高考物理一轮复习选择性必修第二册第九章磁场第二讲带电粒子在磁场中的运动课件

这是一份高考物理一轮复习选择性必修第二册第九章磁场第二讲带电粒子在磁场中的运动课件，共59页。PPT课件主要包含了qvB，匀速直线，匀速圆周，答案AC，答案BC，答案B，答案C，答案D，答案BD，答案A等内容，欢迎下载使用。
情境创设如图所示，是洛伦兹力演示仪，它可以研究带电粒子在磁场中的偏转情况。
微点判断　(1)运动的电子在磁场中因受洛伦兹力的作用发生偏转。( )(2)电子的速度越大，运动半径越大。( )(3)电子的速度越大，运动周期越大。( )(4)增大磁场的磁感应强度，电子运动半径变大。( )(5)增大磁场的磁感应强度，电子运动周期变小。( )(6)洛伦兹力对运动的电子做正功。( )
(一) 洛伦兹力的大小和方向(固基点) [题点全练通]1．[洛伦兹力的理解]下列说法正确的是 (　 )A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用B．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度D．洛伦兹力对带电粒子永不做功
解析：运动电荷速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力，洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向，不改变带电粒子的速度大小，洛伦兹力对带电粒子永不做功，故D正确。答案：D
2．[洛伦兹力的方向判断]下面四幅图均表示了磁感应强度B，电荷速度v和洛伦兹力F三者方向之间的关系，其中正确的是 (　 )解析：根据左手定则可知，A、C、D错误，B正确。答案：B
3．[洛伦兹力的大小]真空中竖直放置一通电长直细导线，俯视图如图所示。以导线为圆心作圆，光滑绝缘管ab水平放置，两端恰好落在圆周上。半径略小于绝缘管半径的带正电小球自a端以速度v0向b端运动过程中，下列说法正确的是 (　 )A．小球先加速后减速B．小球受到的洛伦兹力始终为零C．小球在ab中点受到的洛伦兹力为零D．小球受到洛伦兹力时，洛伦兹力方向竖直向外
解析：根据安培定则可知，直导线产生的磁场的磁感线如图中虚线所示，洛伦兹力始终与小球运动方向垂直，故不做功，小球速率不变，A错误；当运动到ab中点时，磁感线与速度方向平行，所受洛伦兹力为零，自a端到中点洛伦兹力竖直向下，中点至b端洛伦兹力竖直向上，B、D错误，C正确。答案：C
4．[洛伦兹力与电场力的比较](多选)带电小球以一定的初速度v0竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1；若加上水平方向的匀强磁场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h2；若加上水平方向的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h3；若加上竖直向上的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h4，如图所示。不计空气阻力，则 (　 )A．一定有h1＝h3 B．一定有h1＜h4C．h2与h4无法比较 D．h1与h2无法比较
[要点自悟明]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)洛伦兹力永不做功。
2．洛伦兹力与电场力的比较
(二) 半径公式和周期公式的应用(固基点) [题点全练通]1．[半径公式、周期公式的理解](多选)在同一匀强磁场中，两带电量相等的粒子，仅受磁场力作用，做匀速圆周运动。下列说法正确的是 (　 )A．若速率相等，则半径必相等B．若质量相等，则周期必相等C．若动量大小相等，则半径必相等D．若动能相等，则周期必相等
3．[半径公式与动量守恒定律的综合应用]K－介子的衰变方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负电，π0介子不带电。如图，匀强磁场的方向垂直纸面向外，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入，其轨迹为图中的虚线圆弧，若K－介子在磁场中发生衰变，则衰变产生的π－介子和π0介子的运动轨迹可能是 (　 )
(三) 带电粒子在有界匀强磁场中的圆周运动(精研点)类型(一)　直线边界的磁场(1)粒子进出直线边界的磁场时，常见情形如图所示：(2)带电粒子(不计重力)在直线边界匀强磁场中运动时具有两个特性：①对称性：进入磁场和离开磁场时速度方向与边界的夹角相等。②完整性：比荷相等的正、负带电粒子以相同速度进入同一匀强磁场，则它们运动的半径相等而且两个圆弧轨迹恰好构成一个完整的圆，两圆弧所对应的圆心角之和等于2π。
类型(二)　平行直线边界的磁场(1)粒子进出平行直线边界的磁场时，常见情形如图所示：(2)粒子在平行直线边界的磁场中运动时存在临界条件，如图a、c、d所示。
类型(三)　三角形边界的磁场带电粒子在三角形边界的磁场中运动时常常涉及临界问题。如图所示，正△ABC区域内有匀强磁场，某正粒子垂直于AB方向从D点进入磁场时，粒子有如下两种可能的临界轨迹：(1)粒子能从AB边射出的临界轨迹如图甲所示。(2)粒子能从AC边射出的临界轨迹如图乙所示。
类型(四)　矩形边界的磁场带电粒子在矩形(正方形)边界的磁场中运动时，可能会涉及与边界相切、相交等临界问题，如图所示。
[例5]　 如图所示，ABCD为一正方形区域，一带电粒子以速度v0从AB边的中点O，沿纸面垂直于AB边的方向射入。若该区域充满平行于AB边的匀强电场，该粒子经时间t1以速度v1从C点射出；若该区域充满垂直纸面的匀强磁场，该粒子经时间t2以速度v2从D点射出，不计粒子重力，则 (　 )A．v1＞v2，t1＜t2 B．v1＞v2，t1＞t2C．v1＜v2，t1＜t2 D．v1＜v2，t1＞t2
类型(五)　圆形边界的磁场带电粒子在圆形边界的磁场中运动的两个特点：(1)若粒子沿着边界圆的某一半径方向射入磁场，则粒子一定沿着另一半径方向射出磁场(或者说粒子射出磁场的速度的反向延长线一定过磁场区域的圆心)，如图甲所示。(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一定也为θ，如图乙所示。
[例6]　(2023·全国甲卷)(多选)光滑刚性绝缘圆筒内存在着平行于轴的匀强磁场，筒上P点开有一个小孔，过P的横截面是以O为圆心的圆，如图所示。一带电粒子从P点沿PO射入，然后与筒壁发生碰撞。假设粒子在每次碰撞前、后瞬间，速度沿圆上碰撞点的切线方向的分量大小不变，沿法线方向的分量大小不变、方向相反；电荷量不变。不计重力。下列说法正确的是(　 )
A．粒子的运动轨迹可能通过圆心OB．最少经2次碰撞，粒子就可能从小孔射出C．射入小孔时粒子的速度越大，在圆内运动时间越短D．每次碰撞后瞬间，粒子速度方向一定平行于碰撞点与圆心O的连线[解析]　由带电粒子在圆形磁场中的运动规律可知，带电粒子指向圆心射入，与筒壁碰撞后依然指向圆心，所以带电粒子不可能通过圆心O，A错误，D正确；当带电粒子每次偏转60°撞击筒壁时，恰好经两次碰撞从小孔射出，B正确；带电粒子速度越大，做圆周运动的半径越大，当偏转角度小于60°撞击筒壁时，带电粒子射出小孔前经历的撞击次数增加，在圆筒内运动时间可能变长，C错误。
(四) 带电粒子在磁场中运动的临界极值问题(融通点)1．解题关键点(1)关注题目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等关键词语，作为解题的切入点。(2)关注涉及临界点条件的几个结论①粒子刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。②当速度v一定时，弧长越长，圆心角越大，则粒子在有界磁场中运动的时间越长。③当速度v变化时，圆心角越大，对应的运动时间越长。
(五) 带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题(精研点)类型1　带电粒子的电性不确定形成多解如果粒子的电性不确定，带电粒子可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同的初速度下，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解。如图所示，带电粒子以速度v垂直进入匀强磁场，若带正电，其轨迹为a；若带负电，其轨迹为b。
类型3　临界状态不唯一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下在有界磁场中运动时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去，也可能转过180°从入射界面这边反向飞出，从而形成多解，如图所示。