(新高考)高考物理一轮复习课件第10章第2讲《磁场对运动电荷(带电体)的作用》(含解析)

第十章磁场第2讲磁场对运动电荷(带电体)的作用目标要求1.能判断洛伦兹力的方向，会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.内容索引考点一对洛伦兹力的理解和应用考点二洛伦兹力作用下带电体的运动考点三带电粒子在匀强磁场中的运动课时精练考点一对洛伦兹力的理解和应用1.洛伦兹力的定义磁场对 的作用力.2.洛伦兹力的大小(1)vB时，F ；(2)vB时，F；(3)v与B的夹角为时，FqvBsin.夯实必备知识基础梳理运动电荷0qvB3.洛伦兹力的方向(1)判定方法：左手定则，注意四指应指向 电荷运动的方向或 电荷运动的反方向；(2)方向特点：FB，Fv，即F垂直于决定的平面.(注意B和v不一定垂直)负B、v正判断正误1.带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力的作用.()2.若带电粒子经过磁场中某点时所受洛伦兹力为零，则该点的磁感应强度一定为零.()3.洛伦兹力对运动电荷一定不做功.()4.带电粒子在A点受到的洛伦兹力比在B点大，则A点的磁感应强度比B点的大.()洛伦兹力与静电力的比较提升关键能力方法技巧洛伦兹力静电力产生条件v0且v不与B平行(说明：运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用)电荷处在电场中大小FqvB(vB)FqE力方向与场方向的关系FB(且Fv)FE做功情况任何情况下都不做功可能做功，也可能不做功例1如图所示，M、N为两根垂直纸面的平行长直导线，O为M、N连线中点，一电子沿过O点垂直纸面的直线向外射出，当两导线同时通有如图方向电流时，该电子将A.向上偏转 B.向下偏转C.向左偏转 D.向右偏转根据右手螺旋定则可知，M、N两导线在O点形成的磁场方向都是向上的，故O点处合磁场方向向上，电子沿过O点垂直纸面的直线向外射出时，由左手定则可知，电子受洛伦兹力向右.例2如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M、N两小孔中，O为M、N连线的中点，连线上a、b两点关于O点对称.导线中均通有大小相等、方向向上的电流.已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度Bk，式中k是常数、I是导线中的电流、r为点到导线的距离.一带正电的小球以初速度v0从a点出发在桌面上沿连线MN运动到b点.关于上述过程，下列说法正确的是A.小球做匀速直线运动B.小球先做加速运动后做减速运动C.小球对桌面的压力先减小后增大D.小球对桌面的压力一直在减小根据右手螺旋定则可知a处的磁场方向垂直于MN向里，b处的磁场方向垂直于MN向外，从a到b磁场大小先减小过O点后反向增大，根据左手定则可知，带正电的小球在O点左侧受到的洛伦兹力方向向上，小球对桌面的压力大小为重力与洛伦兹力的差值，过O点后洛伦兹力的方向向下，小球对桌面的压力大小为重力与洛伦兹力的和，由此可知，小球在水平方向不受外力，故小球将做匀速直线运动，由于洛伦兹力从a到O逐渐减小，从O到b逐渐增大，则小球对桌面的压力一直在增大，故B、C、D错误，A正确.考点二洛伦兹力作用下带电体的运动带电体做变速直线运动时，随着速度大小的变化，洛伦兹力的大小也会发生变化，与接触面间弹力随着变化(若接触面粗糙，摩擦力也跟着变化，从而加速度发生变化)，最后若弹力减小到0，带电体离开接触面.例3(多选)如图所示，粗糙木板MN竖直固定在方向垂直纸面向里的匀强磁场中.t0时，一个质量为m、电荷量为q的带正电物块沿MN以某一初速度竖直向下滑动，则物块运动的vt图像可能是设初速度为v0，则FNBqv0，若满足mgFfFN，即mgBqv0，物块向下做匀速运动，选项A正确；若mgBqv0，则物块开始有向下的加速度，由a可知，随速度增加，加速度减小，即物块先做加速度减小的加速运动，最后达到匀速状态，选项D正确；若mg0)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，课时精练1.(2022浙江高三模拟)一根通电直导线水平放置，通过直导线的恒定电流方向如图所示，现有一电子从直导线下方以水平向右的初速度v开始运动，不考虑电子重力，关于接下来电子的运动，下列说法正确的是A.电子将向下偏转，运动的半径逐渐变大B.电子将向上偏转，运动的半径逐渐变小C.电子将向上偏转，运动的半径逐渐变大D.电子将向下偏转，运动的半径逐渐变小必备基础练12345678910111213水平导线中通有恒定电流I，根据安培定则判断可知，导线上方的磁场方向垂直纸面向里，导线下方的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则判断可知，导线下方的电子所受的洛伦兹力方向向上，则电子将向上偏转，其速率v不变，而离导线越近，磁场越强，磁感应强度B越大，由公式r ，可知电子的轨迹半径逐渐变小，故选B.123456789101112132.某带电粒子以速度v沿垂直于磁场方向射入匀强磁场中.粒子做半径为R的匀速圆周运动，若粒子的速度为2v，则下列说法正确的是A.粒子运动的周期变为原来的B.粒子运动的半径仍为RC.粒子运动的加速度变为原来的4倍D.粒子运动轨迹所包围的磁通量变为原来的4倍12345678910111213123456789101112当粒子的速度变为2v时，a变为原来的2倍，R变为原来的2倍，变为原来的4倍，T不变，故A、B、C错误，D正确.133.如图所示，为洛伦兹力演示仪的结构示意图.由电子枪产生电子束，玻璃泡内充有稀薄气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹.当通有恒定电流时前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行.电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节.适当调节U和I，玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹.通过下列调节，一定能让圆形径迹半径减小的是A.减小U，增大IB.增大U，减小IC.同时减小U和ID.同时增大U和I1234567891011121312345678910111213电子在加速电场中加速，由动能定理有eU mv02，电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有eBv0m，解得r ，减小电子枪的加速电压U，增大励磁线圈中的电流I从而导致电流产生的磁场B增大，可以使电子束的轨道半径变小.4.(多选)核聚变具有极高效率、原料丰富以及安全清洁等优势，中科院等离子体物理研究所设计制造了全超导非圆界面托卡马克实验装置(EAST)，这是我国科学家率先建成世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置.将原子核在约束磁场中的运动简化为带电粒子在匀强磁场中的运动，如图所示，磁场水平向右分布在空间中，所有粒子的质量均为m，电荷量均为q，且粒子的速度在纸面内，忽略粒子重力的影响，以下判断正确的是12345678910111213A.甲粒子受到的洛伦兹力大小为qvB，且方向水平向右B.乙粒子受到的洛伦兹力大小为0，做匀速直线运动C.丙粒子做匀速圆周运动D.所有粒子运动过程中动能不变12345678910111213甲粒子速度方向与磁场方向垂直，则所受洛伦兹力大小为qvB，由左手定则得，洛伦兹力方向垂直纸面向里，故A错误；12345678910111213乙粒子速度方向与磁场方向平行，则所受洛伦兹力大小为0，做匀速直线运动，故B正确；丙粒子速度方向与磁场方向不垂直，不做匀速圆周运动，故C错误；洛伦兹力不做功，根据功能关系，所有粒子运动过程中动能不变，故D正确.5.(2022江西省高三月考)如图，光滑绝缘的圆弧轨道MON固定在竖直平面内.O为其最低点，M、N等高，匀强磁场方向与轨道平面垂直.将一个带正电的小球自M点由静止释放，它在轨道上M、N间往复运动.下列说法中正确的是A.小球在M点和N点时均处于平衡状态B.小球由M到O所用的时间小于由N到O所用的时间C.小球每次经过O点时对轨道的压力均相等D.小球每次经过O点时所受合外力均相等12345678910111213小球在M点和N点合力不为零，所以小球不能处于平衡状态，故A错误；由于洛伦兹力总是与运动方向垂直，又没123456789101112有摩擦力，故对其速度大小有影响的只有重力，故小球无论从哪边滚下，到O点所用时间都是一样的，故B错误；13根据机械能守恒定律，小球每次经过最低点的速度大小相同，由F合m可知，F合大小相等，故D正确；123456789101112136.(多选)如图所示，质量为m、电荷量为q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大小为B、垂直于纸面向里的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度时间图像可能是下列选项中的12345678910111213带电圆环在磁场中受到向上的洛伦兹力，当重力与洛伦兹力相等时，圆环将做匀速直线运动，A正确；12345678910111213当洛伦兹力大于重力时，圆环受到摩擦力的作用，并且随着速度的减小而减小，圆环将做加速度逐渐减小的减速运动，最后做匀速直线运动，D正确；如果重力大于洛伦兹力，圆环也受摩擦力作用，且摩擦力越来越大，圆环将做加速度逐渐增大的减速运动，B、C错误.7.(多选)如图所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0.5 T的匀强磁场，一质量为0.2 kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端放置一质量为0.1 kg、带电荷量q0.2 C的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力.现对木板施加方向水平向左、大小为0.6 N的恒力，g取10 m/s2，则123456789101112能力综合练13A.木板和滑块一直做加速度为2 m/s2的匀加速运动B.滑块开始做匀加速直线运动，然后做加速度减小的变加速运动，最后 做匀速运动C.最终木板做加速度为2 m/s2的匀加速直线运动，滑块做速度为10 m/s的 匀速直线运动D.最终木板做加速度为3 m/s2的匀加速直线运动，滑块做速度为10 m/s的 匀速直线运动123456789101112138.如图所示，磁场中固定一个电荷量为Q的正点电荷，一个电荷量为q、质量为m的带电粒子(重力不计)以正点电荷为圆心，在匀强磁场中做匀速圆周运动，测得以不同的绕行方向绕正电荷做半径为r的圆周运动时，周期之比为21，已知静电力常量为k，下列说法中正确的是12345678910111213A.粒子可能带正电，以不同的绕行方向做圆周运 动时，所受洛伦兹力大小相等B.粒子一定带负电，且沿逆时针方向转动时的线速 度是沿顺时针方向时的C.粒子顺时针转动时，向心加速度大小为D.粒子逆时针转动时，向心加速度大小为12345678910111213123456789101112若粒子带正电，则受到的静电力一定沿半径向外，则当顺时针转动时，所受合力向外，粒子不可能做圆周运动，故A错误；13根据A的分析可知，粒子一定带负电，根据v 可知，线速度之比为12；由于逆时针转动时，向心力较小，故线速度较小，因此沿逆时针方向转动时的线速度是沿顺时针方向时的 ，故B正确；12345678910111213顺时针转动时，所受洛伦兹力沿半径向里，则有F静Bqv1ma1，而逆时针转动时，所受洛伦兹力沿半径向外F静Bqv2ma2，由于v12v2，则a14a2，且F静 ，联立解得a2 ，a1 ，故C、D错误.9.如图所示，虚线MN将竖直平面分成和两个区域，两个区域分别存在着水平方向的匀强磁场，一带电粒子仅在洛伦兹力作用下由区运动到区.曲线aPb为运动过程中的一段轨迹，其中弧aP、弧Pb的弧长之比为21，且粒子经过a、b点时的速度方向均水平向右，不计粒子重力，下列判断正确的是12345678910111213A.粒子通过aP、Pb两段弧的时间之比为11B.弧aP与弧Pb对应的圆心角之比为21C.粒子在、区域两个磁场中的运动半径之比为12D.、区域两个磁场的磁感应强度方向相反，大小之比为12123456789101112粒子在磁场中只受洛伦兹力作