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1、第三章磁场磁场素养整合提升素养整合提升素养脉络构建素养脉络构建磁磁场 磁磁场 核心素养提升核心素养提升一、有关安培力问题的分析与计算一、有关安培力问题的分析与计算安安培培力力是是一一种种性性质质力力，既既可可以以使使通通电电导导体体静静止止、运运动动或或转转动动，又又可可以以对对通通电电导导体体做做功功，因因此此，有有关关安安培培力力问问题题的的分分析析与与计计算算的的基基本本思思路路和和方方法法与与力力学学问问题题一一样样，先先取取研研究究对对象象进进行行受受力力分分析析，判判断断通通电电导导体体的的运运动动情情况况，然然后后根根据据题题目目中中的的条条件件由由牛牛顿顿定定律律或或动动能能定
2、定理理等等规规律律求求解解。具具体体求求解解应应从从以以下下几几个个方方面面着着手分析。手分析。1安培力的大小安培力的大小当当通通电电导导体体与与磁磁场场方方向向垂垂直直时时，FILB；当当通通电电导导体体与与磁磁场场方方向向平平行行时时，F0；当通电导体和磁场方向的夹角为；当通电导体和磁场方向的夹角为时，时，FILBsin 。2安培力的方向安培力的方向由由左左手手定定则则判判断断，安安培培力力垂垂直直于于磁磁场场的的方方向向，也也垂垂直直于于导导线线的的方方向向，即即安安培力垂直于磁场和导线所决定的平面，但磁场与导线可以不垂直。培力垂直于磁场和导线所决定的平面，但磁场与导线可以不垂直。3解决
3、安培力问题的一般步骤解决安培力问题的一般步骤先先画画出出通通电电导导线线所所在在处处的的磁磁感感线线的的方方向向，用用左左手手定定则则确确定定通通电电导导线线所所受受安安培培力力的的方方向向；根根据据受受力力分分析析确确定定通通电电导导体体所所处处的的状状态态或或运运动动过过程程；根根据据牛牛顿顿运运动定律或动能定理求解。动定律或动能定理求解。如如图图为为一一电电流流表表的的原原理理示示意意图图，质质量量为为m的的均均质质细细金金属属棒棒MN的的中中点点处处通通过过一一绝绝缘缘挂挂钩钩与与一一竖竖直直悬悬挂挂的的弹弹簧簧相相连连，弹弹簧簧劲劲度度系系数数为为k，在在矩矩形形区区域域abcd内内
4、有有匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度大大小小为为B，方方向向垂垂直直纸纸面面向向外外，与与MN的的右右端端N连连接接的的一一绝绝缘缘轻轻指指针针可可指指示示标标尺尺上上的的读读数数，MN的的长长度度大大于于ab，当当MN中中没没有有电电流流通通过过且且处处于于平平衡衡状状态态时时，MN与与矩矩形形区区域域的的cd边边重重合合，当当MN中中有有电电流流通通过过时，指针示数可表示电流强度。时，指针示数可表示电流强度。典例典例 1二、有关洛伦兹力的多解问题二、有关洛伦兹力的多解问题要要充充分分考考虑虑带带电电粒粒子子的的电电性性、磁磁场场方方向向、轨轨迹迹及及临临界界条条件件的的多多种种可可能
5、能性性，画出其运动轨迹，分阶段、分层次地求解。常见的多解问题有以下几种：画出其运动轨迹，分阶段、分层次地求解。常见的多解问题有以下几种：1带电粒子电性不确定造成多解带电粒子电性不确定造成多解受受洛洛伦伦兹兹力力作作用用的的带带电电粒粒子子，可可能能带带正正电电，也也可可能能带带负负电电，在在相相同同的的初初速速度的条件下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解。度的条件下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解。如如图图甲甲所所示示，带带电电粒粒子子以以速速率率v垂垂直直进进入入匀匀强强磁磁场场，如如带带正正电电，其其轨轨迹迹为为a，如带负电，其轨迹为，如带负电，其轨迹为b。2磁场方向不确定形
6、成多解磁场方向不确定形成多解有有些些题题目目只只告告诉诉了了磁磁感感应应强强度度大大小小，而而未未具具体体指指出出磁磁感感应应强强度度方方向向，此此时时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解。必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解。如如图图乙乙所所示示，带带正正电电粒粒子子以以速速率率v垂垂直直进进入入匀匀强强磁磁场场，如如B垂垂直直纸纸面面向向里里，其轨迹为其轨迹为a，如，如B垂直纸面向外，其轨迹为垂直纸面向外，其轨迹为b。3临界状态不唯一形成多解临界状态不唯一形成多解带带电电粒粒子子在在洛洛伦伦兹兹力力作作用用下下飞飞越越有有界界磁磁场场时时，由由于于粒粒子子运运动动轨轨迹迹是是圆
7、圆弧弧状状，因因此此，它它可可能能穿穿过过去去了了，也也可可能能转转过过180从从入入射射界界面面这这边边反反向向飞飞出出，如如图图丙丙所所示，于是形成了多解。示，于是形成了多解。4运动的往复性形成多解运动的往复性形成多解带带电电粒粒子子在在部部分分是是电电场场，部部分分是是磁磁场场的的空空间间运运动动时时，运运动动往往往往具具有有往往复复性性，从而形成多解。如图丁所示。从而形成多解。如图丁所示。长长为为L的的水水平平极极板板间间，有有垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场，如如图图所所示示，磁磁感感应应强强度度为为B，板板间间距距离离为为L，板板不不带带电电。现现在在质质量量为为m、电
8、电量量为为q的的正正电电粒粒子子(不不计计重重力力)，从从左左边边极极板板间间中中点点处处垂垂直直磁磁感感线线以以速速度度v水水平平射射入入磁磁场场，欲欲使使粒粒子子不打在极板上，可采用的方法是不打在极板上，可采用的方法是()A使粒子的速度使粒子的速度vBqL/4mC使粒子的速度使粒子的速度v5BqL/4mD使粒子的速度使粒子的速度BqL/4 /4m mv5h0.4 m的的区区域域有有磁磁感感应应强强度度也也为为B的的垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场。一一个个带带电电荷荷量量为为q的的油油滴滴从从图图中中第第三三象象限限的的P点点得得到到一一初初速速度度，恰恰好好能能沿沿PO做
9、做匀匀速速直直线线运运动动(PO与与x轴轴负负方方向向的的夹夹角角为为45)，并并从从原原点点O进进入入第第一一象象限限。已已知知重重力力加加速速度度g10 m/s2，问：，问：典例典例 3(1)油油滴滴在在第第三三象象限限运运动动时时受受到到的的重重力力、电电场场力力、洛洛伦伦兹兹力力三三力力的的大大小小之之比比，并指出油滴带何种电荷；并指出油滴带何种电荷；(2)油滴在油滴在P点得到的初速度大小；点得到的初速度大小；(3)油滴在第一象限运动的时间。油滴在第一象限运动的时间。触及高考演练触及高考演练1本本章章知知识识是是高高考考的的热热点点，主主要要考考查查磁磁场场的的基基本本概概念念、安安培
10、培力力和和洛洛伦伦兹兹力力的的判判断断和和应应用用。侧侧重重于于带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中的的匀匀速速圆圆周周运运动动、带带电电粒粒子子在在复复合合场场中运动等问题。多以选择题和综合计算题的形式出现。中运动等问题。多以选择题和综合计算题的形式出现。2带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中的的运运动动是是高高考考的的重重点点之之一一，能能综综合合考考查查重重力力、电电场场力力、磁磁场场力力的的分分析析，各各种种力力做做功功、能能量量转转化化的的关关系系，圆圆周周运运动动、动动力力学学知知识识，以以及及考考生生的的分分析析和和综综合合应应用用能能力力。覆覆盖盖考考点点较较多多，是是历历年年高高
11、考考的的一一个个命命题题热热点点，难度较大，在学习中我们要加倍努力。难度较大，在学习中我们要加倍努力。一、考题真题探析一、考题真题探析(2019全全国国卷卷，24)如如图图，在在直直角角三三角角形形OPN区区域域内内存存在在匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度大大小小为为B、方方向向垂垂直直于于纸纸面面向向外外。一一带带正正电电的的粒粒子子从从静静止止开开始始经经电电压压U加加速速后后，沿沿平平行行于于x轴轴的的方方向向射射入入磁磁场场；一一段段时时间间后后，该该粒粒子子在在OP边边上上某某点点以以垂垂直直于于x轴轴的的方方向向射射出出。已已知知O点点为为坐坐标标原原点点，N点点在在y轴轴上
12、上，OP与与x轴轴的的夹夹角角为为30，粒粒子子进进入入磁磁场场的的入入射射点点与与离离开开磁磁场场的的出出射射点点之之间间的的距距离离为为d，不不计计重重力。求：力。求：(1)带电粒子的比荷；带电粒子的比荷；(2)带电粒子从射入磁场到运动至带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间。轴的时间。例题例题 1二、临场真题练兵二、临场真题练兵1(2019全全国国卷卷，17)如如图图，等等边边三三角角形形线线框框LMN由由三三根根相相同同的的导导体体棒棒连连接接而而成成，固固定定于于匀匀强强磁磁场场中中，线线框框平平面面与与磁磁感感应应强强度度方方向向垂垂直直，线线框框顶顶点点M、N与与直直流流电电源源两
13、两端端相相接接。已已知知导导体体棒棒MN受受到到的的安安培培力力大大小小为为F，则则线线框框LMN受受到到的安培力的大小为的安培力的大小为()A2FB1.5FC0.5FD0B B B C 5(2018全全国国卷卷，24)如如图图，从从离离子子源源产产生生的的甲甲、乙乙两两种种离离子子，由由静静止止经经加加速速电电压压U加加速速后后在在纸纸面面内内水水平平向向右右运运动动，自自M点点垂垂直直于于磁磁场场边边界界射射入入匀匀强强磁磁场场，磁磁场场方方向向垂垂直直于于纸纸面面向向里里，磁磁场场左左边边界界竖竖直直。已已知知甲甲种种离离子子射射入入磁磁场场的的速速度度大大小小为为v1，并并在在磁磁场场边边界界的的N点点射射出出；乙乙种种离离子子在在MN的的中中点点射射出出；MN长长为为l。不不计重力影响和离子间的相互作用。求：计重力影响和离子间的相互作用。求：(1)磁场的磁感应强度大小；磁场的磁感应强度大小；(2)甲、乙两种离子的比荷之比。甲、乙两种离子的比荷之比。
