《（江苏版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《（江苏版5年高考3年模拟A版）物理总复习专题九磁场课件（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题九磁场 高考物理 江苏专用 考点一磁场 安培力 考点清单 考向基础一 磁场的描述1 磁场 1 基本特性 磁场对处于其中的磁体 电流或 运动电荷有力的作用 2 方向 小磁针的N极所受磁场力的方向 或自由小磁针静止时 N极的指向 2 磁感应强度 1 定义式 B 通电导线垂直于磁场 2 方向 小磁针静止时 N极的指向 3 磁感应强度是反映磁场性质的物理量 由磁场本身决定 是用比值法定义的 3 磁感线 1 引入 在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的 切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 2 特点 磁感线的特点与电场线的特点类似 主要区别在于磁感线是闭合的曲线 3 常见磁体的磁场 二 安培定则的
2、应用及磁场的叠加1 安培定则的应用 2 磁场的叠加磁感应强度是矢量 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 三 安培力1 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 电流的方向 这时 拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 2 注意问题 磁感线方向不一定垂直于电流方向 但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直 即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 2 安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成 角时 F ILBsin 1 当磁场与电流垂直时 安培力最大 F
3、max ILB 2 当磁场与电流平行时 安培力等于零 3 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等于连接两端点的线段的长度 相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端 如图所示 考向突破 考向一对电场与磁场的理解1 磁感应强度B与电场强度E的比较 2 磁感线与电场线的比较 例1下列说法中正确的是 A 电荷在某处不受电场力的作用 则该处电场强度为零B 一小段通电导线在某处不受磁场力作用 则该处磁感应强度一定为零C 表征电场中某点电场的强弱 是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值D 表征磁场中某点磁场的强弱 是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导
4、线长度和电流乘积的比值 解析电场和磁场有一个明显的区别是 电场对放入其中的电荷有力的作用 磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行 因此A正确 B错误 根据电场强度的定义式E 可知C正确 而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明 即B 中I和B的方向必须垂直 故D错误 答案AC 考向二磁场及安培定则的应用1 对磁感应强度的理解 1 磁感应强度由磁场本身决定 因此不能根据定义式B 认为B与F成正比 与IL成反比 2 测量磁感应强度时小段通电导线应垂直磁场放入 如果平行磁场放入 则所受安培力为零 但不能说该点的磁感应强度为零 3 磁感应强度是矢量 其方向为放入其中的小磁
5、针N极的受力方向 也是自由转动的小磁针静止时N极的指向 2 磁场的叠加磁感应强度是矢量 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 3 安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清 因 和 果 例2如图所示 a b两根垂直纸面的直导线通有等值的电流 两导线旁有一点P P点到a b距离相等 关于P点的磁场方向 以下判断正确的是 A a中电流方向指向纸外 b中电流方向指向纸里 则P点的磁场方向向右B a中电流方向指向纸外 b中电流方向指向纸里 则P点的磁场方向向左C a中电流方向指向纸里 b中电流方向指向纸外 则P点的磁场方向向右D a中电流方向指向
6、纸外 b中电流方向指向纸外 则P点的磁场方向向左 解题导引 解析若a中电流方向向纸外 b中电流方向指向纸里 根据安培定则判断可知 a在P处产生的磁场Ba方向垂直于a P连线斜向上 b在P处产生的磁场Bb方向垂直于b P连线斜向下 如图所示 根据平行四边形定则进行合成 P点的磁感应强度方向水平向右 故A正确 B错误 若a中电流方向指向纸里 b中电流方向指向纸外 则可得P点的磁感应强度方向水平向左 故C错误 若a b中电流方向均指向纸外 同理可知 P点的磁感应强度方向竖直向上 故D错误 答案A 考点二磁场对运动电荷的作用 考向基础一 洛仑兹力 洛仑兹力的方向和大小1 洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用
7、力叫洛仑兹力 2 洛仑兹力的方向 1 判定方法 左手定则掌心 磁感线垂直穿入掌心 四指 指向正电荷运动的方向或负电荷运动的 反方向 拇指 指向洛仑兹力的方向 2 方向特点 F B F v 即F垂直于B和v所决定的 平面 3 洛仑兹力的大小 1 v B时 洛仑兹力F 0 0 或180 2 v B时 洛仑兹力F qvB 90 3 v 0时 洛仑兹力F 0 4 洛仑兹力的推导如图所示 直导线长为L 电流为I 导体中自由电荷数为n 横截面积为S 电荷的电荷量为q 运动速度为v 则 所以洛仑兹力F洛 因为I NqSv N为单位体积内的自由电荷数 所以F洛 qvB 式中n NSL 故F洛 qvB 二 带电
8、粒子在匀强磁场中的运动1 若v B 带电粒子不受洛仑兹力 在匀强磁场中做匀速直线运动 2 若v B 带电粒子仅受洛仑兹力作用 在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动 安培力F BIL nF洛 3 半径和周期公式 v B 如图 带电粒子在磁场中 图a中粒子做 匀速圆周运动 图b中粒子做 匀速直线运动 图c中粒子做 匀速圆周运动 考向突破 考向一洛仑兹力与电场力的比较 例3一个带正电的小球沿光滑绝缘的桌面向右运动 速度方向垂直于一个水平向里的匀强磁场 如图所示 小球飞离桌面后落到地板上 设飞行时间为t1 水平射程为x1 着地速度为v1 撤去磁场 其余的条件不变 小球飞行时间为t2 水平射
9、程为x2 着地速度为v2 则下列论述正确的是 A x1 x2B t1 t2C v1和v2大小相等D v1和v2方向相同 解析当桌面右边存在磁场时 由左手定则可知 带正电的小球在飞行过程中受到斜向右上方的洛伦兹力作用 此力在水平方向上的分量向右 竖直分量向上 因此小球水平方向上存在加速度 竖直方向上的加速度at2 x1 x2 A B对 又因为洛伦兹力不做功 故C对 两次小球着地时速度方向不同 D错 答案ABC 考向二带电粒子做匀速圆周运动的圆心 半径及运动时间的确定 例4如图 半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面 纸面 磁感应强度大小为B 方向垂直于纸面向外 一电荷量为q q 0 质量为m
10、的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域 射入点与ab的距离为 已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60 则粒子的速率为 不计重力 A B C D 解析作出粒子运动轨迹如图中实线所示 因P到ab距离为 可知 30 因粒子速度方向改变60 可知转过的圆心角2 60 由图中几何关系有 r tan Rcos 解得r R 再由Bqv m可得v 故B正确 答案B 考点三带电粒子在复合场中的运动 考向基础一 复合场1 复合场 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 电子 质子 粒子 离子等微观粒子在复合
11、场中运动时 一般都不计重力 但质量较大的质点 如带电尘粒 在复合场中运动时 不能忽略重力 二 三种场的比较 考向突破 考向一带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的比较 思路方法 例5 2014大纲全国 25 20分 如图 在第一象限存在匀强磁场 磁感应强度方向垂直于纸面 xy平面 向外 在第四象限存在匀强电场 方向沿x轴负向 在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行 大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子 该粒子在 d 0 点沿垂直于x轴的方向进入电场 不计重力 若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为 求 1 电场强度大小与磁感应强度大小的比值 2 该粒子在电场中运动的时间 解题导引 解析 1
12、 如图 粒子进入磁场后做匀速圆周运动 设磁感应强度的大小为B 粒子质量与所带电荷量分别为m和q 圆周运动的半径为R0 由洛仑兹力公式及牛顿第二定律得 qv0B m 由题给条件和几何关系可知R0 d 设电场强度大小为E 粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax 在电场中运动的时间为t 离开电场时沿x轴负方向的速度大小为vx 由牛 顿运动定律及运动学公式得Eq max vx axt t d 由于粒子在电场中做类平抛运动 如图 有 tan 联立 式得 v0tan2 2 联立 式得t 答案 1 v0tan2 2 考向二带电粒子在叠加场中的运动1 磁场力 重力并存 1 若重力和洛仑兹力平衡 则带电体
13、做匀速直线运动 2 若重力和洛仑兹力不平衡 则带电体将做复杂的曲线运动 因洛仑兹力不做功 故机械能守恒 2 电场力 磁场力并存 不计重力 1 若电场力和洛仑兹力平衡 则带电体做匀速直线运动 2 若电场力和洛仑兹力不平衡 则带电体做复杂的曲线运动 可用动能定理求解 3 电场力 磁场力 重力并存 1 若三力平衡 带电体做匀速直线运动 2 若重力与电场力平衡 带电体做匀速圆周运动 3 若合力不为零 且重力与电场力不平衡 带电体将做复杂的曲线运动 可用能量守恒定律或动能定理求解 例6 2016天津理综 11 18分 如图所示 空间中存在着水平向右的匀强电场 电场强度大小E 5N C 同时存在着水平方向
14、的匀强磁场 其方向与电场方向垂直 磁感应强度大小B 0 5T 有一带正电的小球 质量m 1 10 6kg 电荷量q 2 10 6C 正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动 当经过P点时撤掉磁场 不考虑磁场消失引起的电磁感应现象 取g 10m s2 求 1 小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向 2 从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t 解析 1 小球匀速直线运动时受力如图 其所受的三个力在同一平面内 合力为零 有qvB 代入数据解得v 20m s 速度v的方向与电场E的方向之间的夹角 满足tan 代入数据解得tan 60 2 解法一 撤去磁场 小球在重力与电场力的合力作用
15、下做类平抛运动 设其加速度为a 有a 设撤掉磁场后小球在初速度方向上的分位移为x 有 x vt 设小球在重力与电场力的合力方向上分位移为y 有y at2 a与mg的夹角和v与E的夹角相同 均为 又tan 联立 式 代入数据解得t 2s 3 5s 解法二 撤去磁场后 由于电场力垂直于竖直方向 它对竖直方向的分运动没有影响 以P点为坐标原点 竖直向上为正方向 小球在竖直方向上做匀减 速运动 其初速度为vy vsin 若使小球再次穿过P点所在的电场线 仅需小球的竖直方向上分位移为零 则有vyt gt2 0 联立 式 代入数据解得t 2s 3 5s 答案 1 见解析 2 3 5s 考向三洛仑兹力在现代
16、技术中的应用1 质谱仪的原理和分析 1 作用测量带电粒子质量和分离同位素的仪器 2 原理 如图所示 加速电场 qU mv2 偏转磁场 qvB l 2r 由以上两式可得r m 例7现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子 其示意图如图所示 其中加速电压恒定 质子在入口处从静止开始被加速电场加速 经匀强磁场偏转后从出口离开磁场 若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速 为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场 需将磁感应强度增加到原来的12倍 此离子和质子的质量比约为 A 11B 12C 121D 144 解析设质子和离子的质量分别为m1和m2 原磁感应强度为B1 改变后的磁感应强度为B2 在加速电场中qU mv2 在磁场中qvB m 联立两式得m 故有 144 选项D正确 答案D 2 回旋加速器的原理和分析 1 加速条件 T电场 T回旋 2 磁场约束偏转 qvB 3 带电粒子的最大速度vmax rD为D形盒的半径 粒子的最大速度vmax与加速电压U无关 4 回旋加速器的解题思路 带电粒子在缝隙的电场中加速 交变电流的周期与磁场周期相等 每经过磁场一次 粒子加速一次 带电粒子
