2023高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题三第11讲磁场带电粒子在磁场中的运动课件

这是一份2023高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题三第11讲磁场带电粒子在磁场中的运动课件，共60页。PPT课件主要包含了知识归纳素养奠基，专题三电场和磁场，细研命题点提升素养，电流的磁场，答案BD，解析如图所示，续上表等内容，欢迎下载使用。
第11讲　磁场、带电粒子在磁场中的运动
1．掌握“两个磁场力”．(1)安培力：F＝BIL·sin θ，其中θ为B与I的夹角．(2)洛伦兹力：F＝qv·B·sin θ，其中θ为B与v的夹角．2．用准“两个定则”．(1)对电流的磁场用安培定则．(2)对通电导线在磁场中所受的安培力和带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力用左手定则．
3．灵活应用带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的关系式．
命题点一　磁场的性质及磁场对电流的作用力
三、安培力、安培力的方向　匀强磁场中的安培力1．安培力的大小．(1)磁场和电流垂直时：F＝BIL.(2)磁场和电流平行时：F＝0.2.安培力的方向．左手定则判断：(1)伸出左手，让拇指与其余四指垂直，并且都在同一个平面内．(2)让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向．(3)拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
(多选)(2022·广州市综合测试)如图，高压输电线上使用“abcd正方形间隔棒”支撑导线L1、L2、L3、L4，目的是固定导线间距，防止导线相碰．abcd的几何中心为O，当四根导线通有等大同向电流时(　　)
A．几何中心O点的磁感应强度不为零B．几何中心O点的磁感应强度为零C．L1对L2的安培力小于L1对L3的安培力D．L1所受安培力的方向沿正方形的对角线ac方向
解析：因四条导线中的电流大小相等，O点与四条导线的距离均相等，由右手定则和对称性可知，L1在O点的磁感应强度与L3在O点的磁感应强度等大反向，L2在O点的磁感应强度与L4在O点的磁感应强度等大反向，所以四条导线在O点的磁感应强度等于0，故A错误，B正确；L2相比L3，离L1更近些，处于L1较强的磁场区域，由安培力大小与B成正比可知，L1对L2的安培力大于L1对L3的安培力，故C错误；D项，根据“同向电流吸引，反向电流排斥”的推论可知，L1受其余三条导线的吸引力分别指向三条导线，根据对称性，L2与L4对L1的安培力大小相等，所以两者合力指向ac方向，再与L3对L1的安培力(沿ac方向)合成，总安培力方向沿正方形的对角线ac方向，故D正确．故选BD.
(多选)(2022·全国乙卷)安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B.如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面．某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上．根据表中测量结果可推知(　　)
A．测量地点位于南半球B．当地的地磁场大小约为50 μTC．第2次测量时y轴正向指向南方D．第3次测量时y轴正向指向东方
(2022·湖南卷)如图(a)，直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图(b)所示．导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ.下列说法正确的是(　　)
A．当导线静止在图(a)右侧位置时，导线中电流方向由N指向MB．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变C．tan θ与电流I成正比D．sin θ与电流I成正比
解析：当导线静止在图(a)右侧位置时，对导线做受力分析有
1．(2022·深圳二模)中国电磁炮技术世界领先，下图是一种电磁炮简易模型．间距为L的平行导轨水平放置，导轨间存在竖直方向、磁感应强度为B的匀强磁场，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源．带有炮弹的金属棒垂直放在导轨上，金属棒电阻为R，导轨电阻不计．通电后棒沿图示方向发射．则(　　)
2.如图所示，矩形abcd的边长bc是ab的2倍，两细长直导线通有大小相等、方向相反的电流，垂直穿过矩形平面，与平面交于e、f两点，其中e、f分别为ad、bc的中点．下列说法正确的是(　　)A．a点与b点的磁感应强度相同B．a点与c点的磁感应强度相同C．a点与d点的磁感应强度相同D．a点与b、c、d三点的磁感应强度均不相同
命题点二　带电粒子在匀强磁场中的运动三类边界磁场中的轨迹特点．(1)直线边界：进出磁场具有对称性．
(2)平行边界：存在临界条件．
(3)圆形边界：等角进出，沿径向射入必沿径向射出．
如图所示，在竖直平面矩形ABCD区域内存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场．一带电粒子从AD的中点O射入磁场，速度方向与磁场垂直且与AD的夹角α＝45°，粒子经过磁场偏转后在C点垂直CD穿出．已知矩形ABCD的宽AD为l，粒子电荷量为q，质量为m，重力不计．则下列说法正确的是(　　)
解析：粒子进入磁场后沿顺时针方向做圆周运动，由左手定则可知，粒子带负电，A错误；由题意可知，粒子运动轨迹如图所示
解析：由题意，作出两核在磁场中的运动轨迹示意图如下
1．如图所示，abcd为边长为L的正方形，在四分之一圆abd区域内有垂直正方形平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B.一个质量为m、电荷量为＋q的带电粒子从b点沿ba方向射入磁场，粒子恰好能通过c点，不计粒子的重力，则粒子的速度大小为(　　)
解析：画出粒子在磁场中运动的轨迹示意图
2．(多选)如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图，演示仪中有一对彼此平行且共轴的励磁圆形线圈，通入电流I后，能够在两线圈间产生匀强磁场；玻璃泡内有电子枪，通过加速电压U对初速度为零的电子加速并连续发射．电子刚好从球心O点正下方的S点水平向左射出，电子通过玻璃泡内稀薄气体时能够显示出电子运动的径迹．则下列说法正确的是(　　)
A．若要正常观察电子径迹，励磁线圈的电流方向应为逆时针(垂直纸面向里看)B．若保持U不变，增大I，则圆形径迹的半径减小C．若同时减小I和U，则电子运动的周期增大D．若保持I不变，减小U，则电子运动的周期将减小
3.如图所示，太极图由“阴鱼”和“阳鱼”构成，其边界是以O点为圆心、R为半径的圆，内部由以O1点和O2点为圆心、等半径的两个半圆分割成上下两部分，其中上部分为“阳鱼”，下部分为“阴鱼”．O1、O2、O三点共线，A、C两点分别在半圆O1与O2的圆周上且θ＝60°，CO2⊥O1O2. “阳鱼”内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，“阳鱼”与“阴鱼”的边界上无磁场．一质量为m、电荷量为q的带正电粒子P(不计粒子所受重力)从O点以大小为v0的速度沿OO2方向射入“阳鱼”，并从A点沿AO1方向进入“阴鱼”．
(1)求“阳鱼”内磁场的磁感应强度大小B；(2)若同种粒子Q从C点沿CO2方向射入“阳鱼”，要使粒子Q不会进入“阴鱼”，求粒子Q从C点射入“阳鱼”时的速度大小应满足的条件．
命题点三　带电粒子在磁场中的临界问题求解临界、极值问题的“两思路、两方法”．
如图所示，在xOy平面内以O为圆心、R0为半径的圆形区域Ⅰ内有垂直纸面向外的匀强磁场．一质量为m、电荷量为＋q的粒子以速度v0从A(R0，0)点沿x轴负方向射入区域Ⅰ，经过P(0，R0)点，沿y轴正方向进入同心环形区域Ⅱ，为使粒子经过区域Ⅱ后能从Q点回到区域Ⅰ，需在区域Ⅱ内加一垂直于纸面向里的匀强磁场．已知OQ与x轴负方向成30°角，不计粒子重力．求：
(1)区域Ⅰ中磁感应强度B0的大小；(2)环形区域Ⅱ的外圆半径R至少为多大；(3)粒子从A点出发到再次经过A点所用的最短时间．
(2022·韶关市二模)扭摆器是同步辐射装置中的插入件，能使粒子的运动轨迹发生扭摆．其简化模型如图Ⅰ、Ⅱ两处的条形匀强磁场区边界竖直，相距为L，磁场方向相反且垂直纸面．一质量为m、电量为－q、重力不计的粒子，从靠近平行板电容器MN板处由静止释放，极板间电压为U，粒子经电场加速后平行于纸面射入Ⅰ区，射入时速度与水平方向的夹角θ＝30°.
(1)当Ⅰ区宽度L1＝L、磁感应强度大小B1＝B0时，粒子从Ⅰ区右边界射出时速度与水平方向夹角也为30°，求B0 及粒子在Ⅰ区运动的时间t0 ；(2)若L2＝L1＝L、B1＝B0，为使粒子能返回Ⅰ区，求B2应满足的条件；(3)若B1≠B2，L1≠L2，且已保证了粒子能从Ⅱ区右边界射出．为使粒子从Ⅱ区右边界射出的方向与从Ⅰ区左边界射入的方向总相同，求B1、B2、L1、L2之间应满足的关系式．
解析：(1)由题意可得粒子运动轨迹大致如下图所示
(2)由题意可得粒子运动轨迹大致如下图所示
(3)由题意可得粒子运动轨迹大致可能如下图所示两种情况
设粒子射出磁场Ⅰ区时速度与水平方向的夹角为α，由几何知识可得L1＝R1sin θ＋R1sin α(或L1＝R1sin θ－R1sin α)，L2＝R2sin θ＋R2sin α(或L2＝R2sin θ－R2sin α)，
A．粒子不可能打到A点B．以θ＝0°和θ＝60°飞入的粒子在磁场中运动时间相等C．以θ＜30°飞入的粒子在磁场中运动的时间都相等D．在AC边界上只有一半区域有粒子射出
3．如图所示，两平行金属板AB中间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场．A板带正电荷，B板带等量负电荷，板间电场强度为E；磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B1.平行金属板右侧有一挡板M，中间有小孔O′，OO′是平行于两金属板的中心线．挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B2.CD为磁场B2边界上的一绝缘板，它与M板的夹角θ＝45°，O′C＝a，现有大量质量均为m，含有不同电荷量、不同速度的正负带电粒子(不计重力)，自O点沿OO′方向进入电磁场区域，其中有些粒子沿直线OO′方向运动，并进入匀强磁场B2中，求：
(1)进入匀强磁场B2的带电粒子的速度；(2)能击中绝缘板CD的粒子中，所带电荷量的最大值；(3)绝缘板CD上被带电粒子击中区域的长度．
命题点四　带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于多种因素的影响，使问题形成多解．多解形成原因一般包含4个方面：
解析：若粒子通过下部分磁场直接到达P点，如图
当粒子上下均经历一次时，如图
一圆筒的横截面如图所示，圆心为O、半径为R，在筒上有两个小孔M，N且M、O、N在同一水平线上．圆筒所在区域有垂直于圆筒截面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在圆筒左侧有一个加速电场．一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子，由静止经电场加速后从M孔沿MO方向射入圆筒．已知粒子与圆筒碰撞时电荷量保持不变，碰撞后速度大小不变，方向与碰撞前相反，不计粒子重力．
(1)若加速电压为U0，要使粒子沿直线MN运动，需在圆筒内部空间加一匀强电场，求所加电场的电场强度大小E；(2)若带电粒子与圆筒碰撞三次后从小孔N处射出，求粒子在圆筒中运动时间t；(3)若带电粒子与圆筒碰撞后不越过小孔M，而是直接从小孔M处射出，求带电粒子射入圆筒时的速度v.
2．如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B.磁场中的水平绝缘薄板与磁场的左、右边界分别垂直相交于M、N，MN＝L，粒子打到板上时会被反弹(碰撞时间极短)，反弹前后水平分速度不变，竖直分速度大小不变、方向相反．质量为m、电荷量为－q的粒子速度一定，可以从左边界的不同位置水平射入磁场，在磁场中做圆周运动的半径为d，且d