培力与洛伦兹力。 则() M 海水 甲 A.所加磁场的方向应为水平向左 B.所加磁场的方向应为垂直纸面向外 C.所加磁场的方向应为垂直纸面向里 D.互换电源正负极的同时把磁场反向，能 实现舰艇减速 思路点拨 本题需要根据牛顿第三定律判断出 海水受力，并将通电的海水类比成导体 棒，根据左手定则，判断磁场方向。 力电荷的作用力 :4.特点：洛伦兹力对运动电荷不做功。洛伦 兹力既垂直于运动电荷的速度v的方向， 又垂直于磁感应强度B的方向，故洛伦兹 力的方向总是垂直于 决定 的平面；洛伦兹力只能改变运动电荷的 ，不能改变运动电荷的 川知识点2电场和磁场对电荷作用的比较： 1.电荷在电场中一定受到电场力的作用， 而电荷在磁场中不一定受磁场力的作用， 只有相对于磁场运动，且运动方向与磁 场方向」 的电荷，才受磁场 力的作用。 N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 2.正电荷受电场力的方向就是该处电场 强度的方向，负电荷受电场力的方向 跟该处电场强度的方向 而运 动电荷所受洛伦兹力的方向与该处磁场 方向 3.电场力可对电荷做功，而洛伦兹力永远不 做功。 4.在匀强电场中，电荷所受电场力是 力；即使在匀强磁场中（不计重力），洛 伦兹力也是个 力。 川知识点3电视显像管的工作原理 电子枪 马三 电子束 荧光屏 偏转线圈 1.原理：阴极发射电子，经过偏转线圈，偏 转线圈产生的磁场和电子运动方向垂直， 电子受洛伦兹力发生偏转，偏转后的电子 打在荧光屏上，使屏发光。 2.扫描：偏转区的水平方向和竖直方向都加 有偏转磁场，其方向和强弱都在不断变 化，因此电子束打在荧光屏上的光点不断 移动，这种现象叫扫描。电子束从最上 行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机 中的显像管每秒要进行50场扫描，所以 我们感到整个荧光屏都在发光。 要点突破 川要点1洛伦兹力方向的判定及大小的计算？ 1.决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的 电性（正、负）、速度方向、磁感应强度 6 的方向。当电性一定时，其他两个因素决 定洛伦兹力的方向，如果只让一个因素相 反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时 让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不 变。电荷运动方向和磁场方向之间没有因 果关系，两者关系是不确定的，电荷运动 方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，即F 垂直于B和v所确定的平面。 2.洛伦兹力的大小与速度有关，当运动的电 荷速度大小变化时会引起洛伦兹力（以及 加速度)的变化，因此，在分析粒子运动 状态时要十分注意 例1在所示的各图中，匀强磁场的磁感应 强度均为B,带电粒子的速率均为v,带电 荷量均为9。试求出图中带电粒子所受洛伦 兹力的大小，并标出洛伦兹力的方向。 ×××× 30v ××1X× 160° ×的×B× 甲 丙 例1题图 思路点拨 本题利用洛伦兹力公式和左手定则 进行判断，应用时需注意角度和电荷的 电性。 变式训练① 来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直 的方向，入射赤道上空的某一点，则这些质 子在进入地球周围的空间时，将() A.竖直向下沿直线射向地面 B.相对于预定地点，稍向东偏转 C.相对于预定地点，稍向西偏转 D.相对于预定地点，稍向北偏转 川要点2根据洛伦兹力的特点解题 洛伦滋力的方向始终与带电粒子的运动 方向垂直，故洛伦兹力不改变带电粒子运动 速度的大小，只改变粒子运动的方向，即洛 伦兹力对带电粒子不做功。所以在分析带电 粒子的运动状态时常常利用动能定理。 例2如图所示，一电子 P 以与磁场方向垂直的速度 v从P处沿PQ方向进入长 Mt---- 为d、宽为h的匀强磁场 例2题图 区域，从N处离开磁场，若电子质量为m,带 电荷量为e,磁感应强度为B,则() A.电子在磁场中运动的时间=d 11 B.电子在磁场中运动的时间t=h C.洛伦兹力对电子做的功为Bevh D.电子在N处的速度大小也是v 思路点拨 本题考查带电粒子在磁场中的运动 时间公式。洛伦兹力永不做功。 第一章安培力与洛伦兹力。 B变式训练2 带电荷量为+g的粒子在匀强磁场中运 动，下列说法中正确的是() A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B.如果把+g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 C.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速度方向垂直 D.粒子在只受洛伦兹力作用下运动的动能、 速度均不变 情境拓展 (多选)在最近的几十年里，地球磁场 的北磁极偏移速度忽然增加了，由每年的 15千米增大到每年的55千米。而且，地磁 场的磁感应强度也一直在下降，与150年前 相比，已经降低了约10%。由于地球北磁极 的偏移似乎没有停下来的迹象，所以这很可 能就是地球磁场南北极要反转的前兆。根据 以上信息和电磁学知识可以判断（) A.太原地区的地磁偏角正在增大 B.在赤道上空垂直射向地面的电子，从上 向下的过程中受到地磁场的作用力一直 减小 C.若地磁场发生反转，指南针的N极将指 向地球的南极 D.若地磁场发生反转，在赤道上空垂直射 向地面的电子将向西偏转 思路点拨 本题需要根据地球磁场的方向及左 手定则判断出电子的受力方向。 学参考答案与解析 N 参考答案与解析 学习手册参考答案与解析 第一章 安培力与洛伦兹力 1.磁场对通电导线的作用力 F=Bl=2V2BL,方向由左手定则判断，垂直AC的连 T 知识梳理 线指向左下方，故C正确。 知识点1 变式训练2AC 1.通电导线2.0IlB 例3A【解析】选金属棒MN为 知识点2 研究对象，其受力情况如图所示。根 吸引排斥 据平衡条件及三角形知识可得tan0= 知识点3 BL,所以当棒中的电流1、磁感应强 m mg 1.平行2.垂直3.均匀 度B变大时，0角变大，A正确，D错 例3题答图 要点突破 误；当金属棒质量m变大时，0角变小，C错误；6角的 例1由上向下看，导线逆时针转动，同时向下落。 大小与悬线长度无关，B错误。 【解析】根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其运 变式训练3B 动情况。将导线AB从N、S极的中间O分成两段， 情境拓展 AO、B0段所处的磁场方向如图所示，由左手定则可得 B【解析】海水中电流从M流向N,舰艇向右运 AO段受安培力的方向垂直纸面向外，BO段受安培力的 动，则舰艇受到海水对舰艇向右的作用力。根据牛顿第 方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕0 三定律可知，海水所受的安培力方向向左：根据左手定 点逆时针转动。再根据导线转动90°时的特殊位置，判： 则可知，磁场方向应为垂直纸面向外，故A、C错误， 断其上下运动情况。如图所示，导线AB此时受安培力 B正确；互换电源正负极的同时把磁场反向，根据左手 方向竖直向下，导线将向下运动。由上述两个特殊位置 定则可知，海水所受的安培力方向不变，不能实现舰艇 的判断可知，导线所受安培力使AB逆时针转动的同时 减速，故D错误。故选B。 还要向下运动。 "2.磁场对运动电荷的作用力 知识梳理 知识点1 1.运动电荷2.正电荷负电荷3.0gwB4.B 例1题答图 ?速度方向速度大小 知识点2 说明：在讨论安培力作用下导线的转动时应说明看 1.不平行2.相反垂直4.恒变 的方向。 要点突破 变式训练1A 例1甲图中F=qB,方向与v垂直斜向上。乙图中 例2C【解析】由1为圆弧，所以2mR=L,即 44 f=-quBsin30°=9uB,方向垂直纸面向里。丙图中不受洛 R=2L,AC的有效长度为1'=V2R=2Y2,安培力为： 伦兹力。丁图中F=qB,方向与u垂直斜向上。画图略。 29 高中物理选择性必修第二册（人教版） 【解析】本题考查洛伦兹力的大小与电荷、速度方； 甲所示，由几何关系知a=Rsin30°，即R=2a。设带电粒 向、磁场方向的正确关系。甲中v⊥B,乙中)与B夹角 子在磁场中运动轨迹所对的圆心角为α，则其在磁场中 为30°，丙中v与B平行，丁中v与B垂直。 运动的时间为=云了，即α越大，粒子在磁场中运动的 变式训练1B 例2D【解析】电子垂直射人匀强磁场中，由洛 时间越长，α最大时粒子的运动轨迹恰好与磁场的右边 伦兹力提供向心力而做匀速圆周运动，运动时间为= 界相切，如图乙所示，因R=2a,由几何关系可知，此 四，4，且Dh,故A、B错误：由洛伦滋力方向始 时圆心角am为120，即最长运动时间为？，而个2mR 终与速度方向垂直，电子在洛伦兹力方向没有位移，所 4,所以粒子在酷场中运动的最长时间为”。C = 以洛伦兹力对电子不做功，故C错误；电子垂直射入匀 ·正确 强磁场中做匀速圆周运动，速度大小不变，D正确。 M 变式训练2B 0 X-X 情境拓展 、 AC【解析】根据磁偏角的定义可知，随着地球磁 场的北磁极偏移，太原地区的地磁偏角随之增大，A正 B 0 确；电子从赤道上空垂直地面射来，由F洛=qB可知洛 甲 伦兹力随磁感应强度增大而增大，B错误：指南针的N 北极指针指向地磁场的方向，若地磁场发生反转，指南 例2题答图 针的极将指向地球的南极，C正确；由左手定则，地磁 变式训练3AD 场发生反转后，在赤道上空垂直地面射下的电子将向东 例3 (1)1/2gEa (2)21/9E (3)(2 m 偏转，D错误。 "3.带电粒子在匀强磁场中的运动 vV哥 【解析】(1)如图， 知识梳理 粒子在电场中运动时： 知识点1 2d=ok,d=1& 6 ● 1.平行匀速直线2.垂直匀速圆周 运动速 m R 度3.匀速直线匀速圆周运动 m 知识点2 解得-V2 (2)由动能定理得gEd= 例3题答图 3.(1)=mw (2)2m 2mm aB gB 2m21 m,得-21V@ (3)粒子进人磁场 要点突破 例1BC【解析】根据粒子的运动方向，由左手定 I时，写=a=V2区=，则粒子从P点进入蓝场】 则判断可知粒子带负电，A错误；运动过程中粒子做匀 时的速度方向与分界线的夹角0=45°，由几何关系知 速圆周运动，速度大小不变，方向变化，D错误；粒子 RCos45=R-d,解得R=(2+V2)M,由gB=m得，B= 做圆周运动的半径阳，周期T2 R ,从0点到A gB 点速度的偏向角为60，即运动了1T,所以由几何知 (-V3) 6 变式训练4 3)94B19B 识求得点A与x轴的距离为m” 2B,粒子由0到4经历 ② m m 例4B【解析】等离子体是在高气压作用下被喷 的时间仁治，B、C正确。 射入磁场的，所以正离子和电子的运动方向是相同的。 在洛伦兹力的作用下，正离子向极板B方向偏转，负电 变式训练1D 子向极板A方向偏转，在极板间建立电场，形成电势 变式训练2C 差，在开路状态，当电场力与洛伦兹力平衡时，发电机 例2C【解析】当0=60°时，粒子的运动轨迹如图 30