高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题三电场与磁场第二讲磁场及带电粒子在磁场中的运动学案

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1、第二讲　磁场及带电粒子在磁场中的运动[知识建构][高考调研]1.考查方向：①结合电流周围的磁场分布特点考查磁场的性质．②结合现代科学技术考查带电粒子在磁场中的运动．③结合几何关系考查带电粒子在有界磁场中的临界问题．2.常用的思想方法：①对称思想．②等效思想．③极限思想．④放缩法．⑤平移法．⑥旋转法．　[答案]　(1)(2)(3)几种典型电流周围磁场分布考向一　磁场对通电导体的作用力[归纳提炼]　求解磁场中导体棒运动问题的思路　(多选)(2017·全国卷Ⅰ)如图，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2

2、中的相同，与L3中的相反．下列说法正确的是(　　)A．L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直B．L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直C．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶D．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为∶∶1[思路点拨]　首先判断直线电流的磁场及安培力，或者记住平行直线电流间作用规律，运用平行四边形法则，结合三角形知识解决．[解析]　同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．对L1进行受力分析，如下图所示，可知L1所受磁场力的方向与L2、L3所在的平面平行；对L3进行受力分析，如右图所

3、示，可知L3所受磁场力的方向与L1、L2所在的平面垂直．任意两根导线间的作用力的大小是相等的，若两根导线间相互作用力为F，L1、L2受到的磁场力的合力大小相同，根据平行四边形定则作出几何图形，根据几何知识可求解，经分析知B、C正确．[答案]　BC[熟练强化]1．(2017·上海卷)如图，一导体棒ab静止在U形铁芯的两臂之间．电键闭合后导体棒受到的安培力方向(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A．向上B．向下C．向左D．向右[解析]　本题考查电流的磁效应、安培力及左手定则．根据图中的电流方向，由安培定则知U形铁芯下端为N极，上端为S极，a

4、b中的电流方向由a→b，由左手定则可知导体棒受到的安培力方向向右，选项D正确．[答案]　D2．(2017·金华十校第三次联合调研)如右图所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为圆弧的圆心．两金属轨道之间的宽度为0.5m，匀强磁场方向如右图所示，磁感应强度大小为0.5T．质量为0.05kg、长为0.5m的金属细杆置于金属轨道上的M点．当在金属细杆内通以电流为2A的恒定电流时，金属细杆可以沿杆向右由静止开始运动．已知MN＝ON＝OP＝1m，g＝10m/s2，则(　　)A．金属细杆开始运动时的加速度大小为5m/s2B．金属细杆运动到P点时的速

5、度大小为5m/sC．金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10m/s2D．金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75N[解析]　金属细杆在水平方向受到安培力作用，安培力大小F安＝BIL＝0.5×2×0.5N＝0.5N，金属细杆开始运动时的加速度大小为a＝＝10m/s2，选项A错误；对金属细杆从M点到P点的运动过程，安培力做功W安＝F安·(MN＋OP)＝1J，重力做功WG＝－mg·ON＝－0.5J，由动能定理，得W安＋WG＝mv2，解得金属细杆运动到P点时的速度大小v＝2m/s，选项B错误；金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为a′＝＝

6、20m/s2，选项C错误；在P点金属细杆受到轨道水平向左的作用力FN，水平向右的安培力F安，由牛顿第二定律，得FN－F安＝，解得FN＝1.5N，每一条轨道对金属细杆的作用力大小为0.75N，由牛顿第三定律，可知金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75N，选项D正确．[答案]　D考向二　带电粒子在磁场中的运动[归纳提炼]1．带电粒子在匀强磁场中的运动(1)若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动．(2)若v⊥B，且带电粒子仅受洛伦兹力作用，则带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力

7、．由qvB＝m，可得半径R＝，则周期T＝＝.周期T与粒子运动的速度v或半径R无关．角速度ω＝＝，角速度ω只取决于粒子的比荷和磁感应强度，与粒子运动的速度v和半径R无关．动量p＝mv＝qBR，动能Ek＝mv2＝，粒子的动量和动能与磁感应强度B、轨道半径R、粒子的属性(q、m)有关．2．解决带电粒子在有界磁场中的运动问题的思路“画轨迹，定圆心，求半径”是解决带电粒子在磁场中运动问题的一般思路，其中“画轨迹”是处理临界与极值问题的核心．对于这类区域判断题，要善于进行动态分析，即首先选一个速度方向(如水平方向)，然后从速度方向的改变分析轨迹的变化，从而找

8、出角度变化时可能出现的临界值与极值或各物理量间的联系．　(2017·全国卷Ⅱ)如图，虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场，P为