（山東專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第11章 磁場(chǎng)課件.ppt

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1、第11章 磁場(chǎng),考點(diǎn)32磁場(chǎng)對(duì)電流的作用,考點(diǎn)31磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量,考點(diǎn)33磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用,專題10洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題,專題11 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),專題12帶電粒子在磁場(chǎng)中的臨界和多解問題,考點(diǎn)31磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量,必備知識(shí) 全面把握 核心方法 重點(diǎn)突破 方法1對(duì)BF/(IL) 的理解 方法2磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性 考法例析 成就能力 考法1磁場(chǎng)的本質(zhì)與分布 考法2磁通量的計(jì)算 考法3磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性及安培定則的應(yīng)用,必備知識(shí)全面把握,1磁場(chǎng)及地磁場(chǎng) (1)定義：磁體或電流周圍空間存在的一種特殊物質(zhì)，磁體與磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間、通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相

2、互作用，都是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的 磁場(chǎng)與電場(chǎng)一樣，都是場(chǎng)物質(zhì)，都是真實(shí)存在的 (2)磁場(chǎng)的基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的磁體、通電導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用 (3)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 永磁體周圍存在磁場(chǎng)；通電導(dǎo)體周圍存在磁場(chǎng) ； 運(yùn)動(dòng)電荷的周圍存在磁場(chǎng) (4)磁感線 定義：在磁場(chǎng)中畫一些有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都 跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，這樣的曲線稱為磁感線,電流的磁效應(yīng),常見磁場(chǎng)的磁場(chǎng)線分布： 特點(diǎn)：a.磁感線在磁體的外部是從北極 (N極)出來(lái)，進(jìn)入南極(S極)，在磁體的內(nèi) 部則是由南極回到北極，形成閉合的曲線 b磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的 磁感線密集的地方磁場(chǎng) ，稀疏的地方磁場(chǎng) c磁感線上每一點(diǎn)的切線方

3、向?yàn)樵擖c(diǎn)的 d磁感線是為了形象地描述磁場(chǎng)而假想出來(lái)的一組有方向的曲線，并不是客觀存在于磁場(chǎng)中的真實(shí)曲線 e磁感線在空間不相交、不相切、也不中斷 f沒有磁感線的地方，并不表示就沒有磁場(chǎng)存在，通過(guò)磁場(chǎng)中的任一點(diǎn)總能而且只能畫出一條磁感線,磁場(chǎng)方向,(5)地磁場(chǎng) 定義：地球是一個(gè)巨大的磁體，周圍空間存在的磁場(chǎng)叫地磁場(chǎng)地球磁極的北極在地理的南極附近，地球磁極的南極在地理的北極附近 不但地球具有磁場(chǎng)，宇宙中的其他天體也有磁場(chǎng) 特點(diǎn)：如圖所示，地球周圍的磁場(chǎng)與條形磁鐵周圍的磁場(chǎng)分布的情況相似兩極磁性最強(qiáng)，中間磁性最弱在地磁場(chǎng)北極、南極附近，磁場(chǎng)方向是豎直方向的，而在赤道附近磁場(chǎng)方向是水平的 磁偏角：地球的

4、地理兩極與地磁兩極并不完全重合，磁針并非準(zhǔn)確地指南或指北，其間有一個(gè)夾角，叫地磁偏角，簡(jiǎn)稱磁偏角,(6)幾種常見的磁場(chǎng) 安培定則：用來(lái)判定電流磁場(chǎng)方向的一種方法(也叫右手螺旋定則) 直線電流的磁場(chǎng)：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向，即磁場(chǎng)的環(huán)繞方向，如圖所示,通電螺線管的磁場(chǎng)：用右手握住螺線管，讓彎曲的 四指所指的方向跟電流的方向一致，大拇指所指的方 向就是螺線管中心軸線上的磁感線的方向(大拇指指向 螺線管北極)如圖所示 環(huán)形電流的磁場(chǎng)：可視為單匝螺線管，判定方法與 螺線管相同,(7)安培分子電流假說(shuō) 電流是由大量的自由電荷做定

5、向移動(dòng)而形成的，所以可以理解為電流周圍的磁場(chǎng)是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 分子電流假說(shuō)：法國(guó)學(xué)者安培根據(jù)條形磁鐵和通電螺線管外部磁場(chǎng)的相似提出了他的假說(shuō)，即安培分子電流假說(shuō)：在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極當(dāng)物體內(nèi)那些微小磁體，即分子電流的取向雜亂無(wú)章時(shí)，該物體周圍便沒有產(chǎn)生磁場(chǎng)；當(dāng)物體內(nèi)那些微小磁體，即分子電流的取向大致相同時(shí)，該物體周圍便產(chǎn)生了磁場(chǎng)所以磁體周圍的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣，也是因電荷的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的 安培分子電流假說(shuō)可以解釋以下磁現(xiàn)象：磁體周圍磁場(chǎng)的產(chǎn)生原因、磁化現(xiàn)象、磁體的消磁等,2磁感應(yīng)強(qiáng)度 (1)物

6、理意義：用來(lái)描述磁場(chǎng) 和 的物理量用符號(hào)B表示 (2)大?。寒?dāng)一段通電直導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)方向放置時(shí)，其所受磁場(chǎng)力F與導(dǎo)線的長(zhǎng)度L和電流I的乘積的比值即為該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，即：B . 單位：特斯拉(簡(jiǎn)稱特，用字母T表示) 方向：小磁針靜止時(shí) 極所指的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方 向 (3)矢量性：磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，其方向就是磁場(chǎng)方向，即小磁針靜止時(shí) 極所指的方向，其合成遵循 定則,F/IL,N,3磁通量 (1)定義：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通用字母表示定義式： . 在公式B/S中應(yīng)該注意B一定與S垂直，如

7、果不垂直，則S必須是垂直于B的投影面積， .式中為面積S與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的夾角，此式只適用于 單位：韋伯，簡(jiǎn)稱韋，符號(hào)為Wb. 特點(diǎn)：磁通量是標(biāo)量，有正、負(fù)之分 (2)磁通密度：垂直于磁場(chǎng)方向單位面積內(nèi)的磁通量叫磁通密度它反映了磁感應(yīng)強(qiáng)度的 ，在數(shù)值上等于 ，即,BS,核心方法重點(diǎn)突破,方法1磁場(chǎng)方向的判定 江蘇連云港2018模擬如圖所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三枚小磁針均發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確的是() Aa、b、c的N極都向紙面內(nèi)轉(zhuǎn) Bb的N極向紙面外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙面內(nèi)轉(zhuǎn) Cb、c的N極都向紙面內(nèi)轉(zhuǎn)，而a的N極向紙面外轉(zhuǎn) Db的N極向紙面內(nèi)轉(zhuǎn)，

8、而a、c的N極向紙面外轉(zhuǎn),例1,【解析】 由于圓環(huán)帶負(fù)電荷，故當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，環(huán)上等效電流的方向沿逆時(shí)針方向，由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場(chǎng)方向垂直紙面向內(nèi)，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向即是放在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)N極的指向，所以b的N極向紙面外轉(zhuǎn)，a、c的N極向紙面內(nèi)轉(zhuǎn)B正確 【答案】B,例1,方法2磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性 如圖所示，兩根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定電流；a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點(diǎn)，左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為、l和3l.關(guān)于這三點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列判斷正確的是() Aa處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的大 Bb、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等

9、 Ca、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同 Db處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,例2,【解析】 對(duì)于通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)，根據(jù)其產(chǎn)生磁場(chǎng)的特點(diǎn)及安培定則，可知兩導(dǎo)線在c處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，在b處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度等大反向，合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，B錯(cuò)誤，D正確；兩導(dǎo)線在a、c處產(chǎn)生的磁場(chǎng)都是同向疊加的，但合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，C錯(cuò)誤；由于兩導(dǎo)線中電流大小相等，a離導(dǎo)線近，a處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度比c處的大，A正確 【答案】AD,例2,方法例析成就能力,考法1磁通量的計(jì)算 江蘇物理20171，3分如圖所示，兩個(gè)單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r，圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的邊緣恰好與a線圈重合，則穿過(guò)a、b兩線圈的磁通量之比為() A

10、11 B12 C14 D41,例1,【解析】 根據(jù)磁通量的定義，當(dāng)B垂直于S時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為BS，其中S為有磁感線穿過(guò)區(qū)域的面積，所以穿過(guò)a、b兩線圈的磁通量相等，所以A正確，B、C、D錯(cuò)誤 【答案】A,例1,考法2磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性及安培定則的應(yīng)用 課標(biāo)全國(guó)201718，6分如圖，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為l.在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時(shí)，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零如果讓P中的電流反向、其他條件不變，則a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為() A0B.B0C. B0D2B0,例3,【解析】 設(shè)導(dǎo)線P

11、在a點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，由于a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，故導(dǎo)線P、Q在a點(diǎn)處產(chǎn)生的合磁感應(yīng)強(qiáng)度與B0等大反向如圖甲所示，由幾何關(guān)系得，導(dǎo)線P、Q在a點(diǎn)處產(chǎn)生的合磁感應(yīng)強(qiáng)度B02Bcos 30，方向水平向右若P中的電流反向、其他條件不變，如圖乙所示，由幾何關(guān)系得，P、Q導(dǎo)線在a點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)锽，方向豎直向上，則a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 為 ，故選項(xiàng)C正確 【答案】C,例3,考點(diǎn)32磁場(chǎng)對(duì)電流的作用,必備知識(shí) 全面把握 核心方法 重點(diǎn)突破 方法3安培力方向的判定 方法4安培力大小的計(jì)算 方法例析 成就能力 考法4通電導(dǎo)體或線圈在安培力作用下的轉(zhuǎn)動(dòng) 考法5通電導(dǎo)體在安培力作用下的綜合問題,

12、必備知識(shí)全面把握,1磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 (1)安培力的概念：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力稱為安培力 (2)安培力的大小 當(dāng)B、I、L 時(shí)，F(xiàn)BIL. 若B與I夾角為時(shí)，將B沿垂直I和平行I的方向正交分解，取垂直分量，可得F . 注意：是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與導(dǎo)線方向的夾角當(dāng)0或180，即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與導(dǎo)線方向平行時(shí)，F(xiàn) . 公式的適用條件：一般只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩兩垂直,BILsin ,0,必備知識(shí)全面把握,(3)安培力的方向 左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指 指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方

13、向,2安培力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系,(1)安培力做功的特點(diǎn)：與路徑有關(guān)這一點(diǎn)跟重力和電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)是不同的，而與 力做功相似 (2)安培力做功的實(shí)質(zhì)：把電能轉(zhuǎn)化為 ,其他形式的能,靜摩擦,核心方法重點(diǎn)突破,方法3安培力方向的判定 海南物理20168，3分(多選)如圖(a)所示，揚(yáng)聲器中有一線圈處于磁場(chǎng)中，當(dāng)音頻電流信號(hào)通過(guò)線圈時(shí)，線圈帶動(dòng)紙盆振動(dòng)，發(fā)出聲音俯視圖(b)表示處于輻射狀磁場(chǎng)中的線圈(線圈平面即紙面)，磁場(chǎng)方向如圖中箭頭所示在圖(b)中() A當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí)， 線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里 B當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí)， 線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外 C當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向

14、時(shí)， 線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里 D當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)， 線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外,例1,【解析】 把線圈看成由一小段一小段的直導(dǎo)線連接而成，當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí)，根據(jù)左手定則可知，每一小段直導(dǎo)線受到的安培力都是垂直于紙面向外的，則線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外，故A錯(cuò)誤，B正確；把線圈看成由一小段一小段的直導(dǎo)線連接而成，當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)，根據(jù)左手定則可知，每一小段直導(dǎo)線受到的安培力都是垂直于紙面向里的，則線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里，故C正確，D錯(cuò)誤 【答案】BC,例1,方法4安培力大小的計(jì)算 安徽太和一中2018模擬如圖，閉合圓環(huán)由一段粗細(xì)均勻的電阻絲構(gòu)成

15、，圓環(huán)半徑為L(zhǎng)，圓心為O，P、Q在圓環(huán)上，POQ90，圓環(huán)處在垂直于圓面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.兩根導(dǎo)線的一端分別連接P、Q兩點(diǎn)，另一端分別與直流電源正負(fù)極相連，已知圓環(huán)的電阻為4r，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為，則圓環(huán)受到的安培力的大小為(),例2,【解析】 【答案】D,例2,方法例析成就能力,考法3通電導(dǎo)體或線圈在安培力作用下平衡或運(yùn)動(dòng) 江蘇揚(yáng)州2018檢測(cè)一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方，如圖所示，如果直導(dǎo)線可以自由地運(yùn)動(dòng)且通以由a到b的電流，則關(guān)于導(dǎo)線ab受磁場(chǎng)力后的運(yùn)動(dòng)情況，下列說(shuō)法正確的是() A從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管 B從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離

16、螺線管 C從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管 D從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管,例1,【解析】 由安培定則可判定通電螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，導(dǎo)線等效為Oa、Ob兩電流元，由左手定則可判定兩電流元所受安培力的方向，Oa向紙面外，Ob向紙面里，所以從上向下看導(dǎo)線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)再用左手定則可判定導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力向下，即導(dǎo)線在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要靠近螺線管，D正確 【答案】D,例1,考法4通電導(dǎo)體在安培力作用下的綜合問題 1安培力與電路知識(shí)的綜合 課標(biāo)全國(guó)201524，12分如圖，一長(zhǎng)為10 cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T，方向垂直于

17、紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣金屬棒通過(guò)開關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12 V的電池相連，電路總電阻為2 .已知開關(guān)斷開時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量均為0.5 cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開關(guān)斷開時(shí)相比均改變了0.3 cm.重力加速度大小取10 m/s2.判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量,例2,【解析】 依題意，開關(guān)閉合后，電流方向從b到a，由左手定則可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下 開關(guān)斷開時(shí)，兩彈簧各自相對(duì)于其原長(zhǎng)伸長(zhǎng)為l10.5 cm.由胡克定律和力的平衡條件得2kl1mg 式中，m為金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加速度的大小 開關(guān)閉合后，金屬

18、棒所受安培力的大小為FIBL 式中，I是回路電流，L是金屬棒的長(zhǎng)度兩彈簧各自再伸長(zhǎng)了l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡條件得2k(l1l2)mgF 由歐姆定律有EIR 式中，E是電池的電動(dòng)勢(shì)，R是電路總電阻 聯(lián)立各式并代入題給數(shù)據(jù)得m0.01 kg 【答案】安培力的方向豎直向下0.01 kg,例2,2安培力與科技的綜合 重慶理綜20157，16分音圈電機(jī)是一種應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)等系統(tǒng)的特殊電動(dòng)機(jī)如圖是某音圈電機(jī)的原理示意圖，它由一對(duì)正對(duì)的磁極和一個(gè)正方形剛性線圈構(gòu)成，線圈邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，匝數(shù)為n，磁極正對(duì)區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于線圈平面豎直向下，大小為B，區(qū)域外的磁場(chǎng)忽略不計(jì)線圈左邊始終在磁場(chǎng)

19、外，右邊始終在磁場(chǎng)內(nèi)，前后兩邊在磁場(chǎng)內(nèi)的長(zhǎng)度始終相等某時(shí)刻線圈中電流從P流向Q，大小為I. (1)求此時(shí)線圈所受安培力的大小和方向 (2)若此時(shí)線圈水平向右運(yùn)動(dòng)的速度大小為v，求安培力的功率,例4,【解析】 (1)由對(duì)稱性可知，線圈前后兩邊受安培力等大反向，合力為零，所以線圈所受合力為右邊受的安培力，匝數(shù)為n，所以FnBIL，由左手定則可得方向水平向右 (2)由(1)得FnBIL，由PFv得安培力的功率PnBILv. 【答案】(1)nBIL，方向水平向右(2)nBILv,例4,3安培力與做功、動(dòng)能定理的綜合 云南昭通2018模擬電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，利用這種裝置可以把質(zhì)

20、量為m2.0 g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到6 km/s，若這種裝置的軌道寬為d2 m，長(zhǎng)L100 m，電流I10 A，軌道摩擦不計(jì)且金屬桿EF與軌道始終接觸良好，則下列有關(guān)軌道間所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)力的最大功率，結(jié)果正確的是() AB18 T，Pm1.08108 W BB0.6 T，Pm7.2104 W CB0.6 T，Pm3.6106 W DB18 T，Pm2.16106 W,例5,【解析】 通電金屬桿在磁場(chǎng)中受到安培力的作用而對(duì)彈體加速，由動(dòng)能定理得BIdLmvm2，解得B18 T；當(dāng)彈體的速度最大時(shí)，磁場(chǎng)力的功率也最大，即PmBIdvm，得Pm2.16106 W，故D

21、正確 【答案】D,例5,4安培力與動(dòng)量守恒定律、動(dòng)量定理的綜合 北京西城區(qū)2018模擬2012年11月，“殲15”艦載機(jī)在“遼寧號(hào)”航空母艦上著艦成功，它的阻攔技術(shù)原理是，飛機(jī)著艦時(shí)利用阻攔索的作用力使它快速停止隨著電磁技術(shù)的日趨成熟，新一代航母已準(zhǔn)備采用全新的電磁阻攔技術(shù)，它的阻攔技術(shù)原理是，飛機(jī)著艦時(shí)利用電磁作用力使它快速停止為研究問題的方便，我們將其簡(jiǎn)化為如圖所示的模型在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩根平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi)，相距為L(zhǎng)，電阻不計(jì)軌道端點(diǎn)MP間接有阻值為R的電阻一個(gè)長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m、阻值為r的金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上，與軌道接觸良

22、好質(zhì)量為M的飛機(jī)以水平速度v0迅速鉤住導(dǎo)體棒ab，鉤住之后關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng)并立即獲得共同的速度假如忽略摩擦等次要因素，飛機(jī)和導(dǎo)體棒系統(tǒng)僅在安培力作用下很快停下來(lái)求： (1)飛機(jī)鉤住導(dǎo)體棒后它們獲得的共同速度v的大小； (2)飛機(jī)在阻攔減速過(guò)程中獲得的加速度a的最大值； (3)從飛機(jī)鉤住導(dǎo)體棒到它們停下來(lái)的整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的距離x.,例5,【解析】,例6,【答案】,例6,考點(diǎn)33磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用,必備知識(shí) 全面把握 核心方法 重點(diǎn)突破 方法5帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 方法6帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 方法例析 成就能力 考法6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 考法7帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)

23、動(dòng),必備知識(shí)全面把握,1磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 (1)洛倫茲力 定義：運(yùn)動(dòng)電荷在 中受到的力稱為洛倫茲力 大?。篎 .式中，q為運(yùn)動(dòng)電荷所帶的電荷量，v為運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)速度此式只有在v垂直于B的條件下才適用；若v與B平行，則F0；若v與B成角，則可將B(v)沿v(B)方向和垂直v(B)方向正交分解，取垂直分量即可其表達(dá)式為F ，如圖所示 方向：用左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反如圖所示,磁場(chǎng),(2)洛

24、倫茲力的特點(diǎn) 由左手定則可知：F一定與B、v垂直，即一定垂直于由B和v所確定的平面因?yàn)镕一定并始終垂直于v，所以洛倫茲力對(duì)電荷 ,永遠(yuǎn)不會(huì)做功,2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)帶電粒子平行于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子做 運(yùn)動(dòng)；帶電粒子以速度v垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，若只受洛倫茲力，則帶電粒子在與B垂直的平面內(nèi)做 運(yùn)動(dòng) (1)洛倫茲力提供向心力： (2)軌跡半徑公式： (3)周期公式： 由此周期公式我們可以得到，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期跟 和 無(wú)關(guān)，只和粒子的 和 有關(guān),(4)動(dòng)能公式:,3帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法 解決帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的關(guān)鍵是畫出粒子的運(yùn)

25、動(dòng)軌跡，而畫出軌跡的關(guān)鍵在于找圓心(一“”定乾坤)只有找出了圓心，才能作出半徑輔助線，才能標(biāo)出圓心角，進(jìn)而找出隱含的幾何關(guān)系，該類試題要想順利解答，必須掌握三個(gè)基本功： (1)圓心的確定，主要有兩類 已知粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上兩點(diǎn)的速度方向，作這兩個(gè)速度方向的垂線，交點(diǎn)即為圓心，如圖甲所示 已知粒子入射點(diǎn)、入射方向及運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的一條弦，作速度方向的垂線及弦的垂直平分線，交點(diǎn)即為圓心，如圖乙所示,(2)半徑的計(jì)算：圓心確定后，尋找與半徑和已知量相關(guān)的直角三角形，利用幾何知識(shí)求解圓軌跡的半徑 (3),關(guān)鍵是找到回旋角如圖丁，在粒子運(yùn)動(dòng)的圓軌跡上任取兩點(diǎn)A、B，粒子從A經(jīng)N運(yùn)動(dòng)到B過(guò)程中回旋角為，則tAB

26、；粒子從B經(jīng)M運(yùn)動(dòng)到A過(guò)程中回旋角為2，則tBA，同時(shí)還滿足tABtBAT.以上判斷，在考題中常依據(jù)以上幾何關(guān)系計(jì)算，請(qǐng)熟練掌握,4帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性 (1)直線邊界的對(duì)稱性：從同一直線邊界射入的粒子，又從同一直線邊界射出時(shí)，速度方向與邊界的夾角相等，如圖甲 (2)圓形邊界的對(duì)稱性：粒子沿半徑方向進(jìn)入有界圓形磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，射出磁場(chǎng)時(shí)速度方向也一定沿磁場(chǎng)圓的半徑方向，如圖乙 (3)若粒子的偏轉(zhuǎn)半徑與圓形磁場(chǎng)區(qū)域半徑相等，則從圓周上同一點(diǎn)沿不同方向射入的粒子必沿平行于入射點(diǎn)的切線方向射出，如圖丙,核心方法重點(diǎn)突破,方法5帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 廣東理綜201516，4分在同一勻強(qiáng)磁

27、場(chǎng)中，粒子(24He)和質(zhì)子(11H)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若它們的動(dòng)量大小相等，則粒子和質(zhì)子() A運(yùn)動(dòng)半徑之比是21 B運(yùn)動(dòng)周期之比是21 C運(yùn)動(dòng)速度大小之比是41 D受到的洛倫茲力之比是21,例1,【解析】 【答案】B,例1,方法6帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 四川理綜20164，6分如圖所示，正六邊形abcdef區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)一帶正電的粒子從f點(diǎn)沿fd方向射入磁場(chǎng)區(qū)域，當(dāng)速度大小為vb時(shí)，從b點(diǎn)離開磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為tb，當(dāng)速度大小為vc時(shí)，從c點(diǎn)離開磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為tc，不計(jì)粒子重力則() Avbvc12，tb：tc21 Bvbvc21，tbtc12 Cv

28、bvc21，tbtc21 Dvbvc12，tbtc12,例2,【解析】 【答案】A,例2,方法例析成就能力,考法6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 課標(biāo)全國(guó)201618，6分平面OM和平面ON之間的夾角為30，其橫截面(紙面)如圖所示，平面OM上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外一帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q(q0)粒子沿紙面以大小為v的速度從OM的某點(diǎn)向左上方射入磁場(chǎng)，速度與OM成30角已知該粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡與ON只有一個(gè)交點(diǎn)，并從OM上另一點(diǎn)射出磁場(chǎng)不計(jì)重力粒子離開磁場(chǎng)的出射點(diǎn)到兩平面交線O的距離為(),例1,【解析】 【答案】D,例1,考法7帶電粒子在有界磁場(chǎng)中

29、的圓周運(yùn)動(dòng) 1圓形邊界磁場(chǎng) 課標(biāo)全國(guó)201718，6分如圖，虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，P為磁場(chǎng)邊界上的一點(diǎn)大量相同的帶電粒子以相同的速率經(jīng)過(guò)P點(diǎn)，在紙面內(nèi)沿不同方向射入磁場(chǎng)若粒子射入速率為v1，這些粒子在磁場(chǎng)邊界的出射點(diǎn)分布在六分之一圓周上；若粒子射入速率為v2，相應(yīng)的出射點(diǎn)分布在三分之一圓周上，不計(jì)重力及帶電粒子之間的相互作用，則v2v1為(),例2,【解析】 【答案】C,例2,2直線邊界磁場(chǎng) 海南物理201614，14分如圖，A、C兩點(diǎn)分別位于x軸和y軸上，OCA30，OA的長(zhǎng)度為L(zhǎng).在OCA區(qū)域內(nèi)有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，以平

30、行于y軸的方向從OA邊射入磁場(chǎng)已知粒子從某點(diǎn)射入時(shí)，恰好垂直于OC邊射出磁場(chǎng)，且粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t0.不計(jì)重力 (1)求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??； (2)若粒子先后從兩不同點(diǎn)以相同的速度射入磁場(chǎng)，恰好從OC邊上的同一點(diǎn)射出磁場(chǎng)，求該粒子這兩次在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之和； (3)若粒子從某點(diǎn)射入磁場(chǎng)后，其運(yùn)動(dòng)軌跡與AC邊相切，且在磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t0，求粒子此次入射速度的大小,例3,【解析】,例3,例3,【答案】,例3,專題10洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題,必備知識(shí) 全面把握 核心方法 重點(diǎn)突破 方法7與電、磁場(chǎng)有關(guān)的現(xiàn)代科技問題的分析方法 方法例析 成就能力 考法8帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的

31、科技應(yīng)用,必備知識(shí)全面把握,1速度選擇器 (1)用途：利用相互垂直的電場(chǎng)、磁場(chǎng)選出一定速度的帶電粒子的裝置 (2)基本構(gòu)造：如圖所示，兩平行金屬板間加電壓產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)E，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與勻強(qiáng)電場(chǎng)方向垂直 (3)原理：當(dāng)電荷量為q的粒子(重力不計(jì))以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域時(shí)，粒子受電場(chǎng)力qE和洛倫茲力qvB作用，無(wú)論粒子帶正電還是帶負(fù)電，電場(chǎng)力和洛倫茲力的方向總相反若電場(chǎng)力與洛倫茲力大小相等，即qEqvB，vE/B，粒子所受合力為零，勻速通過(guò)狹縫射出場(chǎng)區(qū)若粒子速度vv，則洛倫茲力大于電場(chǎng)力；若vv，則電場(chǎng)力大于洛倫茲力，粒子將向上或向下偏轉(zhuǎn)而不能通過(guò)狹縫. 所以通過(guò)速度選擇器選出的

32、粒子都是速度vE/B的粒子,(4)特點(diǎn)： a速度選擇器只選擇粒子的速度(大小、方向)而不選擇質(zhì)量和電荷量，如圖所示，若粒子從右側(cè)入射則不能穿過(guò)場(chǎng)區(qū) b速度選擇器B、E、v三個(gè)物理量的大小、方向互相約束，以保證粒子受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力等大、反向，如圖中只改變磁場(chǎng)B的方向，粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn),2質(zhì)譜儀 (1)用途：用來(lái)分析各種元素的同位素并測(cè)量其質(zhì)量及含量百分比的儀器 (2)基本構(gòu)造：如圖所示，主要由以下幾部分組成： a帶電粒子/注入器； b加速電場(chǎng)(U)； c速度選擇器(B1、E)； d偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(B2)； e照相底片,(3原理：,3回旋加速器 (1)用途：如圖所示兩個(gè)D形盒、大型電磁鐵、其質(zhì)量及含

33、量百分比的儀器高頻振蕩交變電壓，D形盒間可形成電壓U. (2)原理：如圖所示，主要由以下幾部分組成：利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來(lái)獲得高能粒子. a磁場(chǎng)的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)， 只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其中周期與速率和軌跡半徑無(wú)關(guān)， 使帶電粒子每次進(jìn)入D形盒中都能運(yùn)動(dòng)相等時(shí)間(半個(gè)周期)后，平行于電 場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中加速 b電場(chǎng)的作用：回旋加速器兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間可以忽略不計(jì)，因?yàn)閮蓚€(gè)D形盒之間的縫隙很小，加速效果取決于

34、加速電壓，與縫隙寬度無(wú)關(guān) c交變電壓：為了保證每次帶電粒子經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個(gè)周期與帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓,(3)回旋加速器中的五個(gè)基本問題,4磁流體發(fā)電機(jī) (1)構(gòu)造：一對(duì)平行金屬板，兩板間有強(qiáng)磁場(chǎng) (2)原理：等離子體進(jìn)入兩板之間后，在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后不同電性的離子分別打在A、B兩板上，A、B間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)，當(dāng)離子所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，A、B間電勢(shì)差保持穩(wěn)定. 根據(jù)左手定則，圖中B是發(fā)電機(jī)正極 磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為d，等離子體速度為v， 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，由qEqqvB得兩極板間能達(dá)到的穩(wěn)定電勢(shì)差U

35、Bdv.,5電磁流量計(jì) (1)構(gòu)造：如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng) (2)原理：,6霍爾效應(yīng) (1)定義：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢(shì)差，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) (2)原理：導(dǎo)體中定向移動(dòng)的電荷，在磁場(chǎng)中受到 而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使導(dǎo)體上、下面 堆積，從而出現(xiàn)電勢(shì)差 (3)相關(guān)概念：霍爾效應(yīng)中產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差或霍爾電壓霍爾電壓與電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度、長(zhǎng)方體導(dǎo)體的厚度都有關(guān)系利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件霍爾元件是一種重要的磁傳感器,核心方法重點(diǎn)突

36、破,方法7與電、磁場(chǎng)有關(guān)的現(xiàn)代科技問題的分析方法 1.速度選擇器 福建寧德2018質(zhì)檢(多選)如圖所示，接有恒定電源的兩平行金屬板M、N水平放置，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板間距為1.5L，在兩板間施加垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(未畫出)開始時(shí)開關(guān)S斷開，將一束質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從兩板左側(cè)邊界某點(diǎn)以初速度v水平射入，粒子正好垂直到達(dá)N板的右邊緣；接著閉合開關(guān)S，粒子恰能沿水平方向運(yùn)動(dòng)；若撤去磁場(chǎng)，粒子正好到達(dá)M板的右邊緣不計(jì)粒子重力，粒子每次均從同一位置射入，下列判斷正確的是(),例1,【解析】,例1,【解析】 【答案】AC,例1,2.質(zhì)譜儀 課標(biāo)全國(guó)201615，6分現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離

37、子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為() A11 B12 C121 D144,例1,【解析】 【答案】D,例1,3.回旋加速器 北京人大附中2018模擬美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，解決了粒子的加速問題現(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)設(shè)備中某型號(hào)的回旋加速器的工作原理如圖甲所示，圖乙為俯視圖回旋加速器的核心部分為兩個(gè)D形盒

38、，分別為D1、D2.D形盒裝在真空容器里，整個(gè)裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強(qiáng)大磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且與D形盒底面垂直兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)D形盒的半徑為R，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.設(shè)質(zhì)子從粒子源A處進(jìn)入加速電場(chǎng)的初速度不計(jì)質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為q.加速器接入一定頻率的高頻交變電源，加速電壓為U.加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用求： (1)質(zhì)子第一次經(jīng)過(guò)狹縫被加速后進(jìn)入D2盒時(shí)的速度大小v1和進(jìn)入D2盒后運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑r1； (2)質(zhì)子被加速后獲得的最大動(dòng)能Ekm和交變電壓的頻率f； (3)若兩D形盒狹縫之間距離為d，且dR.計(jì)算質(zhì)子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間

39、t1與在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t2，并由此說(shuō)明質(zhì)子穿過(guò)電場(chǎng)的時(shí)間可以忽略不計(jì)的原因,例1,【解析】,例1,【解析】 【答案】,例1,4.電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電液體(如污水)在管中的流量(單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管內(nèi)橫截面的流體的體積)為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道其中空部分的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的a、b、c.流量計(jì)的兩端與輸送流體的管道相連接(圖中虛線)圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直前后兩面當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I

40、表示測(cè)得的電流值已知流體的電阻率為，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為(),例1,【解析】 【答案】A,例1,5.霍爾效應(yīng) 北京海淀區(qū)2018模擬在一個(gè)很小的厚度為d的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，它就成了一個(gè)霍爾元件，如圖所示在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，則薄片中的載流子(形成電流的自由電荷)就在洛倫茲力的作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向偏移，使M、N間出現(xiàn)了電壓，稱為霍爾電壓UH.可以證明UH，k為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)下列說(shuō)法正確的是() A若M的電勢(shì)高于N的電勢(shì)，則載流子帶正電 B霍爾系數(shù)k較大的材料，其內(nèi)部單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目

41、較多 C借助霍爾元件能夠把電壓表改裝成磁強(qiáng)計(jì)(測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度) D霍爾電壓UH越大，載流子受到磁場(chǎng)的洛倫茲力越小,例1,【解析】 【答案】C,例1,專題11帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),必備知識(shí) 全面把握 核心方法 重點(diǎn)突破 方法8帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 方法9帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 方法例析 成就能力,必備知識(shí)全面把握,1復(fù)合場(chǎng) (1)復(fù)合場(chǎng)的分類 組合場(chǎng)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊，電場(chǎng)、磁場(chǎng)交替出現(xiàn) 疊加場(chǎng)：在同一區(qū)域內(nèi)，電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)共存，或其中某兩場(chǎng)共存 (2)三種場(chǎng)力的特點(diǎn) 重力的方向 ，重力做功與路徑無(wú)關(guān)，重力做的功等于 的變化量 電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)方向相同或相反

42、，電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，電場(chǎng)力做的功等于電勢(shì)能的變化量 洛倫茲力的大小與速度方向和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)，方向始終垂直于速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B共同決定的平面無(wú)論帶電粒子做什么運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力始終不做功,(3)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中常見的幾種運(yùn)動(dòng) 靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中 時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)帶電粒子所受的 與 大小相等、方向相反時(shí)，帶電粒子在 的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 分階段運(yùn)動(dòng) 帶電粒子可能依次通過(guò)幾個(gè)情況不同的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域，其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變化，由幾個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)階段組成,所受合外力為零,2帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) (1)常見模

43、型 a先在電場(chǎng)中做加速直線運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)(如圖甲、乙所示) 在電場(chǎng)中利用動(dòng)能定理或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度,b先在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)(如圖丙、丁所示) 在電場(chǎng)中利用平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度,先磁場(chǎng)后電場(chǎng) 對(duì)于粒子從磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，常見的有兩種情況： a進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)粒子速度方向與電場(chǎng)方向相同或相反； b進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)粒子速度方向與電場(chǎng)方向垂直(如圖甲、乙所示),(2)分析方法,(2)分析思路 第1步：分階段(分過(guò)程)按照時(shí)間順序和進(jìn)入不同的區(qū)域分成幾個(gè)不同的階段 第2步：受力和運(yùn)動(dòng)分析，主要涉及兩種典型運(yùn)動(dòng)，如下 第3步：用規(guī)律，如下,3帶

44、電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) (1)分析方法 弄清疊加場(chǎng)的組成進(jìn)行受力分析確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合對(duì)于粒子連續(xù)通過(guò)幾個(gè)不同區(qū)域的場(chǎng)時(shí)，要分階段進(jìn)行處理畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 a當(dāng)帶電粒子在疊加場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程求解 b當(dāng)帶電粒子在疊加場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解 c當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解 d對(duì)于臨界問題，注意挖掘隱含條件,(2)求解要點(diǎn) 受力分析是基礎(chǔ)在受力分析時(shí)是否考慮帶電粒子的重力，由題目條件決定 運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析是關(guān)鍵在運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析中應(yīng)注意帶電粒子做直線運(yùn)動(dòng)、曲線

45、運(yùn)動(dòng)及圓周運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)的條件 構(gòu)建物理模型是難點(diǎn)根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解,4“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較,核心方法重點(diǎn)突破,方法8帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 天津理綜201711，18分平面直角坐標(biāo)系xOy中，第象限存在垂直于平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示一帶負(fù)電的粒子從電場(chǎng)中的Q點(diǎn)以速度v0沿x軸正方向開始運(yùn)動(dòng)，Q點(diǎn)到y(tǒng)軸的距離為到x軸距離的2倍粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O離開電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)，最終從x軸上的P點(diǎn)射出磁場(chǎng)，P點(diǎn)到y(tǒng)軸距離與Q點(diǎn)到y(tǒng)軸距離相等不計(jì)粒子重力，問： (1)粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向； (2)電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的

46、大小之比,例1,【解析】,例1,【答案】,方法9帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1無(wú)軌道約束型 天津理綜201611，18分如圖所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E5 N/C，同時(shí)存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向與電場(chǎng)方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T有一帶正電的小球，質(zhì)量m1.0106 kg，電荷量q2106 C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)撤掉磁場(chǎng)(不考慮磁場(chǎng)消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)，取g10 m/s2.求： (1)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和方向； (2)從撤掉磁場(chǎng)到小球再次穿過(guò)P點(diǎn)所在的這條電場(chǎng)線經(jīng)歷的時(shí)間t.,例2,【解析】 【答案】(1)

47、20 m/s，與電場(chǎng)E的方向之間的夾角為60斜向上(2)3.5 s,例2,2有軌道約束型 如圖所示，空間有一垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為0.2 kg且足夠長(zhǎng)的絕緣木板靜止在光滑水平面上，在木板左端放置一質(zhì)量為0.1 kg、帶電荷量q0.2 C的滑塊，滑塊與絕緣木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，滑塊受到的最大靜摩擦力可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力現(xiàn)對(duì)木板施加方向水平向左、大小為0.6 N的恒力，g取10 m/s2，求： (1)滑塊勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t及勻加速結(jié)束時(shí)的速度v1； (2)滑塊最終的速度v2； (3)木板最終的加速度,例3,【解析】,例3,例3,例3,例3,【答案】(1)3

48、 s6 m/s(2)10 m/s(3)3 m/s2,專題12帶電粒子在磁場(chǎng)中的臨界和多解問題,必備知識(shí) 全面把握 核心方法 重點(diǎn)突破 方法10帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的臨界問 題 方法11帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的多解問題 方法例析 成就能力,必備知識(shí)全面把握,1處理帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的臨界問題的技巧 帶電粒子進(jìn)入有界磁場(chǎng)區(qū)域，其軌跡往往是一段圓弧，存在臨界和極值問題，如圖所示為常見的三種臨界模型草圖 分析臨界問題時(shí)應(yīng)注意： (1)從關(guān)鍵詞、語(yǔ)句找突破口，審題時(shí)一定要抓住題干中“恰好”“最大”“至少”“不脫離”等詞語(yǔ)，挖掘其隱藏的規(guī)律如： 剛好穿出磁場(chǎng)邊界的條件是帶電粒子在磁場(chǎng)中

49、運(yùn)動(dòng)的軌跡與邊界相切，據(jù)此可以確定速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、軌跡半徑、磁場(chǎng)區(qū)域面積等方面的極值 當(dāng)速度v一定時(shí)，弧長(zhǎng)(或弦長(zhǎng))越大，圓心角越大，則帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)(前提條件是弧是劣弧) 當(dāng)速率變化時(shí)，圓心角大的，運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),在圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡圓半徑大于磁場(chǎng)區(qū)域圓半徑時(shí)，則入射點(diǎn)和出射點(diǎn)為磁場(chǎng)直徑的兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，軌跡對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角最大(所有的弦長(zhǎng)中直徑最長(zhǎng)) (2)數(shù)學(xué)方法和物理方法的結(jié)合如利用“矢量圖”“邊界條件”等求臨界值，利用“三角函數(shù)”“不等式的性質(zhì)”“二次方程的判別式”等求極值 (3)臨界問題的一般解題模式：根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)用動(dòng)態(tài)思維，作出臨界軌跡圖；尋找?guī)缀侮P(guān)系

50、，分析臨界條件，總結(jié)臨界點(diǎn)的規(guī)律；應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)和相應(yīng)物理規(guī)律分析臨界量列出方程,2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的多解問題 (1)多解形成的原因 帶電粒子電性不確定形成多解；磁場(chǎng)方向不確定形成多解；臨界狀態(tài)不唯一形成多解；運(yùn)動(dòng)的往復(fù)性形成多解 (2)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解模型,(3)處理多解模型的解題技巧 分析題目特點(diǎn)，確定題目多解形成的原因； 作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖(全面考慮多種可能)； 若為周期性的多解問題，注意尋找通項(xiàng)式，若有出現(xiàn)幾種解的可能性，注意每種解出現(xiàn)的條件,核心方法重點(diǎn)突破,方法10帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的臨界問題 江蘇南京2018質(zhì)檢如圖所示，真空室內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁

51、場(chǎng)方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B0.60 T，磁場(chǎng)內(nèi)有一塊平面感光板ab，板面與磁場(chǎng)方向平行，在距ab為l16 cm處，有一個(gè)點(diǎn)狀的粒子放射源S，它向各個(gè)方向發(fā)射粒子，粒子的速度都是v3.0106 m/s.已知粒子的比荷5.0107 C/kg，現(xiàn)只考慮在紙面中運(yùn)動(dòng)的粒子，求ab上被粒子打中的區(qū)域的長(zhǎng)度,例1,【解析】,例1,【答案】20cm,方法11帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的多解問題 重慶理綜20149，18分如圖所示，在無(wú)限長(zhǎng)的豎直邊界NS和MT間充滿勻強(qiáng)電場(chǎng)，同時(shí)該區(qū)域上、下部分分別充滿方向垂直于NSTM平面向外和向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B和2B，KL為上下磁場(chǎng)的水平分界線，在NS和MT邊界上，距KL高h(yuǎn)處分別有P、Q兩點(diǎn)，NS和MT間距為1.8h.質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子從P點(diǎn)垂直于NS邊界射入該區(qū)域，在兩邊界之間做圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g. (1)求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向 (2)要使粒子不從NS邊界飛出，求粒子入射速度 的最小值 (3)若粒子能經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)從MT邊界飛出，求粒子入射 速度的所有可能值,例2,【解析】,例2,【答案】,謝謝觀賞,