专题10磁场带电粒子在磁场中的运动（讲义）（解析版）.docx

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1、专题10磁场带电粒子在磁场中的运动目录考点一磁场对通电导线的作用力问题33 .带电粒子在有界匀强磁场中的临界及极值问题154 .带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题16真题研析规律探J3核心提炼号向探究 41 .安培力作用下导体的平衡问题42 .安培力作用下导体运动情况判定的五种方法5题型特训命题预测5考向一磁场对通电导线的作用力问题5考点二 带电粒子在磁场中的运动8M谡研析规律探小5. 平移圆模型176. “旋转圆”模型177. 放缩圆模型188. “磁聚焦”与“磁发散”模型18题型特训命题预j 19考向一带电粒子在磁场中的圆周运动19考向二带电粒子在有界磁场运动的临界与极值问题20考向三

2、带电粒子在磁场中运动的多解问题22一核心提炼，向探究I31 .带电粒子在磁场中的运动规律132 .带电粒子在有界匀强磁场中的运动13考点要求考题统计磁场对通电导线的作用力问题考向一磁场对通电导线的作用力问题：2023北京高考真题（2题）、2023江苏高考真题（2题）、2022湖南高考真题、2022天津高考真题、2022浙江高考真题、2021江苏高考真题、2021广东高考真题、2022湖北高考真题、2021重庆高考真题带电粒子在磁场中的运动考向一带电粒子在磁场中的圆周运动：2023天津高考真题、2023福建高考真题、2022北京高考真题、2021湖北高考真题考向二带电粒子在有界磁场运动的临界与极

3、值问题：2023浙江高考真题、2022辽宁高考真题、2021北京高考真题、2021全国高考真题、2021海南高考真题考向三带电粒子在磁场中运动的多解问题：2023全国高考真题、2023湖北高考真题、2022湖北高考真题、2022浙江高考真题【命题规律及方法指导】1 .命题重点：本专题就是高考的热点，一是安培力结合力学的考察、二是带电粒子在磁场中运动的考察。2 .常用方法：动态放缩圆、定点旋转圆、圆平移、圆对称等几何知识、立体空间图形降维法。3 .常考题型：选择题，计算题.考情分析【命题预测】1.本专题属于热点、难点内容；4 .高考命题考察方向磁场对通电导线的作用力问题：安培力作用下的力电综合问

4、题。带电粒子在磁场中的运动：在有界磁场中的运动及临界判断、电性或磁场方向不确定带来的多解问题。r带电粒子在磁场中的运动规律,带电粒子在有界匀强磁场中的运动,带电粒子在有界匀强磁场中的临界及破值问题L带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问建平移圆修型磁场安培力!乍用下身体的平衡问题安培力作用下导体运创况判定的五种方法带电粒子在磁场中的运动破场对通最粒子在椀的作用力何砂场中的运动=放缩HT横型I磁聚焦1与”破发收横型考点一磁场对通电导线的作用力问题真题研析规律探寻1. （2022江苏高考真题）如图所示，两根固定的通电长直导线。、相互垂直，。平行于纸面，电流方向向右，b垂直于纸面，电流方向向里，则导线

5、。所受安培力方向（）Jb&rA.平行于纸面向上B.平行于纸面向下C.左半部分垂直纸面向外，右半部分垂直纸面向里D.左半部分垂直纸面向里，右半部分垂直纸面向外【考向】磁场对通电导线的作用力问题【答案】C【详解】根据安培定则，可判断出导线a左侧部分的空间磁场方向斜向右上，右侧部分的磁场方向斜向下方，根据左手定则可判断出左半部分垂直纸面向外，右半部分垂直纸面向里。故选C。2. （2022湖北高考真题）（多选）如图所示，两平行导轨在同一水平面内。一导体棒垂直放在导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数恒定。整个装置置于匀强磁场中，磁感应强度大小恒定，方向与金属棒垂直、与水平向右方向的夹角0可调。导体棒沿导轨向右

6、运动，现给导体棒通以图示方向的恒定电流，适当调整磁场方向，可以使导体棒沿导轨做匀加速运动或匀减速运动。己知导体棒加速时，加速度的最大值为3月；3减速时，加速度的最大值为6g,其中g为重力加速度大小。下列说法正确的是（）A.棒与导轨间的动摩擦因数为也6B.棒与导轨间的动摩擦因数为走3C.加速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向下，外60。D.减速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向上，仇=150。r考向】磁场对通电导线的作用力问题【答案】BC【详解】设磁场方向与水平方向夹角为01,Gl90;当导体棒加速且加速度最大时，合力向右最大，根据左手定则和受力分析可知安培力应该斜向右上方，磁场方向斜向右下方，

7、此时有Fsin G -(mg - F cos ) = mai今 CoSa=-i=、 师sna=-师根据数学知识可得刁sin(4+)=W咫+?4,则有亡(仇+。)=：/WjK1,同理磁场方向与水平方向夹角为02,2可得=30o,此时自=4=60,加速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向右下方，有6=4=6。，减速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向左上方，有6=42=120,故BC正确，AD错误。故选BCo核心提炼考向探究1 .安培力作用下导体的平衡问题1)求解安培力作用下导体平衡问题的基本思路选对象：通电导线或通电导体棒平面化分析力：变立体图为平面图，如侧视图、剖面图或俯视图等，导体棒或导线用圆圈

8、匚表示,电流方向用“X或表示，由左手定则判断安培力的方向，并画出平面受力分析图，安培力的方向尸安J_B、PJ/.如图所示：列方程：在其他力基础上多一个安培力，根据平衡条件列方程2）求解关键电磁问题力学化.立体图形平面化.2 .安培力作用下导体运动情况判定的五种方法D电流元法：分割为电流元一生必aT安培力方向一整段导体所受合力方向T运动方向2）特殊位置法：在特殊位置T安培力方向T运动方向3）等效法环形电流。小磁针条形磁铁。通电螺线管。多个环形电流4）结论法：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势5）转换研究对象法：先分析电流所受的安培力，

9、然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力4题型特训命题预测考向一磁场对通电导线的作用力问题1.（2023广东深圳校考模拟预测）（多选）如图甲所示，为特高压输电线路上使用六分裂阻尼间隔棒的情景。其简化如图乙，间隔棒将6条输电导线分别固定在一个正六边形的顶点。、b、。、d、e、/上，。为正六边形的中心，A点、8点分别为。?、Qd的中点。己知通电导线在周围形成磁场的磁感应强度与电流大小成正比，与到导线的距离成反比。6条输电导线中通有垂直纸面向外，大小相等的电流，其中。导线中的电流对方导线中电流的安培力大小为广，则（）Gb图甲图乙A.A点和B点的磁感应强度相同B.其中8导线所受安培力大小为I户

10、C.a、b、c、d、e五根导线在。点的磁感应强度方向垂直于向下D.。、b、c、d、五根导线在。点的磁感应强度方向垂直于ed向上【答案】BC【详解】A.根据对称性可知A点和B点的磁感应强度大小相等，方向不同，关于。点对称，故A错误；B.根据题意可知。、C对导线b的安培力大小广，/、d对导线力的安培力大小为玛d=的30。F=丑尸，fd3e对导线b,安培力大小为根据矢量的合成可得b导线所受安培力E=2Fsin30o+2sin600+-=故B正确；CD.根据安培定则，。、d两条导线在。点的磁感应322生度等大反向，b、-两条导线在。点的磁感应强度等大反向，。、b、。、d、C五根导线在。点的磁感应强度方

11、向与C导线在O点的磁感应强度方向相同，垂直了初向卜.，故C正确，D错误.故选C。2.（2024陕西西安校联考模拟预测）（多选）如图所示，水平绝缘桌面上有两平行导轨与一电源及导体棒MN构成的闭合回路，己知两导轨间距为L,质量为加的导体棒MN与两导轨垂直，通过导体棒的电流为/,匀强磁场的磁感应强度大小为8,方向与水平面成。角斜向上，导体棒MN静止，重力加速度大小为g,则导体棒MN受到的（）A.摩擦力大小为LBsin6B.摩擦力大小为BcoSeC.支持力大小为mg+L8sinOD.支持力大小为ig-/LBcosO【答案】AD【详解】以导体棒为研究对象，分析受力如图所示F,mg其中，导体棒和磁场垂直，

12、故导体棒受到的安培力大小户=WL对导体棒根据平衡条件知在水平方向有/=Fsin/LBsin6,在竖宜方向N+尸cos6=mg,解得支持力大小为N=mg尸cos。故选AD。考点二带电粒子在磁场中的运动真题研析规律探寻1. （2022北京高考真题）正电子是电子的反粒子，与电子质量相同、带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示。下列说法A.磁场方向垂直于纸面向里B.轨迹1对应的粒子运动速度越来越大C.轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大D.轨迹3对应的粒子是正电子【考向】带电粒子在磁场中的圆周运动【答案】A【详解】AD.根据题图

13、可知，1和3粒子绕转动方向一致，则1和3粒子为电子，2为止电子，电子带负电且顺时针转动，根据左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，A正确，D错误；B.电子在云室中运行，洛伦兹力不做功，而粒子受到云室内填充物质的阻力作用，粒子速度越来越小，B错误；C.带电粒子若仅在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律可知*3=?且,解得粒子运动的半径为一=W，根rqB据题图可知轨迹3对应的粒子运动的半径更大，速度更大，粒子运动过程中受到云室内物质的阻力的情况下，此结论也成立，C错误。故选Ao2. （2023全国高考真题）（多选）光滑刚性绝缘圆筒内存在着平行于轴的匀强磁场，筒上P点开有一个小孔，过P的横截

14、面是以O为圆心的圆，如图所示。一带电粒子从P点沿尸O射入，然后与筒壁发生碰撞。假设粒子在每次碰撞前、后瞬间，速度沿圆上碰撞点的切线方向的分量大小不变，沿法线方向的分量大小不变、方向相反；电荷量不变。不计重力。下列说法正确的是（）A,粒子的运动轨迹可能通过圆心OB.最少经2次碰撞，粒子就可能从小孔射出C.射入小孔时粒子的速度越大，在圆内运动时间越短D.每次碰撞后瞬间，粒子速度方向一定平行于碰撞点与圆心O的连线【考向】带电粒子在磁场中的多解问题【答案】BD【详解】D.假设粒广带负电，第-次从A点和筒壁发生碰撞如图，Oi为圆周运动的圆心山几何关系可知NqA。为H角，即粒子此时的速度方向为。4,说明粒子在和筒壁碰撞时速度会反向，由圆的对称性在其它点撞击同理，D正确；A.假设粒子运动过程过。点，则过P点的速度的垂线和OP连线的中垂线是平行的不能交于一点确定圆心，由圆形对称性撞击筒壁以后的A点的速度垂线和AO连线的中垂线依旧平行不能确定圆心，则粒子不可能过0点，A错误；B.由题意可知粒子