2025秋高考物理复习专题九磁场第2讲磁场对运动电荷的作用课件（50页PPT）

(共50张PPT)
第2讲　磁场对运动电荷的作用
一、洛伦兹力
1.定义：　　　　电荷在磁场中所受的力.
2.大小.
（1）v∥B时，F=　　　　.
（2）v⊥B时，F=　　　　.
（3）v与B夹角为θ时，F=　　　　　　.
运动
0
qvB
qvBsin θ
3.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　　　　决定的平面（注意B和v可以有任意夹角）.
（3）由于F始终　　　　　v的方向，故洛伦兹力永不做功.
B、v　
垂直于
二、电视显像管的工作原理
1.构造：如图所示，实际上是一个阴极射线管和偏转
线圈的组合.阴极射线管内有　　　　和　　　　.
2.原理：显像管应用了电子束　　　　的原理.没有磁场时，电子束打在荧光屏的正中点，要使电子束按图示的方向偏转，偏转磁场应垂直纸面
　　　　（填“向里”或“向外”）.
3.扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，垂直纸面方向上的磁场可使电子束上、下偏转，沿纸面　　　　　　的磁场使电子束左、右偏转.偏转磁场的强弱和方向都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点便从上向下、从左向右不断地移动，这种技术叫作　　　　.
电子枪
荧光屏
磁偏转
向外
水平方向
扫描
4.偏转线圈：使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的.
（1）安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释.
（2）洛伦兹力的方向始终与速度垂直，故洛伦兹力永不做功.
1.［洛伦兹力的方向］下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系，正确的是 （　　）
B
2.［对洛伦兹力公式的理解］带电荷量为-q的粒子，在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是 （　　）
A.只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同
B.如果把-q改为+q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C.只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用
D.带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小
B
3.［带电粒子的偏转］初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则 （　　）
A.电子将向右偏转，速率不变
B.电子将向左偏转，速率改变
C.电子将向左偏转，速率不变
D.电子将向右偏转，速率改变
A
4.［洛伦兹力的应用］目前正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性）沿图中所示方向（从左方）喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷.在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是 （　　）
A.A板带正电
B.有电流从a经用电器流向b
C.金属板A、B间的电场方向向下
D.等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受的电场力
D　
【解析】离子在磁场力的作用下发生偏转，根据左手定则，可知带正电荷的离子向下偏转，带负电荷的离子向上偏转，所以B板带正电、A板带负电，其间有向上的电场，A、C错误；电流由b经过用电器流向a，B错误；在洛伦兹力大于电场力时带电的离子会继续偏转，待到电场力和洛伦兹力平衡时离子才不发生偏转，D正确.
考点1　对洛伦兹力的理解　［基础考点］
1.对洛伦兹力方向的理解
（1）决定因素：电荷的电性（正、负）、速度方向、磁感应强度的方向.
（2）洛伦兹力的方向总与v和B的方向垂直，不做功.
1.（多选）如图所示，匀强磁场的方向竖直向下.磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管.在水平拉力F作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口处飞出，则 （　　）
A.小球带正电
B.小球运动的轨迹是一条抛物线
C.洛伦兹力对小球做正功
D.维持试管匀速运动的拉力F是一个恒力
AB
2.如图所示，电子枪射出的电子束进入示波管，在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线，则示波管中的电子束将 （　　）
A.向上偏转
B.向下偏转
C.向纸外偏转
D.向纸里偏转
A
3.（2022年广东卷）（多选）如图所示，磁控管内局部区域分布有水平向右的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场.电子从M点由静止释放，沿图中所示轨迹依次经过N、P两点.已知M、P在同一等势面上，下列说法正确的有 （　　）
A.电子从N到P，电场力做正功
B.N点的电势高于P点的电势
C.电子从M到N，洛伦兹力不做功
D.电子在M点所受的合力大于在P点所受的合力
BC
【解析】由题可知电子所受电场力水平向左，电子从N到P的过程中电场力做负功，A错误；根据沿着电场线方向电势逐渐降低可知N点的电势高于P点，B正确；由于洛伦兹力一直都和速度方向垂直，故电子从M到N洛伦兹力都不做功，C正确；由于M点和P点在同一等势面上，故从M到P电场力做功为0，而洛伦兹力不做功，M点速度为0，根据动能定理可知电子在P点速度也为0，则电子在M点和P点都只受电场力作用，在匀强电场中电子在这两点所受电场力相等，即合力相等，D错误.
考点2　带电体在磁场中的运动　［基础考点］
带电粒子在磁场中运动的不同情境
　（1）当带电粒子的速度v与磁感应强度B的方向相同或相反时，带电粒子不受洛伦兹力作用.若其他力可以忽略或其他力的合力等于零，则粒子将做匀速直线运动.
（2）当带电粒子的速度v与磁感应强度B的方向垂直时，带电粒子受到的洛伦兹力大小F=qvB，方向与速度的方向垂直.若带电粒子做直线运动，则粒子一定受到了其他力的作用，且所有力的合力为零，粒子做匀速直线运动.
1.（2023年海南卷）如图所示，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的说法正确的是 （　　）
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.小球运动过程的加速度保持不变
D.小球受到的洛伦兹力对小球做正功
A
【解析】根据左手定则，可知小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右，A正确；小球受洛伦兹力和重力的作用，则小球运动过程中速度、加速度大小，方向都在变，B、C错误；洛伦兹力永不做功，D错误.
2.（2024年深圳一模）如图所示，整个空间存在一水平向右的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，光滑绝缘斜面固定在水平面上.一带正电滑块从斜面顶端由静止下滑，下滑过程中始终没有离开斜面，下滑过程中滑块的位移x、受到的洛伦兹力f洛、加速度a与机械能E机等物理量的大小随时间变化的图线可能正确的是 （　　）
B
【解析】滑块下滑过程中始终没有离开斜面，滑块沿斜面受到的重力分力和电场力分力均保持不变，滑块做匀加速直线运动，则a-t图像为一条与横轴平行的直线，根据x-t图像的斜率表示速度，可知x-t图像的斜率逐渐增大，A、C错误；由于滑块由静止做匀加速直线运动，则有f洛=qvB=qBat∝t，可知f洛-t图像为过原点的倾斜直线，B正确；除重力做功外，还有电场力做功，则滑块的机械能不守恒，D错误.
ACD
洛伦兹力与力学的综合问题
　由于洛伦兹力具有力的共性，常和其他力一起以带电体在磁场中运动为情境构成力与磁的综合问题.这类问题的实质仍是力学问题，要按照处理力学问题的基本思路来解题，只不过我们多了一种新的性质的力而已.
例题　（多选）如图所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块（设a、b间无电荷转移），a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直纸面向里的匀强磁场，现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左加速运动，在加速运动阶段 （　　）
A.a对b的压力不变
B.a对b的压力变大
C.a、b物块间的摩擦力变小
D.a、b物块间的摩擦力变大
BC　
【解析】对a受力分析，受到重力、支持力、摩擦力以及洛伦兹力，其中支持力等于重力加洛伦兹力，即Nba=mag+qvB，由于加速，所以洛伦兹力变大，故支持力变大，由牛顿第三定律知，a对b的压力变大，A错误，B正确；将a、b当成一个整体受力分析，得到F-f地=（ma+mb）a，其中f地=μ［（ma+mb）g+qvB］，所以整体的加速度在减小.而对于a，a和b间的摩擦力为静摩擦力，则fba=maa，加速度在减小，所以a、b物块间的摩擦力减小，C正确，D错误.
变式　如图所示，光滑半圆形轨道与光滑斜面轨道在B处与圆弧相连，将整个装置置于水平向外的匀强磁场中，有一带正电小球从A处由静止释放，沿轨道前进，并恰能通过圆弧最高点C.现若撤去磁场，使球仍能恰好通过圆弧最高点C，释放高度H'与原释放高度H的关系是 （　　）
A.H'=H　　　　　
B.H'C.H'>H
D.不能确定
C　
归纳总结　洛伦兹力作用下的变加速运动
（1）注意受力情况和运动情况的分析.带电物体在磁场中速度变化时，洛伦兹力的大小随之变化，并进一步导致压力、摩擦力的变化，物体在变力作用下将做变加速运动.
（2）注意临界状态的分析.当摩擦力与引起物体运动的外力平衡时，物体将处于平衡状态；当洛伦兹力增大使物体与接触面的压力为零时，物体将要离开接触面.
知识巩固练
1.如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q.关于各电荷所受洛伦兹力，说法正确的是 （　　）
A.图甲中电荷受到的洛伦兹力垂直于纸面向内
B.图乙中电荷受到的洛伦兹力大小等于0
C.图丙中电荷受到的洛伦兹力大小等于qvB
D.图丁中电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上
（本栏目对应学生用书P419~420）
D　
【解析】电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上，A错误；电荷受到的洛伦兹力垂直纸面向内，不为0，B错误；电荷不受洛伦兹力的作用，C错误；电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上，D正确.
2.如图所示，摆球带负电荷的单摆在一匀强磁场中摆动，匀强磁场的方向垂直纸面向里，摆球在AB间摆动过程中，由A摆到最低点C时，摆线拉力的大小为F1，摆球加速度大小为a1；由B摆到最低点C时，摆线拉力的大小为F2，摆球加速度大小为a2，则 （　　）
A.F1>F2，a1=a2
B.F1C.F1>F2，a1>a2
D.F1B
3.如图所示为显像管的原理示意图，当没有磁场时电子束将打在荧光屏正中的O点.安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转.设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，下列各图中的变化磁场能够使电子发生上述偏转的是 （　　）
A　　 　B　　　 　C　　　 　D
A
4.如图所示，正方形区域匀强磁场的方向垂直纸面向外，一带电微粒从磁场边界A点垂直于磁场方向射入，沿曲线APB运动从B点射出磁场，通过PB段用时为t，若该微粒经过P点时，与一个静止的不带电微粒碰撞并结合为一个新微粒，最终也射出磁场.微粒重力不计，则新微粒从形成到射出磁场的 （　　）
A.轨迹为PC，运动时间小于t
B.轨迹为PB，运动时间大于t
C.轨迹为PD，运动时间等于t
D.轨迹为PD，运动时间大于t
B
5.如图所示，一内壁光滑的玻璃管竖直放置，上端开口，下端封闭，管底有一带电小球，整个装置在垂直纸面向里且足够大的匀强磁场中水平向右匀速运动，经过一段时间，小球从上端开口处飞出，若整个过程中小球所带电量不变，则小球从开始至离开管口前的过程，下列说法正确的是 （　　）
A.小球所受洛伦兹力方向竖直向上
B.小球运动的轨迹为抛物线
C.洛伦兹力对小球做正功
D.运动过程中小球的机械能守恒
B
6.（多选）如图所示，两个带电粒子M和N，以相同的速度经小孔S垂直进入同一匀强磁场，运行的半圆轨迹如图两种虚线所示，下列表述正确的是 （　　）
A.M带负电，N带正电
B.M的质量大于N的质量
C.M的带电量小于N的带电量
D.M的运行时间不可能等于N的运行时间
AD　
综合提升练
7.（2024年中山模拟）（多选）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，固定一内部真空且内壁光滑的圆柱形薄壁绝缘管道，其轴线与磁场垂直.管道横截面半径为a，长度为l（l a）.带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，与管壁发生弹性碰撞，多次碰撞后从另一端射出，单位时间进入管道的粒子数为n，粒子电荷量为+q，不计粒子的重力、粒子间的相互作用，下列说法正确的是 （　　）
BD
8.如图所示，PQ为放在竖直平面的半圆弧的直径，O为圆心，小球带正电，以初速度v沿直径水平抛出；甲图中只受重力作用，乙图中有竖直向下的匀强电场，丙图中有垂直纸面向里的匀强磁场，丁图中有垂直纸面向外的匀强磁场，小球能垂直落在圆弧弧面上的是 （　　）
A.甲　　　
B.乙　　　
C.丙　　　
D.丁
D
【解析】平抛运动中，某时刻速度的反向延长线交于该段时间的水平位移的中点，在甲图中，小球落在圆弧面上的水平位移一定小于直径，所以小球落在M点速度的反向延长线与直径PQ的交点N在O点的左侧，而不是在O点，如图所示.所以小球不能垂直落在圆弧上；乙图中的小球做类平抛运动，同理也不能垂直落在圆弧上，A、B错误；根据左手定则，丙图中小球受到向上的洛伦兹力作用，所以在重力和洛伦兹力的作用下，小球的运动轨迹比甲图中要平缓些，圆弧面上的落点在M点的右侧，所以相对于甲图来说，丙图中的小球落到圆弧面上时竖直速度减小，水平速度增大，小球速度的反向延长线与直径PQ的交点在N点的左侧，所以不能垂直落在圆弧面上，C错误；丁图中的小球所受洛伦兹力向下，在重力和洛伦兹力的
作用下，小球在圆弧面上的落点在M点的右侧，所以相对于甲图来说，小球在竖直方向的速度增大，水平方向的速度减小，小球速度的反向延长线与直径PQ的交点在N点的右侧，小球可以垂直落在圆弧面上，D正确.
9.（2024年江门一中模拟）（多选）如图所示，一根足够长的光滑绝缘杆MN固定在竖直平面内，且与水平面的夹角为37°，空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为1 T，质量为0.1 kg的带电小环沿杆下滑到图中的P处时，对杆有垂直于杆向下的、大小为0.3 N的压力.已知小环的带电荷量为0.1 C，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°=0.6.下列说法正确的是 （　　）
A.小环带正电
B.小环下滑的加速度大小为6 m/s2
C.小环滑到P处时的速度大小为3 m/s
D.小环经过P处开始计时，0.5 s后恰好与杆没有相互作用
BD　
【解析】小环沿杆下滑到图中的P处时，对杆有垂直于杆向下、大小为0.3 N的压力，故在P处小环所受弹力垂直于杆向上，大小为0.3 N，对小环受力分析如图，在垂直杆方向小环所受合力为零，有F洛+FN=mgcos θ，解得F洛=0.5 N，方向垂直杆向上，由左手定则可知，小环应带负电，故A错误；在沿杆方向，由牛顿第二定律可知mgsin θ=ma，解得a=6 m/s2，B正确；由F洛=qvPB，解得vP=5 m/s，C错误；当小环恰好与杆没有相互作用时，满足qv2B=mgcos θ，解得v2=8 m/s，由匀加速运动规律可知v2=vP+at，解得t=0.5 s，D正确.
10.用一根长L=0.8 m的绝缘轻绳，吊一质量m=1.0 g的带电小球，放在磁感应强度为B=2.5 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，把小球拉到悬点的右侧，轻绳刚好水平拉直，将小球由静止释放，小球便在垂直于磁场的竖直平面内摆动.当小球第一次摆到最低点时，悬线的拉力恰好为0.5mg（g取10 m/s2）.问：
（1）小球带何种电荷？带电量为多少？
（2）当小球第二次经过最低点时，悬线对小球的拉力多大？