2025年高中物理试卷(带答案)第2讲　磁场对运动电荷的作用.docx

第2讲磁场对运动电荷的作用

课程标准

素养目标

1.通过实验，认识洛伦兹力．能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小．

2.能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动．

物理观念：知道洛伦兹力的大小和方向．

科学思维：能比较安培力与洛伦兹力，能分析解决带电粒子在匀强磁场中运动的问题．

考点一对洛伦兹力的理解及应用

【必备知识·自主落实】

1．定义：磁场对________的作用力叫洛伦兹力．

2．大小

(1)v∥B时，F＝________；

(2)v⊥B时，F＝________；

(3)v与B的夹角为θ时，F＝________．如图所示．

3．洛伦兹力的方向注意区分正、负电荷

(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：F⊥B，F⊥v，即F垂直于________决定的平面(注意B和v不一定垂直)．

【关键能力·思维进阶】

1.

图中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示．一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是()

A．向上B．向下

C．向左D．向右

2．[2023·海南卷]

如图所示，带正电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场，关于小球运动和受力的说法正确的是()

A.小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右

B．小球运动过程中的速度不变

C．小球运动过程中的加速度保持不变

D．小球受到的洛伦兹力对小球做正功

3.

[2024·陕西西安市一模]如图所示，竖直放置的光滑绝缘曲面处于方向垂直竖直平面(纸面)向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一带电荷量为q(q0)的滑块自a点由静止沿曲面滑下，下降高度为h时到达b点，滑块恰好对曲面无压力．关于滑块自a点运动到b点的过程，下列说法正确的是(重力加速度为g)()

A．滑块在a点受重力、支持力和洛伦兹力作用

B．滑块在b点受到的洛伦兹力大小为qB2gh

C．洛伦兹力做正功

D．滑块的机械能增大

思维提升

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．

考点二带电粒子在匀强磁场中的运动

【必备知识·自主落实】

1．若v∥B，则带电粒子以入射速度v做________运动．

2．若v⊥B，则带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v做________运动，如图所示．

3．v与B既不平行也不垂直时，带电粒子在磁场中做螺旋状运动．

处理方法是运动的合成与分解

4．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＝2πrv→T＝________

运动周期与速率无关

【关键能力·思维进阶】

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，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，中垂线与速度垂线的交点即为圆心，如图(b)．

3．半径的计算方法

方法一由物理方法求：半径R＝mvqB

方法二由几何方法求：一般由数学知识(勾股定理、三角函数等)计算来确定．

4．时间的计算方法

方法一由圆心角求：t＝θ2π·T

方法二由弧长求：t＝sv

考向1带电粒子在直线边界磁场中运动

例1(多选)[2024·九省联考黑龙江、吉林卷]空间中存在垂直于xOy平面的磁场，x＝a两侧的匀强磁场方向相反，x＞a区域的磁感应强度大小为x＜a区域的2倍．不同带电粒子以速率v0由原点沿xOy平面射入该磁场，则粒子的轨迹可能为下图中的()

考向2带电粒子在圆形边界磁场中运动

例2(多选)[2023·全国甲卷]

光滑刚性绝缘