专题12.2　磁场对运动电荷的作用　带电粒子在有界匀强磁场中的运动【讲】——2023年高考物理一轮复习讲练测（人教）（解析版）.docx

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专题12.2　磁场对运动电荷的作用　带电粒子在有界匀强磁场中的运动【讲】
【讲核心素养】
1.物理观念：洛伦兹力。
（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。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。
2.科学思维：带电粒子在有界匀强磁场中的运动。
（1）会分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。
（2）能够分析带电体在匀强磁场中的运动。
【讲考点题型】
【知识点一】对洛伦兹力的理解和应用
1．洛伦兹力的定义
磁场对运动电荷的作用力．
2．洛伦兹力的大小
（1）v∥B时，F＝0；
（2）v⊥B时，F＝qvB；
（3）v与B的夹角为θ时，F＝qvBsin θ.
3．洛伦兹力的方向
（1）判定方法：应用左手定则，注意四指应指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；
（2）方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B、v决定的平面．（注意B和v可以有任意夹角）
【例1】 （2022·福建福州·三模）洛伦兹力演示仪的实物图和原理图分别如图（a）、图（b）所示。电子束从电子枪向右水平射出，使玻璃泡中的稀薄气体发光，从而显示电子的运动轨迹。调节加速极电压可改变电子速度大小，调节励磁线圈电流可改变磁感应强度，某次实验，观察到电子束打在图（b）中的P点，下列说法正确的是（　　）
A．两个励磁线圈中的电流均为顺时玻璃泡励磁线圈
B．当加大励磁线圈电流时，电子可能出现完整的圆形轨迹励磁线圈
C．当加大加速极电压时，电子打在玻励磁电流加速极电压璃泡上的位置将上移
D．在出现完整轨迹后，减小加速极电压，电子在磁场中圆周运动的周期变小
【答案】 B
【解析】A．根据左手定则可知磁场垂直纸面向外，再由右手螺旋定则知两个励磁线圈中的电流均为逆时针，故A错误；
B．经加速电压后电子加速，根据动能定理
电子在磁场中做匀速圆周运动，根据
得
当加大励磁线圈电流时，磁感应强度变大，使电子做圆周运动的半径减小，可能会出现完整的圆形轨迹，故B正确；
C．加大加速极电压，电子射出时的速度增大，圆周的半径变大，圆的弯曲程度变小，则电子打在玻璃泡上的位置下移，故C错误；
D．在出现完整轨迹后，减小加速极电压，电子圆周的速度变小，但在磁场中圆周运动的周期为
则其周期不变，故D错误；
故选B。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。
【变式训练1】（多选）（2022·广东茂名·模拟预测）云室是借助过饱和水蒸气在离子上凝结来显示带电粒子径迹的装置。云室中加了垂直于纸面向里的磁场，在一张云室中拍摄的照片中a、b、c、d、e是从O点发出的一些正电子或负电子的径迹。关于a、b、c三条径迹判断正确的是（　　）
A．a、b、c都是负电子的径迹
B．a径迹对应的粒子动量最大
C．c径迹对应的粒子动能最大
D．c径迹对应的粒子运动时间最长
【答案】 AC
【解析】A．带电粒子在垂直于纸面向里的磁场中运动，根据左手定则可知a、b、c都是负电子的径迹，故A正确；
B．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有
解得
由图可知
所以
根据
可知
故B错误；
C．根据
可知
故C正确；
D．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有
则
所以
粒子在磁场中的运动时间
其中为粒子在磁场中的偏转角度，由图可知a径迹对应的偏转角度最大，则a径迹对应的粒子运动时间最长，故D错误。
故选AC。
【归纳总结】洛伦兹力与电场力的比较
洛伦兹力
电场力
产生条件
v≠0且v不与B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，F⊥v
F∥E
做功情况
任何情况下都不做功
可能做功，也可能不做功
【知识点二】带电粒子在匀强磁场中的运动
1．在匀强磁场中，当带电粒子平行于磁场方向运动时，粒子做匀速直线运动．
2．带电粒子以速度v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，若只受洛伦兹力，则带电粒子在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动．
（1）洛伦兹力提供向心力：qvB＝mv2,r).
（2）轨迹半径：r＝mv,qB).
（3）周期：T＝r,v)、T＝m,qB)，可知T与运动速度和轨迹半径无关，只和粒子的比荷和磁场的磁感应强度有关．
（4）运动时间：当带电粒子转过的圆心角为θ（弧度）时，所用时间t＝θ,2π)T.
（5）动能：Ek＝,2)mv2＝p2,2m)＝Bqr)2,2m).
【例2】