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2023高考物理全复习（统考版）第九章 第2讲 磁场对运动电荷的作用课件PPT
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这是一份2023高考物理全复习（统考版）第九章 第2讲 磁场对运动电荷的作用课件PPT，共50页。PPT课件主要包含了必备知识·自主排查，关键能力·分层突破，运动电荷，反方向，洛伦兹力，qvB，匀速直线，匀速圆周，答案B，答案CD等内容，欢迎下载使用。
一、洛伦兹力的大小和方向1．洛伦兹力：磁场对________的作用力叫洛伦兹力．2．洛伦兹力的方向(1)判定方法：左手定则：掌心——磁感线________穿入掌心；四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的________；拇指——指向________的方向．(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的________．3．洛伦兹力的大小(1)v∥B时，洛伦兹力F＝________．(θ＝0°或180°)(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝________．(θ＝90°)(3)v＝0时，洛伦兹力F＝________．4．洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力始终与速度方向________．(2)洛伦兹力不做功，只改变速度________．
二、带电粒子在匀强磁场中的运动1.若v∥B，带电粒子以入射速度v做________运动．2．若v⊥B时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v做________运动．3．基本公式(1)向心力公式：qvB＝________；(2)轨道半径公式：r＝________．(3)周期公式：T＝________
教材拓展1.[人教版选修3－1P98T1改编]下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是( )
2．[鲁科版选修3－1P132T2](多选)两个粒子，所带电荷量相等，在同一匀强磁场中受磁场力而做匀速圆周运动( )A．若速率相等，则半径必相等B．若动能相等，则周期必相等C．若质量相等，则周期必相等D．若动量大小相等，则半径必相等
考点一 洛伦兹力的理解与应用1．洛伦兹力的特点(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)洛伦兹力一定不做功．2．洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，都是磁场力．(2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功．
跟进训练1.关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是( )A．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力作用B．通电导线在磁场中一定受到安培力作用C．洛伦兹力一定对运动电荷不做功D．安培力一定对通电导线不做功
解析：本题考查对安培力、洛伦兹力的理解与认识．运动电荷在磁场中运动，若速度方向与磁场方向平行，则所受洛伦兹力为零，即不受洛伦兹力作用，选项A错误；通电导线在磁场中若电流方向与磁场方向平行，则所受安培力为零，即不受安培力作用，选项B错误；若安培力方向与通电导线运动方向不垂直，会对通电导线做功，选项D错误；由于洛伦兹力方向永远垂直于速度方向，根据功的定义可知，洛伦兹力一定对运动电荷不做功，选项C正确．
2．[2022·北京海淀区模拟]如图所示，在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是( )A．无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点B．无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长C．若小球带负电荷，小球会落在更远的b点D．若小球带正电荷，小球会落在更远的b点
解析：地磁场在赤道上空水平由南向北，从南向北观察，如果小球带正电荷，则洛伦兹力斜向右上方，该洛伦兹力在竖直向上的方向和水平向右方向均有分力，因此，小球落地时间会变长，水平位移会变大；同理，若小球带负电，则小球落地时间会变短，水平位移会变小，故D正确．
3．如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中．质量为m、电荷量为＋Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑．在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是( )A．滑块受到的摩擦力不变B．滑块到达地面时的动能与B的大小无关C．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D．B很大时，滑块可能静止于斜面上
解析：根据左手定则可知，滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力，故C正确；随着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变化，它对斜面的压力大小发生变化，故滑块受到的摩擦力大小发生变化，故A错误；B越大，滑块受到的洛伦兹力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，据动能定理，滑块到达地面时的动能就越小，故B错误；由于开始滑块不受洛伦兹力时能下滑，说明重力沿斜面方向的分力大于摩擦力，B很大时，若滑块速度很小，则摩擦力小于重力沿斜面的分力，滑块不会静止在斜面上，故D错误．
考点二 带电粒子在匀强磁场中的运动1．带电粒子在有界磁场中运动的常见情形(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)
(2)平行边界(存在临界条件，如图所示)
(3)圆形边界①圆形边界的对称性：粒子沿半径方向进入有界圆形磁场区域时，若入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心，则出射时速度方向的反向延长线必经过该区域圆的圆心，如图甲．②若粒子射入磁场时速度方向与入射点对应半径夹角为θ，则粒子射出磁场时速度方向与出射点对应半径夹角也为θ，如图乙．
2．圆心的确定方法方法一 若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力F⊥v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心，如图(a)；方法二 若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心，如图(b)．
6．[2021·山东滨州统考](多选)如图所示，在矩形区域MNPE中有方向垂直于纸面向里的匀强磁场，从M点沿MN方向发射两个α粒子，两粒子分别从P、Q射出．已知ME＝PQ＝QE，则两粒子( )A．两粒子的速率之比为5∶2B．两粒子的速率之比为5∶3C．在磁场中运动时间之比为53∶90D．在磁场中运动时间之比为37∶90
[思维方法]带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法：
角度1带电粒子在磁场中运动的临界极值问题处理临界问题的两个方法
例2. [2022·西安高新统考]利用磁场可以屏蔽带电粒子．如图所示，真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为r和3r的同轴圆柱面，磁场的方向与圆柱轴线平行，磁感应强度大小为B，其横截面如图所示．一带电粒子从P点正对着圆心O沿半径方向射入磁场．已知该粒子的比荷为k，重力不计．为使该带电粒子不能进入图中实线圆围成的区域内，粒子的最大速度为( )A．kBr B．2kBr C．3kBr D．4kBr
跟进训练7.如图所示，半径R＝10 cm的圆形区域内有匀强磁场，其边界跟y轴在坐标原点O处相切，磁感强度B＝0.33 T，方向垂直纸面向里．在O处有一放射源S，可沿纸面向各方向射出速率均为v＝3.2×106 m/s的α粒子，已知α粒子的质量m＝6.6×10－27 kg，电荷量q＝3.2×10－19 C，则该α粒子通过磁场空间的最大偏转角为( )A．30° B．45° C．60° D．90°
考点四 “数学圆”方法在电磁学中的应用素养提升 角度1“放缩圆”模型法的应用
角度2“旋转圆”模型法的应用
角度3“平移圆”模型法的应用
一、洛伦兹力的大小和方向1．洛伦兹力：磁场对________的作用力叫洛伦兹力．2．洛伦兹力的方向(1)判定方法：左手定则：掌心——磁感线________穿入掌心；四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的________；拇指——指向________的方向．(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的________．3．洛伦兹力的大小(1)v∥B时，洛伦兹力F＝________．(θ＝0°或180°)(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝________．(θ＝90°)(3)v＝0时，洛伦兹力F＝________．4．洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力始终与速度方向________．(2)洛伦兹力不做功，只改变速度________．
二、带电粒子在匀强磁场中的运动1.若v∥B，带电粒子以入射速度v做________运动．2．若v⊥B时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v做________运动．3．基本公式(1)向心力公式：qvB＝________；(2)轨道半径公式：r＝________．(3)周期公式：T＝________
教材拓展1.[人教版选修3－1P98T1改编]下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是( )
2．[鲁科版选修3－1P132T2](多选)两个粒子，所带电荷量相等，在同一匀强磁场中受磁场力而做匀速圆周运动( )A．若速率相等，则半径必相等B．若动能相等，则周期必相等C．若质量相等，则周期必相等D．若动量大小相等，则半径必相等
考点一 洛伦兹力的理解与应用1．洛伦兹力的特点(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)洛伦兹力一定不做功．2．洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，都是磁场力．(2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功．
跟进训练1.关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是( )A．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力作用B．通电导线在磁场中一定受到安培力作用C．洛伦兹力一定对运动电荷不做功D．安培力一定对通电导线不做功
解析：本题考查对安培力、洛伦兹力的理解与认识．运动电荷在磁场中运动，若速度方向与磁场方向平行，则所受洛伦兹力为零，即不受洛伦兹力作用，选项A错误；通电导线在磁场中若电流方向与磁场方向平行，则所受安培力为零，即不受安培力作用，选项B错误；若安培力方向与通电导线运动方向不垂直，会对通电导线做功，选项D错误；由于洛伦兹力方向永远垂直于速度方向，根据功的定义可知，洛伦兹力一定对运动电荷不做功，选项C正确．
2．[2022·北京海淀区模拟]如图所示，在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是( )A．无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点B．无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长C．若小球带负电荷，小球会落在更远的b点D．若小球带正电荷，小球会落在更远的b点
解析：地磁场在赤道上空水平由南向北，从南向北观察，如果小球带正电荷，则洛伦兹力斜向右上方，该洛伦兹力在竖直向上的方向和水平向右方向均有分力，因此，小球落地时间会变长，水平位移会变大；同理，若小球带负电，则小球落地时间会变短，水平位移会变小，故D正确．
3．如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中．质量为m、电荷量为＋Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑．在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是( )A．滑块受到的摩擦力不变B．滑块到达地面时的动能与B的大小无关C．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D．B很大时，滑块可能静止于斜面上
解析：根据左手定则可知，滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力，故C正确；随着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变化，它对斜面的压力大小发生变化，故滑块受到的摩擦力大小发生变化，故A错误；B越大，滑块受到的洛伦兹力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，据动能定理，滑块到达地面时的动能就越小，故B错误；由于开始滑块不受洛伦兹力时能下滑，说明重力沿斜面方向的分力大于摩擦力，B很大时，若滑块速度很小，则摩擦力小于重力沿斜面的分力，滑块不会静止在斜面上，故D错误．
考点二 带电粒子在匀强磁场中的运动1．带电粒子在有界磁场中运动的常见情形(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)
(2)平行边界(存在临界条件，如图所示)
(3)圆形边界①圆形边界的对称性：粒子沿半径方向进入有界圆形磁场区域时，若入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心，则出射时速度方向的反向延长线必经过该区域圆的圆心，如图甲．②若粒子射入磁场时速度方向与入射点对应半径夹角为θ，则粒子射出磁场时速度方向与出射点对应半径夹角也为θ，如图乙．
2．圆心的确定方法方法一 若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力F⊥v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心，如图(a)；方法二 若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心，如图(b)．
6．[2021·山东滨州统考](多选)如图所示，在矩形区域MNPE中有方向垂直于纸面向里的匀强磁场，从M点沿MN方向发射两个α粒子，两粒子分别从P、Q射出．已知ME＝PQ＝QE，则两粒子( )A．两粒子的速率之比为5∶2B．两粒子的速率之比为5∶3C．在磁场中运动时间之比为53∶90D．在磁场中运动时间之比为37∶90
[思维方法]带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法：
角度1带电粒子在磁场中运动的临界极值问题处理临界问题的两个方法
例2. [2022·西安高新统考]利用磁场可以屏蔽带电粒子．如图所示，真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为r和3r的同轴圆柱面，磁场的方向与圆柱轴线平行，磁感应强度大小为B，其横截面如图所示．一带电粒子从P点正对着圆心O沿半径方向射入磁场．已知该粒子的比荷为k，重力不计．为使该带电粒子不能进入图中实线圆围成的区域内，粒子的最大速度为( )A．kBr B．2kBr C．3kBr D．4kBr
跟进训练7.如图所示，半径R＝10 cm的圆形区域内有匀强磁场，其边界跟y轴在坐标原点O处相切，磁感强度B＝0.33 T，方向垂直纸面向里．在O处有一放射源S，可沿纸面向各方向射出速率均为v＝3.2×106 m/s的α粒子，已知α粒子的质量m＝6.6×10－27 kg，电荷量q＝3.2×10－19 C，则该α粒子通过磁场空间的最大偏转角为( )A．30° B．45° C．60° D．90°
考点四 “数学圆”方法在电磁学中的应用素养提升 角度1“放缩圆”模型法的应用
角度2“旋转圆”模型法的应用
角度3“平移圆”模型法的应用
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