2025年高考物理二轮复习第十章　磁场 第二讲　磁场对运动电荷的作用课件+讲义（教师+学生）+跟踪练习

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1.会利用左手定则判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。 2.会分析带电粒子在有界匀强磁场中的运动。
1.思考判断(1)粒子在只受洛伦兹力作用时运动的速度不变。( )(2)带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力的作用。( )(3)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。( )
2.(多选)1932年，物理学家安德森在实验中发现了正电子，该发现为确定反物质的存在提供了重要的证据。正电子在施加了磁场的云室中运动，其穿过铅板前后的运动轨迹如图所示。已知正电子穿过铅板时会损失一部分动能，则(　　)A.正电子由下向上穿过铅板B.正电子由上向下穿过铅板C.磁场方向垂直纸面向里D.磁场方向垂直纸面向外
考点二　带电粒子在匀强磁场中的运动
考点一　对洛伦兹力的理解和应用
1.洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向，所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，即洛伦兹力永不做功。(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)用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要注意将四指指向负电荷运动的反方向。
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。(2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。
例1 (2023·海南卷，2)如图1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
解析　小球刚进入磁场时速度方向竖直向下，由左手定则可知，小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力方向水平向右，A正确；小球运动过程中，受重力和洛伦兹力的作用，且合力不为零，所以小球运动过程中的速度变化，B错误；小球受到的重力不变，洛伦兹力时刻变化，则合力时刻变化，加速度时刻变化，C错误；洛伦兹力永不做功，D错误。
(2022·北京卷，7)正电子是电子的反粒子，与电子质量相同、带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图2中的1、2、3所示。下列说法正确的是(　　)A.磁场方向垂直于纸面向里B.轨迹1对应的粒子运动速度越来越大C.轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大D.轨迹3对应的粒子是正电子
1.带电粒子在有界磁场中的圆心、半径及运动时间的确定
2.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3所示)
(2)平行边界：往往存在临界条件，如图4所示。
(3)圆形边界①速度指向圆心：沿径向射入必沿径向射出，如图5甲所示。粒子轨迹所对应的圆心角一定等于速度的偏向角②速度方向不指向圆心：如图乙所示。粒子射入磁场时速度方向与半径夹角为θ，则粒子射出磁场时速度方向与半径夹角也为θ。③环形磁场：如图丙所示，带电粒子沿径向射入磁场，若要求粒子只在环形磁场区域内运动，则一定沿半径方向射出，当粒子的运动轨迹与内圆相切时，粒子有最大速度或磁场有最小磁感应强度。
角度　　带电粒子在匀强磁场中运动
角度　　直线边界和平行边界的磁场
方法总结　解析法解决带电粒子在匀强磁场中的运动问题
例4 (多选)如图8所示，在纸面内半径为R的圆形区域中有垂直于纸面向外的匀强磁场。一带电粒子从图中A点以水平速度v0垂直磁场射入，速度的方向与过圆心及A点的直线成60°角，当该带电粒子离开磁场时，速度方向刚好改变了120°角，下列说法正确的是(　　　)
例5 (多选)如图9所示，在直角三角形CDE区域内有磁感应强度为B垂直纸面向外的匀强磁场，P为直角边CD的中点，∠C＝30°，CD＝2L，一束相同的带负电粒子以不同的速率从P点垂直于CD射入磁场，粒子的比荷为k，不计粒子间的相互作用和重力，则下列说法正确的是(　　)
角度　　三角形或多边形边界磁场
对点练1　对洛伦兹力的理解和应用1.如图1是电子射线管的示意图，接通电源后，电子由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏上的亮线向上(z轴正方向)偏转，现在射线管的正下方附近放一通电直导线，导线中的电流方向应该是(　　)A.沿x轴正方向B.沿x轴负方向C.沿y轴正方向D.沿y轴负方向
解析　要使荧光屏上的亮线向上偏转，即使电子受到向上的洛伦兹力，据左手定则可知，射线管处的磁场应沿y轴负方向，结合通电直导线产生的磁场特点可知，在射线管正下方放置的通电直导线的电流方向应沿x轴正方向，故A正确。
2.图2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，导线中通有大小相等的电流，方向如图2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
解析　根据题意，由安培定则可知，b、d两通电直导线在O点产生的磁场相互抵消，a、c两通电直导线在O点产生的磁场方向均向左，所以四根通电直导线在O点产生的合磁场方向向左，由左手定则可判断带正电粒子所受洛伦兹力的方向向下，B正确。
对点练2　带电粒子在匀强磁场中的运动3.(多选)(2024·广东东莞高三校联考)如图3甲所示，用强磁场将百万开尔文的高温等离子体(等量的正离子和电子)约束在特定区域实现受控核聚变的装置叫托克马克。我国托克马克装置在世界上首次实现了稳定运行100秒的成绩。多个磁场才能实现磁约束，图乙为其中沿管道方向的一个磁场，越靠管的右侧磁场越强。不计离子重力，关于离子在图乙磁场中运动时，下列说法正确的是(　　)
A.离子从磁场右侧区域运动到左侧区域，磁场对其做负功B.离子在磁场中运动时，磁场对其一定不做功C.离子从磁场右侧区域运动到左侧区域，速度变大D.离子由磁场的左侧区域向右侧区域运动时，运动半径减小
4.如图4所示，虚线框MNQP内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。a、b、c三个带电粒子，它们在纸面内从PQ边的中点垂直于PQ边射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。若不计粒子所受重力，则(　　)
A.粒子a带负电，粒子b、c带正电B.若三个粒子比荷相同，则粒子c在磁场中的加速度最大C.若三个粒子入射的速度相同，则粒子c在磁场中的加速度最大D.若三个粒子入射的动量相同，则粒子b的带电荷量最大
7.(2024·福建福州高三月考)如图7所示，圆形区域内存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，比荷相同的两个粒子沿直径AB方向从A点射入磁场中，分别从圆弧上的P、Q两点射出，下列说法正确的是(　　)A.两粒子分别从A到P、Q经历时间之比为3∶1B.粒子在磁场中做匀速圆周运动周期之比为2∶1C.粒子在磁场中速率之比为1∶3D.粒子在磁场中运动轨道半径之比为3∶1
11.如图11所示，有一磁感应强度B＝9.1×10－3 T的匀强磁场，C、D为垂直于磁场方向的同一平面内的两点，它们之间的距离l＝0.1 m，今有一电子在此磁场中运动，它经过C点的速度v的方向和磁场垂直，且与CD之间的夹角θ＝30°(电子的质量m＝9.1×10－31 kg，电荷量e＝1.6×10－19 C)。
(1)电子在C点时所受的磁场力的方向如何？(2)若此电子在运动过程中经过D点，则它的速度应是多大？(3)电子从C点到D点所用的时间是多少？
答案　(1)见解析　(2)1.6×108 m/s　(3)6.5×10－10 s
解析　(1)电子以垂直磁场方向的速度在磁场中做匀速圆周运动，电子质量较小，重力可忽略，洛伦兹力提供向心力，根据左手定则可判断电子在C点所受磁场力的方向垂直于速度方向斜向下方。(2)电子在洛伦兹力作用下在磁场中做匀速圆周运动，且速度方向与CD连线夹角θ＝30°，根据几何知识可知圆弧CD所对的圆心角α为60°，即∠DOC＝60°，则△CDO为等边三角形，则轨道半径R＝l①