2027届新高考物理热点精准复习磁场对运动电荷(带电体)的作用

2027届新高考物理热点精准复习磁场对运动电荷(带电体)的作用【学习目标】1.理解洛伦兹力的产生条件及方向判定(左手定则),掌握F=qvB的定量关系,认识匀强磁场中带电粒子的运动规律(匀速圆周运动或螺旋运动)。2.能结合动力学与几何知识,分析带电粒子在磁场中的偏转轨迹,解决临界与多过程问题。3.认识磁场对电荷的作用在质谱仪、回旋加速器等科技中的应用,关注电磁技术对社会发展的影响。知识构建基础转化如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,带电粒子(电性已在图中标出)的速率为v,带电荷量为q,关于带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向说法正确的是(

)A.图甲中F洛=qvB,方向与v垂直斜向下B.图乙中F洛=qvB,方向与v垂直斜向上C.图丙中F洛=qvB,方向垂直于纸面向里D.图丁中F洛=qvB,方向垂直于纸面向里B考点一洛伦兹力设有一段长为l、横截面积为S的导体,通以大小为I的电流后放入磁场中,电流方向与匀强磁场的方向垂直,磁感应强度为B,导体单位体积内有n个自由电荷,每个自由电荷的电荷量为q,定向移动速率为v。如图所示。证明:电荷所受的洛伦兹力F洛=qvB。模理探真·深度学习1.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。2.洛伦兹力与静电力的比较项目洛伦兹力静电力产生条件v≠0且v与B不平行(说明:运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用)电荷处在电场中大小F=qvB(v⊥B)F=qE力方向与场方向的关系F⊥B且F⊥vF∥E作用效果只改变电荷速度的方向,不改变速度大小既可以改变电荷速度的大小,也可以改变速度方向[例1]【对洛伦兹力的理解】(多选)(2025·甘肃酒泉模拟)电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和,在宏观上表现为导线所受的安培力。关于洛伦兹力,下列分析正确的是(

)A.洛伦兹力和安培力是性质相同的力B.洛伦兹力的方向、粒子运动方向和磁场方向不一定相互垂直C.粒子在只受到洛伦兹力作用时动能会减少D.由于洛伦兹力对粒子不做功,所以安培力对导线也不做功AB【解析】

安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观形式,故安培力和洛伦兹力是性质相同的力,本质上都是磁场对运动电荷的作用力,A正确;根据左手定则,可知洛伦兹力总是垂直于磁场方向与速度方向所构成的平面,而磁场方向与速度方向不一定垂直,B正确;洛伦兹力对粒子不做功,即粒子在只受到洛伦兹力作用时,动能不变,C错误;安培力对导线可以做功,D错误。[例2]【洛伦兹力的应用】(2025·山东淄博期末)2025年6月1日,出现了特大地磁暴,在我国北方多地观测到了极光现象。来自太阳的高能带电粒子流被地磁场俘获,形成极光现象。如图所示,是某高能粒子被地磁场俘获后的运动轨迹示意图,忽略万有引力和带电粒子间的相互作用,下列说法正确的是(

)A.图中所示的带电粒子带负电B.洛伦兹力对带电粒子做负功,使其动能减少C.图中所示的带电粒子做螺旋运动时,旋转半径不变D.若带正电的粒子在赤道正上方垂直射向地面,一定会向西偏转A考点二带电体在磁场中的运动带电体做变速运动时,随着速度大小的变化,洛伦兹力的大小也会发生变化,故在对带电体进行受力分析时,应考虑由洛伦兹力引起的其他力变化(如弹力、摩擦力),然后再根据牛顿运动定律进行运动分析。[例3]【洛伦兹力作用下带电体的直线运动】(2025·宁夏银川期中)如图所示,足够长的粗糙细杆CD水平置于空中,且处在垂直于纸面向里的水平匀强磁场中。一质量为m、电荷量为+q的小圆环套在细杆CD上。现给小圆环向右的初速度v0,圆环运动的v-t图像不可能是(

)BA B C D【解析】

带电圆环在磁场中受到向上的洛伦兹力,若满足重力与洛伦兹力相等,则圆环做匀速直线运动,v-t图像如选项A所示,A不符合题意;若重力大于洛伦兹力,圆环受摩擦力作用,做减速运动,竖直方向有FN=mg-qvB,水平方向有Ff=μFN=ma,随着速度的减小,支持力增大,摩擦力增大,圆环将做加速度逐渐增大的减速运动,直至速度为零,则v-t图像如选项C所示,C不符合题意;若洛伦兹力大于重力,圆环受到摩擦力的作用,做减速运动,竖直方向有FN=qvB-mg,水平方向有Ff=μFN=ma,随着速度的减小,支持力减小,摩擦力减小,圆环做加速度逐渐减小的减速运动,当重力与洛伦兹力相等时,做匀速直线运动,则v-t图像如选项D所示,D不符合题意;圆环不可能做匀减速直线运动,B选项所示v-t图像不存在,B符合题意。[例4]【洛伦兹力作用下带电体的曲线运动】(多选)(2025·湖南长沙期中)如图所示,质量为m的带电小球(可视为质点)用长为l的绝缘细线悬挂于O点,在悬点O下方有匀强磁场。现把小球拉离平衡位置后从A点由静止释放,下列说法正确的是(

)A.小球从A至C和从D至C到达C点时,速度大小相等B.小球从A至C和从D至C到达C点时,细线的拉力相等C.小球从A至C和从D至C到达C点时,加速度相同D.小球从A至D过程中,小球机械能守恒ACD考点三带电粒子在匀强磁场中的圆周运动1.理论依据2.圆心、半径及运动时间的确定(1)圆心的确定。①若已知粒子运动轨迹上两点的速度v的方向,可根据F⊥v,分别确定两点处洛伦兹力F的方向,其交点即为圆心,如图甲。[例5]【运动轨迹的确定】(2025·陕西西安一模)在匀强磁场中,有一带正电的粒子甲做匀速圆周运动,当它运动到M点时,突然向与原运动相反的方向放出一个不带电的粒子乙,形成一个新的粒子丙。如图所示,用实线表示粒子甲运动的轨迹,虚线表示粒子丙运动的轨迹。若不计粒子所受重力及空气阻力的影响,则粒子甲和粒子丙运动的轨迹可能是(

)BA B C D[例6]【两个公式的应用】

(多选)(2025·广东开学考试)如图甲所示,洛伦兹力演示仪由励磁线圈、玻璃泡等组成,结构示意图如图乙所示,励磁线圈是一对彼此平行共轴的圆形线圈,当线圈通有励磁电流时,两线圈之间将产生垂直于线圈平面向外的匀强磁场,且磁感应强度的大小与励磁线圈中的电流大小成正比。电子在电子枪中经加速电压加速后形成高速电子束,垂直于磁场方向射入,若电子束径迹在磁场中呈闭合圆形,下列说法正确的是(

)A.励磁线圈中电流方向为顺时针方向B.仅将励磁线圈中的电流加倍,电子在磁场中运动的轨迹半径一定减半C.仅将励磁线圈中的电流减半,电子在磁场中做圆周运动的周期一定减半D.若励磁线圈中的电流加倍,且电子枪的加速电压变为原来的4倍,则电子的运动轨迹不变BD