《（浙江版5年高考3年模拟A版）物理总复习专题九磁场课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（浙江版5年高考3年模拟A版）物理总复习专题九磁场课件（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题九 磁场 高考物理 浙江专用 考点一 磁场 安培力 考向基础 一 磁场的描述 1 磁场 磁体与磁体之间 磁体与通电导体之间 以及通电导体与通电导体之间 的相互作用 都是通过 磁场 发生的 考点清单单 3 磁感线 在磁场中画出一系列曲线 使曲线上每一点的 切线方向 都跟这点的磁感应强度方向一致 2 磁感应强度 4 磁通量 磁感应强度B与垂直磁场方向某平面的面积S的乘积叫做 穿过这个平面的磁通量 即 B S 单位 韦伯 Wb 磁通量的另一种表 述为 穿过某一截面的 磁感线条数 二 几种常见的磁场 1 常见磁体的磁场 2 常见电流的磁场 通电直导线通电螺线管环形电流 安培 定则 立体 图 横截
2、面图 三 安培力 1 磁场对电流的作用力叫做安培力 一根长为L的直导线 当导线垂直 于磁场放置 通过电流I时 安培力的大小可以表示为F BIL 当 导线平行于磁场放置时安培力为零 2 公式的适用条件 一般只适用于 匀强磁场 3 安培力的方向 用左手定则判定 总是跟磁场 垂直 跟电流的方 向 垂直 即安培力总是垂直于导线和磁感线所在的平面 考向突破 考向一 几种常见的磁场 电流的磁场 1 电流的磁场有强有弱 其磁感应强度大小与电流的大小有关 一定条 件下 电流越大 电流的磁场就越强 2 电流的磁场具有方向 其磁场方向可用安培定则进行判断 即用右手 握住导线 导体或电流 使大拇指的指向为电流的流向
3、 电流从正极到负 极 大拇指指向负极 此时四指环绕的方向就是磁场的方向 3 磁场的叠加 磁感应强度为矢量 合成与分解遵循平行四边形定则 例1 2018浙江4月选考 12 3分 在城市建设施工中 经常需要确定地下 金属管线的位置 如图所示 有一种探测方法是 首先给金属长直管线 通上电流 再用可以测量磁场强弱 方向的仪器进行以下操作 用测 量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁场最强的某点 记为a 在a 点附近的地面上 找到与a点磁感应强度相同的若干点 将这些点连成直 线EF 在地面上过a点垂直于EF的直线上 找到磁场方向与地面夹角为 45 的b c两点 测得b c两点距离为L 由此可确定金属管线
4、A 平行于EF 深度为 B 平行于EF 深度为L C 垂直于EF 深度为 D 垂直于EF 深度为L 解析 根据题意作出垂直于导线方向的某一截面图 如图所示 点a为水 平地面距离管线最近的点即磁场最强的点 同一水平地面相距L的b c 两点磁场方向与地面夹角为45 由几何关系可得a点距管线距离即管线 深度 为L 2 与a点磁感应强度相同的点与管线等距 其连线EF应过a点 垂直纸面与管线平行 故选项A正确 答案 A 例2 2017课标 18 6分 如图 在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中 两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置 两者之间的距离为l 在两导线 中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时 纸面内与
5、两导线距离均为l的 a点处的磁感应强度为零 如果让P中的电流反向 其他条件不变 则a 点处磁感应强度的大小为 A 0 B B0 C B0 D 2B0 解析 本题考查磁感应强度的矢量性和安培定则 两导线中通电流I 时 两电流在a点处的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度的矢量和为 0 则两电流磁感应强度的矢量和为 B0 如图甲得B B0 P中电流反向 后 如图乙 B合 B B0 B合与B0的矢量和为B总 B0 故C项正确 甲 乙 答案 C 考向二 通电导线在磁场中受到的力 1 通电导线在安培力作用下的平衡问题 1 通电导线在磁场中受到的安培力 a 方向 根据左手定则判断 b 大小 F BIL sin
6、 其中 为B与I之间的夹角 若磁场和电流垂直 F BIL 若磁场和电流平行 F 0 其中的L为导线在磁场中的有效长度 如 弯曲通电导线的有效长度L等于连接两端点的直线的长度 相应的电流 方向沿两端点连线由始端流向末端 如图所示 2 求解安培力作用下通电导线的平衡问题的基本思路 3 求解关键 a 电磁问题力学化 b 立体图形平面化 例3 2018浙江诸暨中学阶段性考试 如图所示 一质量为m的导体棒 MN两端分别放在固定的光滑圆形导轨上 两导轨平行且间距为L 导轨 处在竖直向上的匀强磁场中 当导体棒中通一自右向左 大小为I的 电流时 导体棒静止在与竖直方向成37 角的位置上 sin 37 0 6
7、重力加 速度为g 求 1 匀强磁场的磁感应强度大小 2 每个圆形导轨对导体棒的支持力大小 解析 1 从右向左看 受力分析如图所示 由受力平衡得 BIL mg tan 37 解得 B 2 两导轨对棒的支持力为2FN 根据平衡条件有 2FN cos 37 mg 0 解得 FN mg 答案 1 2 试题分析 导体棒受重力 支持力和安培力 根据平衡条件 解出安培 力 最后求出磁场的磁感应强度 同理 根据平衡条件 结合合成法得到支 持力 最后得到每个圆导轨对导体棒的支持力大小 2 磁电式电流表 1 磁电式电流表的构造 如图所示 磁电式电流表由刻度盘 指针 蹄 形磁铁 极靴 软铁制成 螺旋弹簧 线圈 圆柱
8、形铁芯 软铁制成 组成 最基本的是磁铁和线圈 铁芯 线圈和指针是一个整体 可以转 动 电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的 所谓均匀辐 向分布 就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心 不管线圈处于 什么位置 线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度 2 磁电式电流表的工作原理 a 当电流通过线圈时 线圈上跟轴平行的两边都要受到安培力 线圈发生 转动 b 线圈转动 螺旋弹簧扭转 反抗线圈转动 c 当安培力产生的转动与螺旋弹簧扭转形变产生的阻碍达到平衡时 线 圈停止转动 d 电流越大 安培力越大 扭转角度越大 反抗力越大 从偏转角度就能 判断电流大小 从偏转方向就能判断电流方向 3 磁电式电流
9、表的特点 a 表盘的刻度均匀 I b 灵敏度高 但过载能力差 容易烧坏 c 满偏电流Ig 内阻Rg反映了电流表的最主要特性 例4 如图甲 是磁电式电流表的结构 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀 辐向分布的 线圈中a b两条导线长均为l 通以图乙所示方向的电流I 两条导线所在处的磁感应强度大小均为B 则 甲 乙 A 该磁场是匀强磁场 B 线圈平面总与磁场方向垂直 C 线圈将沿逆时针方向转动 D a b导线受到的安培力大小总为IlB 解析 该磁场明显不是匀强磁场 匀强磁场的磁感线应该是一系列平行 的磁感线 方向相同 疏密相同 故A错误 由图可知 线圈平面总与磁场 方向平行 故B错误 由左手定则可知 a
10、受到的安培力向上 b受到的安 培力向下 故线圈顺时针旋转 故C错误 a b导线运动方向始终与磁感 线垂直 故受到的安培力大小总为IlB 故D正确 答案 D 点拨 抓住磁感线的特征 明确 线圈平面 是哪个平面 考点二 洛伦兹力 带电粒子在匀强磁场中的运动 考向基础 一 洛伦兹力的推导和特点 1 推导 如图所示 直导线长为L 电流为I 导体中运动电荷数为n 横截面积为S 电 荷的电荷量为q 运动速度为v 则 安培力F BIL nF洛 所以洛伦兹力F洛 因为I NqSv N为单位体积内的电荷数 所以F洛 qvB 式中n NSL 故F洛 qvB 2 特点 洛伦兹力与电荷速度互相影响 洛伦兹力的大小和方
11、向取决于 速度 反过来力又按照牛顿运动定律来决定速度的变化 分析有关洛伦 兹力的问题时须注意力与速度间的关系 大小v B时 F洛 0 v B时 F洛 Bqv 方向方向 判定 左手定则 注意四指指向 正电荷 运动方向或负电荷运 动反方向 方向特点F B F v v B匀速直线运动 v B 匀速圆周运动 半径 R 周期 T 做功洛伦兹力永不做功 只能改变v的方向 不能改变v的大小 二 匀强磁场中的带电粒子 不考虑重力 三 复合场 1 叠加场 电场 磁场 重力场共存 或其中某两种场共存 2 组合场 电场与磁场各位于一定的区域内 并不重叠或在同一区域 电 场 磁场交替出现 3 三种场的比较 力的特点功
12、和能的特点 重力场大小 G mg方向 竖直 向下 重力做功与路径无关重力做功改变物体的重力势能 静电场大小 F qE方向 与正 电荷受力方向一致 电场力做功与路径无关W qU 电场力做功改变电荷的电势能 磁场洛伦兹力F qvB 方向 遵循左手定则 洛伦兹力不做功 不改变带电粒子的速度大小 考向突破 考向 带电粒子在匀强磁场中的运动 1 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 带电粒子做匀速圆周运动的圆心 半径和运动时间的确定 基本思路图例说明 圆心的 确定 a 与速度方向垂直的直线过 圆心 b 弦的垂直平分线过圆心 P M点速度垂线的交点 P点速度垂线与弦的垂直平分线 的交点 半径的 确定 利用平
13、面几何知识求半径 常用解三角形法 例 左图 R 或由R2 L2 R d 2求得R 运动时间 的确定 利用轨迹对应圆心角 或轨 迹长度L求时间 t T t 1 速度的偏转角 等于 所对的圆心角 2 偏转角 与弦切角 的关系 180 时 360 2 例5 2017浙江宁波效实中学期中 半径为r的圆形空间内 存在着垂直 于纸面向里的匀强磁场 一个带电粒子 不计重力 从A点以速度v0垂直于 磁场方向射入磁场中 并从B点射出 AOB 120 如图所示 则该带电粒 子在磁场中运动的时间为 A B C D 解析 由图可知 粒子转过的圆心角为60 R r 转过的弧长为l 2 R r 则运动时间t 故D正确 答
14、案 D 试题分析 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动 由几何关系可求出圆心角 和半径 则可求得粒子转过的弧长 由线速度的定义可求得运动的时间 试题分析 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动 由几何关系可求出圆心角 和半径 则可求得粒子转过的弧长 由线速度的定义可求得运动的时间 2 带电粒子在有界磁场中运动的常见情形 种类图形特点 直线边界 进出磁场具有对称性 平行边界 存在临界条件 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 2 带电粒子在有界磁场中运动的常见情形 例6 2018浙江东阳中学期中 多选 如图所示 以O为圆心 MN为直径 的圆的左半部分内有垂直纸面向里的匀强磁场 三个不计重力 质量相 同 带电荷量相
15、同的带正电粒子a b和c以相同的速率分别沿aO bO 和cO方向垂直于磁场射入磁场区域 已知bO垂直于MN aO cO和bO的 夹角都为30 a b c三个粒子从射入磁场到射出磁场所用时间分别为 ta tb tc 则下列给出的时间关系可能正确的是 A tatb tc C ta tb tc D ta tb tc 解析 粒子的质量和带电荷量相同 则粒子在磁场中运动的周期相同 在磁场中运动的时间t T 故粒子在磁场中运动对应的圆心角越大 运 动时间越长 若粒子的运动半径r和圆形区域半径R满足r R 则如图甲所示 taR时 粒子a对应的圆心角最小 c对应的圆心角最大 ta tb tc 当r R时 轨迹
16、如图乙所示 ta tb tc 当 R r R时 ta0 霍尔片的放大图如图2 所示 它由长 宽 厚 a b d 单位体积内自由电子数为n的N型半导体 制成 磁场方向垂直于x轴向上 磁感应强度大小为B B0 1 x 0 无压力波输入时 霍尔片静止在x 0处 此时给霍尔片通以沿C1 C2方向 的电流I 则在侧面上D1 D2两点间产生霍尔电压U0 1 指出D1 D2两点哪点电势高 2 推导出U0与I B0之间的关系式 提示 电流I与自由电子定向移动速率v 之间关系为I nevbd 其中e为电子电荷量 3 弹性盒中输入压力波p t 霍尔片中通以相同电流 测得霍尔电压UH随 时间t变化图像如图3 忽略霍尔片在磁场中运动产生的电动势和阻尼 求压力波的振幅和频率 结果用U0 U1 t0 及 表示 图1 图2 图3 解析 1 N型半导体中可以自由移动的是电子 根据左手定则可以知道 电子往D2端移动 因此D1点电势高 2 根据霍尔元件内部电子所受的洛伦兹力和电场力平衡得 evB0 e 将v 代入解得 U0 3 由任意时刻霍尔元件内部电子所受的洛伦兹力和电场力平衡得 evB e 则UH t 1 x 1 p
