高考物理二輪專題突破 專題十磁場

主干知識整合主干知識整合一、三種場力的綜合比較一、三種場力的綜合比較場力場力比較項目比較項目電場力電場力洛倫茲力洛倫茲力重力重力力的大小力的大小FEq 與 電 荷與 電 荷的 運 動 情的 運 動 情況 無 關 ，況 無 關 ，在 勻 強 電在 勻 強 電場 中 為 恒場 中 為 恒力力與速度大小和方向有與速度大小和方向有關，電荷靜止或速度方關，電荷靜止或速度方向與磁場方向平行時不向與磁場方向平行時不受洛倫茲力受洛倫茲力電荷運動方向與磁場電荷運動方向與磁場方向垂直時洛倫茲力最方向垂直時洛倫茲力最大，大，fqBvGmg與物體的運與物體的運動狀態(tài)無關，動狀態(tài)無關，在地球表面附在地球表面附近可以看成一近可以看成一個恒力個恒力場力場力比較項目比較項目電場力電場力洛倫茲力洛倫茲力重力重力力的方向力的方向正電荷受到正電荷受到電場力方向與電場力方向與E方向相同方向相同負電荷受到負電荷受到電場力方向與電場力方向與E方向相反方向相反F與與E方向方向互相平行互相平行洛倫茲力方向垂直洛倫茲力方向垂直于磁場方向和速度方于磁場方向和速度方向所確定的平面向所確定的平面用左手定則確定洛用左手定則確定洛倫茲力的方向，應注倫茲力的方向，應注意電荷的正負意電荷的正負方向總是豎方向總是豎直向下直向下與重力加速與重力加速度方向相同度方向相同場力場力比較項目比較項目電場力電場力洛倫茲力洛倫茲力重力重力作用效果作用效果可以改變速度的大可以改變速度的大小和方向小和方向只能改變速度只能改變速度的方向，而不的方向，而不能改變速度的能改變速度的大小大小可以改變速度的可以改變速度的大小和方向大小和方向場力場力比較項目比較項目電場力電場力洛倫茲力洛倫茲力重力重力做功特點做功特點做多少功與路徑無做多少功與路徑無關，而與初末位置關，而與初末位置之 間 的 電 勢 差 有之 間 的 電 勢 差 有關電場力做正功，關電場力做正功，電勢能減少；電場電勢能減少；電場力做負功，電勢能力做負功，電勢能增加增加洛倫茲力對電洛倫茲力對電荷不做功，因荷不做功，因為洛倫茲力方為洛倫茲力方向總是和速度向總是和速度方向垂直方向垂直做多少功與路徑做多少功與路徑無關，而與初末無關，而與初末位置之間的高度位置之間的高度差有關重力做差有關重力做正功，重力勢能正功，重力勢能減少；重力做負減少；重力做負功，重力勢能增功，重力勢能增加加二、安培力與洛倫茲力的對比二、安培力與洛倫茲力的對比比較項目比較項目安培力安培力洛倫茲力洛倫茲力作用對象作用對象 通電導體通電導體(電流電流)運動電荷運動電荷力的大小力的大小I和和B垂直時最大：垂直時最大：F安安Bil；I和和B平行時最小：平行時最?。篎安安0v和和B垂直時最大：垂直時最大：F洛洛qvB；v和和B平行時最小：平行時最?。篎洛洛0力的方向力的方向左手定則：左手定則：F安安與與I垂直，垂直，與與B垂直，垂直，F(xiàn)安安總垂直于總垂直于I與與B確定的平面確定的平面左手定則：左手定則：F洛洛與與v垂直，垂直，與與B垂直，垂直，F(xiàn)洛洛總垂直于總垂直于v與與B確定的平面確定的平面做功情況做功情況安培力做功，將電能轉化安培力做功，將電能轉化為其他能；克服安培力做為其他能；克服安培力做功，將其他能轉化為電能功，將其他能轉化為電能洛倫茲力對運動電荷不做洛倫茲力對運動電荷不做功功比較項目比較項目安培力安培力洛倫茲力洛倫茲力作用效果作用效果 改變導體棒的運動狀態(tài)改變導體棒的運動狀態(tài)只改變電荷的速度方向，只改變電荷的速度方向，不改變速度大小不改變速度大小聯(lián)系聯(lián)系安培力實際上是在導線中定向運動的電荷所受到的安培力實際上是在導線中定向運動的電荷所受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲力的方向和安培力的方向均用左手定則判斷洛倫茲力的方向和安培力的方向均用左手定則判斷三、帶電粒子在電場和磁場中運動的比較三、帶電粒子在電場和磁場中運動的比較運動形式運動形式比較項目比較項目帶電粒子在勻帶電粒子在勻強電場中加速強電場中加速(v0與電場線與電場線平行或為零平行或為零)帶電粒子在帶電粒子在勻強電場中勻強電場中偏轉偏轉(v0E)帶 電 粒 子 在帶 電 粒 子 在勻 強 磁 場 中勻 強 磁 場 中勻速運動勻速運動(v0與 磁 感 線 平與 磁 感 線 平行行)帶電粒子在帶電粒子在勻強磁場中勻強磁場中偏轉偏轉(v0與磁與磁感線垂直感線垂直)受力特點受力特點受到恒定的電場力；電場受到恒定的電場力；電場力做功力做功不 受 磁 場 力不 受 磁 場 力作用作用受磁場力作受磁場力作用；但磁場用；但磁場力不做功力不做功運動特征運動特征勻變速直線運勻變速直線運動動類平拋運動類平拋運動勻 速 直 線 運勻 速 直 線 運動動勻速圓周運勻速圓周運動動運 動 形運 動 形式式比 較 項比 較 項目目帶 電 粒 子帶 電 粒 子在 勻 強 電在 勻 強 電場 中 加 速場 中 加 速(v0與電場與電場線 平 行 或線 平 行 或為零為零)帶 電 粒 子帶 電 粒 子在 勻 強 電在 勻 強 電場 中 偏 轉場 中 偏 轉(v0E)帶 電 粒 子帶 電 粒 子在 勻 強 磁在 勻 強 磁場 中 勻 速場 中 勻 速運動運動(v0與與磁 感 線 平磁 感 線 平行行)帶電粒子在帶電粒子在勻強磁場中勻強磁場中偏轉偏轉(v0與磁與磁感線垂直感線垂直)研 究 方研 究 方法法牛 頓 運 動牛 頓 運 動定 律 、 勻定 律 、 勻變 速 運 動變 速 運 動規(guī)律規(guī)律牛 頓 運 動牛 頓 運 動定 律 、 勻定 律 、 勻變 速 運 動變 速 運 動公 式 、 正公 式 、 正交分解法交分解法勻 速 直 線勻 速 直 線運動公式運動公式牛頓運動定牛頓運動定律、向心力律、向心力公式、圓的公式、圓的幾何知識幾何知識運動形式運動形式比較項目比較項目帶電粒子在勻帶電粒子在勻強電場中加速強電場中加速(v0與電場線平與電場線平行或為零行或為零)帶電粒子在帶電粒子在勻強電場中勻強電場中偏轉偏轉(v0E)帶電粒子在帶電粒子在勻強磁場中勻強磁場中勻速運動勻速運動(v0與磁感線平與磁感線平行行)帶電粒子在帶電粒子在勻強磁場中勻強磁場中偏轉偏轉(v0與磁與磁感線垂直感線垂直)運動情景運動情景四、帶電粒子四、帶電粒子(質點質點)在復合場或組合場中的運動在復合場或組合場中的運動1帶電質點帶電質點(考慮重力考慮重力)在復合場中的運動在復合場中的運動(1)復合場指重力場、電場和磁場三者或其中任意兩者共復合場指重力場、電場和磁場三者或其中任意兩者共存于同一區(qū)域的場；組合場指電場與磁場同時存在，但不重疊存于同一區(qū)域的場；組合場指電場與磁場同時存在，但不重疊出現(xiàn)在同一區(qū)域的情況帶電質點在復合場或組合場中的運動出現(xiàn)在同一區(qū)域的情況帶電質點在復合場或組合場中的運動(包括平衡包括平衡)說到底仍然是一個力學問題，只要掌握好不同的場說到底仍然是一個力學問題，只要掌握好不同的場對帶電體作用力的特點，從分析帶電體的受力情況和運動情況對帶電體作用力的特點，從分析帶電體的受力情況和運動情況著手，充分發(fā)掘隱含條件，建立清晰的物理情景，最終把物理著手，充分發(fā)掘隱含條件，建立清晰的物理情景，最終把物理模型轉化成數學表達式，即可求解模型轉化成數學表達式，即可求解(2)解決復合場或組合場中帶電質點運動的問題可從以下兩解決復合場或組合場中帶電質點運動的問題可從以下兩個方面入手：動力學觀點個方面入手：動力學觀點(牛頓運動定律和運動學方程牛頓運動定律和運動學方程)；能；能量觀點量觀點(動能定理和機械能守恒定律或能量守恒定律動能定理和機械能守恒定律或能量守恒定律)2帶電粒子帶電粒子(不計重力不計重力)在復合場中的運動在復合場中的運動(1)帶電粒子在復合場中只受電場力和洛倫茲力的作用，電帶電粒子在復合場中只受電場力和洛倫茲力的作用，電場力的方向由電性和電場方向共同決定，洛倫茲力方向要用左場力的方向由電性和電場方向共同決定，洛倫茲力方向要用左手定則準確判斷手定則準確判斷(2)帶電粒子與在組合場中的運動問題，往往帶電粒子與在組合場中的運動問題，往往是由粒子在電場和磁場中的兩個運動是由粒子在電場和磁場中的兩個運動“連接連接”而成，因此對粒而成，因此對粒子經過連接點的速度大小和方向的分析是銜接兩個運動的關鍵，子經過連接點的速度大小和方向的分析是銜接兩個運動的關鍵，一般是解題的突破口一般是解題的突破口(3)“對稱性對稱性”是帶電粒子在復合場中運動是帶電粒子在復合場中運動問題經常呈現(xiàn)的一個特點，成為解題的另一突破口問題經常呈現(xiàn)的一個特點，成為解題的另一突破口要點熱點探究要點熱點探究 探究點一磁場對通電導線的作用力探究點一磁場對通電導線的作用力例例1 120112011課標全國卷課標全國卷 電磁軌道炮工作原理如圖電磁軌道炮工作原理如圖3101所示待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動，并與所示待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸電流軌道保持良好接觸電流I從一條軌道流入，通過導電彈體后從一條軌道流入，通過導電彈體后從另一條軌道流回軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的從另一條軌道流回軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場磁場(可視為勻強磁場可視為勻強磁場)，磁感應強度的大小與，磁感應強度的大小與I成正比通電的成正比通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出現(xiàn)欲使彈體的出彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是倍，理論上可采用的辦法是()A只將軌道長度只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼淖優(yōu)樵瓉淼?倍倍B只將電流只將電流I增加至原來的增加至原來的2倍倍C只將彈體質量減至原來的一半只將彈體質量減至原來的一半D將彈體質量減至原來的一半，軌道長度將彈體質量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼淖優(yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變倍，其他量不變【點評】【點評】 本題以近代科技在國防中的應用為背景考查通本題以近代科技在國防中的應用為背景考查通電導體在磁場中的運動問題，可應用動能定理分析電磁炮射出電導體在磁場中的運動問題，可應用動能定理分析電磁炮射出時的速度與電流、質量及軌道長度的關系，明確磁感應強度隨時的速度與電流、質量及軌道長度的關系，明確磁感應強度隨電流的變化關系是解題的關鍵電流的變化關系是解題的關鍵 探究點二帶電粒子在磁場中的運動探究點二帶電粒子在磁場中的運動專題十專題十 要點熱點探究要點熱點探究(1)速度大??；速度大??；(2)速度方向與速度方向與y軸正方向夾角的正弦軸正方向夾角的正弦【高考命題者說】【高考命題者說】 本題考查考生運用帶電粒子在磁場中運本題考查考生運用帶電粒子在磁場中運動的規(guī)律綜合分析解決問題的能力解決問題的關鍵是要找到動的規(guī)律綜合分析解決問題的能力解決問題的關鍵是要找到最后離開磁場的粒子也是在磁場中運動時間最長的粒子的運動最后離開磁場的粒子也是在磁場中運動時間最長的粒子的運動軌跡試題中軌跡試題中“從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經歷的時間恰從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經歷的時間恰好為粒子在磁場中做圓周運動周期的四分之一好為粒子在磁場中做圓周運動周期的四分之一”的敘述給出了的敘述給出了在磁場中運動時間最長的粒子的運動時間經過分析，粒子運在磁場中運動時間最長的粒子的運動時間經過分析，粒子運動的半徑滿足題給的條件且是四分之一圓弧的軌跡只能是與磁動的半徑滿足題給的條件且是四分之一圓弧的軌跡只能是與磁場的上邊界相切的一段圓弧畫出其運動軌跡，就可以利用圖場的上邊界相切的一段圓弧畫出其運動軌跡，就可以利用圖中的幾何關系求解中的幾何關系求解本題對考生的分析能力要求較高試題抽樣統(tǒng)計難度為本題對考生的分析能力要求較高試題抽樣統(tǒng)計難度為0.134，區(qū)分度為，區(qū)分度為0.603.有有41%的考生得的考生得0分，分，41%的考生得的考生得4分，分，5%的考生得的考生得6分分(引自教育部考試中心引自教育部考試中心2011課程標準實驗高考理科試題分課程標準實驗高考理科試題分析第析第158頁頁) 探究點三帶電粒子在復合場中的運動問題探究點三帶電粒子在復合場中的運動問題1復合場是指在空間某一區(qū)域內同時存在著重力場、復合場是指在空間某一區(qū)域內同時存在著重力場、電場、磁場中的兩種場或三種場的情況，常見的復合場有電電場、磁場中的兩種場或三種場的情況，常見的復合場有電場與重力場、磁場與電場、磁場與電場及重力場等場與重力場、磁場與電場、磁場與電場及重力場等2帶電粒子在復合場中常見的運動形式帶電粒子在復合場中常見的運動形式(1)當帶電粒子在復合場中所受合力為零時，粒子處于當帶電粒子在復合場中所受合力為零時，粒子處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)靜止或勻速直線運動狀態(tài)(2)當帶電粒子所受合力提供向心力時，粒子做勻速圓當帶電粒子所受合力提供向心力時，粒子做勻速圓周運動周運動(3)當帶電粒子所受合力變化且速度方向不在一條直線上當帶電粒子所受合力變化且速度方向不在一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運動如果做曲線運動，則需要根據時，粒子做非勻變速曲線運動如果做曲線運動，則需要根據功能關系求解，需要注意的是這種情況下要把握住洛倫茲力不功能關系求解，需要注意的是這種情況下要把握住洛倫茲力不做功這一特點做功這一特點3幾種典型的復合場實例：速度選擇器、質譜儀等幾種典型的復合場實例：速度選擇器、質譜儀等4帶電粒子在復合場中的運動問題的處理方法帶電粒子在復合場中的運動問題的處理方法帶電粒子在復合場中的運動問題是電磁學知識和力學知識帶電粒子在復合場中的運動問題是電磁學知識和力學知識的綜合應用，分析方法和力學問題的分析方法基本相同，可利的綜合應用，分析方法和力學問題的分析方法基本相同，可利用動力學觀點、能量觀點來分析，不同之處是多了電場力、洛用動力學觀點、能量觀點來分析，不同之處是多了電場力、洛倫茲力倫茲力例例3 3如圖如圖3104所示，在平面坐標系所示，在平面坐標系xOy內，第內，第、象限內存在沿象限內存在沿y軸正方向的勻強電場，電場強度大小為軸正方向的勻強電場，電場強度大小為E，第第、IV象限內存在方向垂直于紙面向外的勻強磁場一帶象限內存在方向垂直于紙面向外的勻強磁場一帶正電的粒子從第正電的粒子從第III象限中的象限中的Q點點(2L，L)以速度以速度v0沿沿x軸正軸正方向射出，恰好從坐標原點方向射出，恰好從坐標原點O進入磁場，然后又從進入磁場，然后又從y軸上的軸上的P(0，2L)點射出磁場不計粒子重力，求：點射出磁場不計粒子重力，求：(1)粒子在磁場中做圓周運動的半徑粒子在磁場中做圓周運動的半徑r；(2)粒子的比荷粒子的比荷和磁場的磁感應強度大小和磁場的磁感應強度大小B；(3)粒子從粒子從Q點出發(fā)運動到點出發(fā)運動到P點的時間點的時間t.【點評】【點評】 正確分析帶電粒子的受力情況和運動特征是解決正確分析帶電粒子的受力情況和運動特征是解決帶電粒子在復合場中運動的前提結合運動軌跡找出空間定量帶電粒子在復合場中運動的前提結合運動軌跡找出空間定量關系和隱含條件是準確分析帶電粒子在勻強磁場中運動的重要關系和隱含條件是準確分析帶電粒子在勻強磁場中運動的重要方法方法如圖如圖3105所示，勻強電場方向豎直向上，勻強所示，勻強電場方向豎直向上，勻強磁場方向水平且垂直紙面向里，有兩個帶電小球磁場方向水平且垂直紙面向里，有兩個帶電小球a和和b，a恰能在恰能在垂直于磁場方向的豎直平面內做半徑垂直于磁場方向的豎直平面內做半徑r0.8 m的勻速圓周運動，的勻速圓周運動，b恰能以恰能以v2 m/s的水平速度在垂直于磁場方向的豎直平面內向的水平速度在垂直于磁場方向的豎直平面內向右做勻速直線運動小球右做勻速直線運動小球a、b質量質量ma10 g，mb40 g，電荷量，電荷量qa1102C，qb2102C，g10 m/s2.求：求：(1)小球小球a和和b分別帶什么電？電場強度分別帶什么電？電場強度E與磁感應強度與磁感應強度B分別分別為多大？為多大？(2)小球小球a做勻速圓周運動繞行方向是順時針還是逆時針？做勻速圓周運動繞行方向是順時針還是逆時針？速度速度va為多大？為多大？(3)設小球設小球b的運動軌跡與小球的運動軌跡與小球a的運動軌跡的最低點相切，的運動軌跡的最低點相切，當小球當小球a運動到最低點即切點時，小球運動到最低點即切點時，小球b也同時運動到切點，也同時運動到切點，a、b相碰后合為一體，碰后的共同速度為相碰后合為一體，碰后的共同速度為2.4 m/s，在相碰結束的，在相碰結束的瞬間，其加速度為多大？瞬間，其加速度為多大？