統(tǒng)考版2023高考物理二輪專題復(fù)習(xí)專題四電場(chǎng)與磁場(chǎng)第9講磁場(chǎng)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

第9講磁場(chǎng)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)高頻考點(diǎn)·能力突破素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題高頻考點(diǎn)·能力突破考點(diǎn)一磁場(chǎng)的性質(zhì)及磁場(chǎng)對(duì)電流的作用1．磁場(chǎng)的疊加和安培定則應(yīng)用的“三點(diǎn)注意”(1)注意根據(jù)安培定則確定通電導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的方向（即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向）(2)注意磁場(chǎng)中每一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感線的切線方向．(3)注意磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，多個(gè)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加時(shí)，合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于場(chǎng)源單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和（要用到平行四邊形法則，解三角形）2．安培力的分析與計(jì)算(1)方向：左手定則(2)大?。篎＝BILsinθθ＝0時(shí)F＝0，θ＝90°時(shí)F＝BIL(3)二級(jí)結(jié)論：同向電流相互吸引，反向電流相互排斥例1[2022·全國(guó)乙卷](多選)安裝適當(dāng)?shù)能浖?，利用智能手機(jī)中的磁傳感器可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B.如圖，在手機(jī)上建立直角坐標(biāo)系，手機(jī)顯示屏所在平面為xOy面．某同學(xué)在某地對(duì)地磁場(chǎng)進(jìn)行了四次測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)y軸指向不同方向而z軸正向保持豎直向上。根據(jù)表中測(cè)量結(jié)果可推知(

)A．測(cè)量地點(diǎn)位于南半球B．當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)大小約為50μTC．第2次測(cè)量時(shí)y軸正向指向南方D．第3次測(cè)量時(shí)y軸正向指向東方測(cè)量序號(hào)Bx/μTBy/μTBz/μT1021－4520－20－463210－454－210－45答案：BC解析：依題意，z軸正向保持豎直向上，測(cè)量結(jié)果表明z軸方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為負(fù)，即測(cè)量地點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量是向下的，說(shuō)明測(cè)量地點(diǎn)位于北半球，A錯(cuò)誤；每次測(cè)量得到的地磁場(chǎng)的兩個(gè)分量互相垂直，任選一組數(shù)據(jù)根據(jù)平行四邊形定則可以求出當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小約為50μT，B正確；在北半球，地磁場(chǎng)的水平分量是由南向北的，第2次測(cè)量時(shí)得到的水平分量即By是負(fù)值，說(shuō)明y軸正向與地磁場(chǎng)的水平分量方向相反，即指向南方，C正確；第3次測(cè)量時(shí)By為零，說(shuō)明y軸沿東西方向，又因Bx為正，即x軸正向指北方，則y軸正向應(yīng)指向西方，D錯(cuò)誤．預(yù)測(cè)1

[2022·浙江1月]利用如圖所示裝置探究勻強(qiáng)磁場(chǎng)中影響通電導(dǎo)線受力的因素，導(dǎo)線垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向放置．先保持導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度L不變，改變電流I的大小，然后保持電流I不變，改變導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度L，得到導(dǎo)線受到的力F分別與I和L的關(guān)系圖象，則正確的是(

)答案：B解析：根據(jù)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)的安培力表達(dá)式F＝ILB可知，在只改變電流I時(shí)，其安培力F∝I，因此F-I圖線為過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)向上傾斜的直線，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；同理，在只改變導(dǎo)線通電部分長(zhǎng)度L時(shí)，其安培力F∝L，因此F-L圖線也為過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)向上傾斜的直線，故選項(xiàng)C、D均錯(cuò)誤．

答案：C

預(yù)測(cè)3如圖甲、乙所示的電路中，兩光滑平行導(dǎo)軌之間的距離均為L(zhǎng)，在兩導(dǎo)軌之間的平面內(nèi)都有垂直導(dǎo)軌平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩金屬桿完全相同、阻值均為r，均與導(dǎo)軌接觸良好．圖甲中導(dǎo)軌的左端接有阻值為R的定值電阻，金屬桿在水平拉力的作用下以速度v水平向右做勻速運(yùn)動(dòng)；圖乙中導(dǎo)軌的左端接有內(nèi)阻不計(jì)的電源，金屬桿通過(guò)跨過(guò)定滑輪的絕緣輕繩與一重物相連，桿正以速度v水平向右做勻速運(yùn)動(dòng)，電路中的電流為I.

答案：D

考點(diǎn)二帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．注意“四點(diǎn)、六線、三角”在找?guī)缀侮P(guān)系時(shí)要尤其注意帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的“四點(diǎn)、六線、三角”．(1)四點(diǎn)：入射點(diǎn)B、出射點(diǎn)C、軌跡圓心A、入射速度直線與出射速度直線的交點(diǎn)O.(2)六線：圓弧兩端點(diǎn)所在的兩條軌跡半徑、入射速度直線OB、出射速度直線OC、入射點(diǎn)與出射點(diǎn)的連線BC、圓心與兩條速度直線交點(diǎn)的連線AO.(3)三角：速度偏轉(zhuǎn)角∠COD、圓心角∠BAC、弦切角∠OBC，其中偏轉(zhuǎn)角等于圓心角，也等于弦切角的兩倍2．三個(gè)“二級(jí)”結(jié)論(1)剛好穿出磁場(chǎng)邊界的條件是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡與邊界相切．(2)當(dāng)速率v一定時(shí)，弧長(zhǎng)(或弦長(zhǎng))越長(zhǎng)，圓心角越大，則帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)．(3)在圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡圓半徑大于區(qū)域圓半徑時(shí)，則入射點(diǎn)和出射點(diǎn)為磁場(chǎng)直徑的兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，軌跡對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角最大(所有的弦長(zhǎng)中直徑最長(zhǎng))．

答案：BC

預(yù)測(cè)4

[2022·遼寧卷](多選)粒子物理研究中使用的一種球狀探測(cè)裝置橫截面的簡(jiǎn)化模型如圖所示．內(nèi)圓區(qū)域有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，外圓是探測(cè)器．兩個(gè)粒子先后從P點(diǎn)沿徑向射入磁場(chǎng)，粒子1沿直線通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域后打在探測(cè)器上的M點(diǎn)．粒子2經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后打在探測(cè)器上的N點(diǎn)．裝置內(nèi)部為真空狀態(tài)，忽略粒子重力及粒子間相互作用力．下列說(shuō)法正確的是(

)A．粒子1可能為中子B．粒子2可能為電子C．若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，粒子1可能打在探測(cè)器上的Q點(diǎn)D．若增大粒子入射速度，粒子2可能打在探測(cè)器上的Q點(diǎn)答案：AD

答案：C

(1)某個(gè)粒子沿與x軸正方向成60°射出，它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；

(2)電流表的示數(shù)I；

(3)磁場(chǎng)上邊界有粒子射出的區(qū)域?qū)挾萪.

考點(diǎn)三帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)“三步”解決復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題例3[2022·全國(guó)甲卷]空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于紙面(xOy平面)向里，電場(chǎng)的方向沿y軸正方向．一帶正電的粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，從坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止開始運(yùn)動(dòng)．下列四幅圖中，可能正確描述該粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的是(

)答案：B解析：帶正電粒子從原點(diǎn)O由靜止釋放，在電場(chǎng)力作用下，獲得向上的速度后，由左手定則可知，會(huì)受到向左的洛倫茲力，故粒子向左側(cè)偏轉(zhuǎn)，排除A、C選項(xiàng)；當(dāng)粒子再回到x軸時(shí)，電場(chǎng)力整體做功為零，洛倫茲力始終不做功，故此時(shí)速度為零，以后會(huì)重復(fù)原來(lái)的運(yùn)動(dòng)，不可能運(yùn)動(dòng)到x軸下方，故B正確，D錯(cuò)誤．預(yù)測(cè)7[2022·廣東卷](多選)如圖所示，磁控管內(nèi)局部區(qū)域分布有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．電子從M點(diǎn)由靜止釋放，沿圖中所示軌跡依次經(jīng)過(guò)N、P兩點(diǎn)．已知M、P在同一等勢(shì)面上，下列說(shuō)法正確的有(

)A．電子從N到P，電場(chǎng)力做正功B．N點(diǎn)的電勢(shì)高于P點(diǎn)的電勢(shì)C．電子從M到N，洛倫茲力不做功D．電子在M點(diǎn)所受的合力大于在P點(diǎn)所受的合力答案：BC解析：電子從M點(diǎn)由靜止釋放，從M到N，電場(chǎng)力做正功，M、P在同一等勢(shì)面上，可知電子從N到P，電場(chǎng)力做負(fù)功，A錯(cuò)誤；根據(jù)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，可知N點(diǎn)電勢(shì)高于P點(diǎn)電勢(shì)，B正確；根據(jù)洛倫茲力方向與速度方向垂直，對(duì)帶電粒子不做功，可知電子從M到N，洛倫茲力不做功，C正確；洛倫茲力不做功，且M、P在同一等勢(shì)面上，可知電子在M點(diǎn)和P點(diǎn)速度都是零，即電子在M點(diǎn)和P點(diǎn)都是只受到電場(chǎng)力作用，所以電子在M點(diǎn)所受的合力等于在P點(diǎn)所受的合力，D錯(cuò)誤．預(yù)測(cè)8

[2022·遼寧模擬卷]在芯片制造過(guò)程中，離子注入是其中一道重要的工序．如圖所示是離子注入工作原理示意圖，離子經(jīng)加速后沿水平方向進(jìn)入速度選擇器，然后通過(guò)磁分析器，選擇出特定比荷的離子，經(jīng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后注入處在水平面內(nèi)的晶圓(硅片)．速度選擇器和磁分析器中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向均垂直紙面向外；速度選擇器和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小均為E，方向分別為豎直向上和垂直紙面向外．磁分析器截面是內(nèi)外半徑分別為R1和R2的四分之一圓環(huán)，其兩端中心位置M和N處各有一個(gè)小孔；偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中電場(chǎng)的分布區(qū)域是一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方體，其底面與晶圓所在水平面平行，間距也為L(zhǎng).當(dāng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)不加電場(chǎng)時(shí)，離子恰好豎直注入到晶圓上的O點(diǎn)．整個(gè)系統(tǒng)置于真空中，不計(jì)離子重力．

(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)加電場(chǎng)時(shí)，離子從偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)底面飛出，注入到晶圓所在水平面的位置到O點(diǎn)的距離x.

素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例情境1

(多選)如圖是回旋加速器的原理圖，由兩個(gè)半徑均為R的D形盒組成，D形盒上加周期性變化的電壓，電壓的值為U，D形盒所在平面有垂直盒面向下的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.

答案：AD

答案：BCD

情境3

[2022·全國(guó)沖刺卷]海水中含有大量的正負(fù)離子，并在某些區(qū)域具有固定的流動(dòng)方向，據(jù)此人們?cè)O(shè)計(jì)并研制“海流發(fā)電機(jī)”，可生產(chǎn)無(wú)污染的再生能源，對(duì)海洋航標(biāo)燈持續(xù)供電，其工作原理如圖所示，用絕緣防腐材料制成一個(gè)橫截面為矩形的管道，在管道上、下兩個(gè)表面裝有防腐導(dǎo)電板M，N，板長(zhǎng)為a、寬為b(未標(biāo)出)兩板間距為d，將管道沿著海水流動(dòng)方向固定于海水中，將航標(biāo)燈L與兩導(dǎo)電板M和N連接，加上垂直于管道前后面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(方向如圖)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，海水流動(dòng)方向如圖所示，海水流動(dòng)速率為v，已知海水的電阻率為ρ，航標(biāo)燈電阻為R

答案：C

離子源M能沿著x軸射出質(zhì)量為m、電荷量為－q(q>0)、速度大小不同的離子，其中速度大小為v0的離子進(jìn)入轉(zhuǎn)筒，經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后恰好沿y軸