2019年高考物理專題復習 磁場專題（二）.doc

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2019年高考物理專題復習 磁場專題（二） 回顧上節(jié)課磁場基礎相關(guān)知識。 二、新課講解 （一）考點 1、 電流的磁場 2、 磁感應強度、磁感線、地磁場 3、 磁性材料、分子電流假說 4、 磁場對通電直導線的作用、安培力、左手定則 5、 磁場對運動電荷的作用、洛倫茲力，帶電粒子在勻強磁場中的運動 6、 質(zhì)譜儀、回旋加速器 （二）重難點 1、安培力的應用和帶電粒子在磁場中的運動 2、帶電粒子在復合場中的運動及應用，比如霍爾效應、質(zhì)譜儀、回旋加速器等 （三）易混點 1、磁場與電場的對比； 2、對較為復雜的空間方位關(guān)系，立體圖和平面圖的轉(zhuǎn)化。 三、知識點精講 （一）磁場基本性質(zhì) 1.磁場的產(chǎn)生 ⑴磁極周圍有磁場。(2)電流周圍有磁場（奧斯特）。 2.磁場的基本性質(zhì) 磁場對放入其中的磁極和電流有磁場力的作用(對磁極一定有力的作用；對電流只是可能有力的作用，當電流和磁感線平行時不受磁場力作用)。這一點應該跟電場的基本性質(zhì)相比較。 3.磁感應強度 （條件是勻強磁場中，或ΔL很小，并且L⊥B ）。 4.磁感線 ⑴用來形象地描述磁場中各點的磁場方向和強弱的曲線。磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向，也就是在該點小磁針靜止時N極的指向。磁感線的疏密表示磁場的強弱。 ⑵磁感線是封閉曲線（和靜電場的電場線不同）。 ⑶要熟記常見的幾種磁場的磁感線： 地球磁場 通電直導線周圍磁場 通電環(huán)行導線周圍磁場 ⑷安培定則（右手螺旋定則）：對直導線，四指指磁感線方向；對環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對長直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。 5.磁通量 如果在磁感應強度為B的勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，其面積為S，則定義B與S的乘積為穿過這個面的磁通量，用Φ表示。Φ是標量，但是有方向（進該面或出該面）。單位為韋伯，符號為Wb。1Wb=1T?m2=1V?s=1kg?m2/(A?s2)。 可以認為磁通量就是穿過某個面的磁感線條數(shù)。 在勻強磁場磁感線垂直于平面的情況下，B=Φ/S，所以磁感應強度又叫磁通密度。在勻強磁場中，當B與S的夾角為α時，有Φ=BSsinα。 （二）安培力 （磁場對電流的作用力） 1.安培力方向的判定 ⑴用左手定則。 ⑵用“同性相斥，異性相吸”（只適用于磁鐵之間或磁體位于螺線管外部時）。 ⑶用“同向電流相吸，反向電流相斥”（反映了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)）。. 只要兩導線不是互相垂直的，都可以用“同向電流相吸，反向電流相斥”判定相互作用的磁場力的方向；當兩導線互相垂直時，用左手定則判定。 α α 2.安培力大小的計算 F=BLIsinα（α為B、L間的夾角）高中只要求會計算α=0（不受安培力）和α=90兩種情況。 （三）洛倫茲力 1.洛倫茲力 運動電荷在磁場中受到的磁場力叫洛倫茲力，它是安培力的微觀表現(xiàn)。 I B F安 F 計算公式的推導：如圖所示，整個導線受到的磁場力（安培力）為F安 =BIL；其中I=nesv；設導線中共有N個自由電子N=nsL；每個電子受的磁場力為F，則F安=NF。由以上四式可得F=qvB。條件是v與B垂直。當v與B成θ角時，F(xiàn)=qvBsinθ。 2.洛倫茲力方向的判定 B R ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ + － － － － ― 在用左手定則時，四指必須指電流方向（不是速度方向），即正電荷定向移動的方向；對負電荷，四指應指負電荷定向移動方向的反方向。 3.洛倫茲力大小的計算 帶電粒子在勻強磁場中僅受洛倫茲力而做勻速圓周運動時，洛倫茲力充當向心力，由此可以推導出該圓周運動的半徑公式和周期公式： 四、帶電粒子在混合場中的運動 速度選擇器 ＋＋＋＋＋＋＋ －－――――― v 正交的勻強磁場和勻強電場組成速度選擇器。帶電粒子必須以唯一確定的速度（包括大小、方向）才能勻速（或者說沿直線）通過速度選擇器。否則將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這個速度的大小可以由洛倫茲力和電場力的平衡得出：qvB=Eq，。在本圖中，速度方向必須向右。 （四）典型例題分析 N S F F F / F 例1. 條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對水平面的壓力將會＿＿(增大、減小還是不變？)。水平面對磁鐵的摩擦力大小為＿＿。 解：本題有多種分析方法。⑴畫出通電導線中電流的磁場中通過兩極的那條磁感線（如圖中粗虛線所示），可看出兩極受的磁場力的合力豎直向上。磁鐵對水平面的壓力減小，但不受摩擦力。⑵畫出條形磁鐵的磁感線中通過通電導線的那一條（如圖中細虛線所示），可看出導線受到的安培力豎直向下，因此條形磁鐵受的反作用力豎直向上。⑶把條形磁鐵等效為通電螺線管，上方的電流是向里的，與通電導線中的電流是同向電流，所以互相吸引。 α B 例2. 如圖所示，光滑導軌與水平面成α角，導軌寬L。勻強磁場磁感應強度為B。金屬桿長也為L ，質(zhì)量為m，水平放在導軌上。當回路總電流為I1時，金屬桿正好能靜止。求：⑴B至少多大？這時B的方向如何？⑵若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？ 解：畫出金屬桿的截面圖。由三角形定則可知，只有當安培力方向沿導軌平面向上時安培力才最小，B也最小。根據(jù)左手定則，這時B應垂直于導軌平面向上，大小滿足：BI1L=mgsinα， B=mgsinα/I1L。 當B的方向改為豎直向上時，這時安培力的方向變?yōu)樗较蛴遥貙к壏较蚝狭榱悖肂I2Lcosα=mgsinα，I2=I1/cosα。（在解這類題時必須畫出截面圖，只有在截面圖上才能正確表示各力的準確方向，從而弄清各矢量方向間的關(guān)系）。 M N B O v 例3. 如圖直線MN上方有磁感應強度為B的勻強磁場。正、負電子同時從同一點O以與MN成30角的同樣速度v射入磁場（電子質(zhì)量為m，電荷為e），它們從磁場中射出時相距多遠？射出的時間差是多少？ 解：正負電子的半徑和周期是相同的。只是偏轉(zhuǎn)方向相反。先確定圓心，畫出半徑，由對稱性知：射入、射出點和圓心恰好組成正三角形。所以兩個射出點相距2r，由圖還看出經(jīng)歷時間相差2T/3。答案為射出點相距，時間差為。關(guān)鍵是找圓心、找半徑和用對稱。 y x o B v v a O/ 例4. 一個質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P(a，0)點以速度v，沿與x正方向成60的方向射入第一象限內(nèi)的勻強磁場中，并恰好垂直于y軸射出第一象限。求勻強磁場的磁感應強度B和射出點的坐標。 B v L R O y v 解：由射入、射出點的半徑可找到圓心O/，并得出半徑為；射出點坐標為（0，）。 4.帶電粒子在勻強磁場中的偏轉(zhuǎn) ⑴穿過矩形磁場區(qū)。一定要先畫好輔助線（半徑、速度及延長線）。偏轉(zhuǎn)角由sinθ=L/R求出。側(cè)移由R2=L2-(R-y)2解出。經(jīng)歷時間由得出。 r v R v O/ O 注意，這里射出速度的反向延長線與初速度延長線的交點不再是寬度線段的中點，這點與帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)結(jié)論不同！ ⑵穿過圓形磁場區(qū)。畫好輔助線（半徑、速度、軌跡圓的圓心、連心線）。偏角可由求出。經(jīng)歷時間由得出。 注意：由對稱性，射出線的反向延長線必過磁場圓的圓心。 ⑴這個結(jié)論與離子帶何種電荷、電荷多少都無關(guān)。 ⑵若速度小于這一速度，電場力將大于洛倫茲力，帶電粒子向電場力方向偏轉(zhuǎn)，電場力做正功，動能將增大，洛倫茲力也將增大，粒子的軌跡既不是拋物線，也不是圓，而是一條復雜曲線；若大于這一速度，將向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)，電場力將做負功，動能將減小，洛倫茲力也將減小，軌跡是一條復雜曲線。 四、總結(jié)課堂，指出考點，布置作業(yè)！ 1、如圖所示，兩根垂直紙面、平行且固定放置的直導線M和N，通有同向等值電流；沿紙面與直導線M、N等距放置的另一根可自由移動的通電導線ab，則通電導線ab在安培力作用下運動的情況是　 A.沿紙面逆時針轉(zhuǎn)動 　　B.沿紙面順時針轉(zhuǎn)動 　　C.a端轉(zhuǎn)向紙外，b端轉(zhuǎn)向紙里 　　D.a端轉(zhuǎn)向紙里，b端轉(zhuǎn)向紙外 2、一電子在勻強磁場中，以一固定的正電荷為圓心，在圓形軌道上運動，磁場方向垂直于它的運動平面，電場力恰是磁場力的三倍.設電子電量為e，質(zhì)量為m，磁感強度為B，那么電子運動的可能角速度應當是 　 　　　 3、空間存在豎直向下的勻強電場和水平方向（垂直紙面向里）的勻強磁場，如圖所示，已知一離子在電場力和洛侖茲力共同作用下，從靜止開始自A點沿曲線ACB運動，到達B點時速度為零，C為運動的最低點.不計重力，則　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　 A.該離子帶負電 B.A、B兩點位于同一高度 C.C點時離子速度最大 D.離子到達B點后，將沿原曲線返回A點　 4、一帶電粒子以一定速度垂直射入勻強磁場中，則不受磁場影響的物理量是： A、速度 B、加速度 C、動量 D、動能 M N a b c d V B B 5、MN板兩側(cè)都是磁感強度為B的勻強磁場，方向如圖，帶電粒子（不計重力）從a位置以垂直B方向的速度V開始運動，依次通過小孔b、c、d，已知ab = bc = cd，粒子從a運動到d的時間為t，則粒子的荷質(zhì)比為： A、 B、 C、 D、 O x y V0 a b 6、帶電粒子（不計重力）以初速度V0從a點進入勻強磁場，如圖。運動中經(jīng)過b點，oa=ob。若撤去磁場加一個與y軸平行的勻強電場，仍以V0從a點進入電場，粒子仍能通過b點，那么電場強度E與磁感強度B之比E/B為： A、V0 B、1 C、2V0 D、 M N a b c d e 7、如圖，MN是勻強磁場中的一塊薄金屬板，帶電粒子（不計重力）在勻強磁場中運動并穿過金屬板，虛線表示其運動軌跡，由圖知： A、粒子帶負電 B、粒子運動方向是abcde C、粒子運動方向是edcba D、粒子在上半周所用時間比下半周所用時間長 O a 8、帶負電的小球用絕緣絲線懸掛于O點在勻強磁場中擺動，當小球每次通過最低點A時： A、擺球受到的磁場力相同 B、擺球的動能相同 C、擺球的動量相同 D、向右擺動通過A點時懸線的拉力大于向左擺動通過A點時懸線的拉力 x y O A V0 9、如圖，磁感強度為B的勻強磁場，垂直穿過平面直角坐標系的第I象限。一質(zhì)量為m，帶電量為q的粒子以速度V從O點沿著與y軸夾角為30方向進入磁場，運動到A點時的速度方向平行于x軸，那么： A、粒子帶正電 B、粒子帶負電 C、粒子由O到A經(jīng)歷時間 D、粒子的速度沒有變化 10、如圖所示，一條形磁鐵放在水平桌面上，在它的左上方固定一直導線，導線與磁場垂直，若給導線通以垂直于紙面向里的電流，則……………………（ ） A、磁鐵對桌面壓力增大 B、磁場對桌面壓力減小 C、桌面對磁鐵沒有摩擦力 D、桌面對磁鐵摩擦力向右 11、有一個帶正電荷的離子，沿垂直于電場方向射入帶電平行板的勻強電場.離子飛出電場后的動能為Ek，當在平行金屬板間再加入一個垂直紙面向內(nèi)的如圖所示的勻強磁場后，離子飛出電場后的動能為Ek/,磁場力做功為W，則下面各判斷正確的是 A．EK EK＇,W=0 C．EK =EK＇,W=0 D．EK >EK＇,W>0 A C B D 12、如圖，空間某一區(qū)域內(nèi)存在著相互垂直的勻強電場和勻強磁場，一個帶電粒子以某一初速度由A點進入這個區(qū)域沿直線運動，從C點離開區(qū)域；如果這個區(qū)域只有電場，則粒子從B點離開場區(qū)；如果這個區(qū)域只有磁場，則粒子從D點離開場區(qū)；設粒子在上述三種情況下，從A到B點、A到C點和A到D點所用的時間分別是t1、t2和t3，比較t1、t2和t3的大小，則有(粒子重力忽略不計) A.t1=t2=t3 B.t2t2 二、計算題 13、如下圖所示，在傾角為θ的光滑斜面上有一根水平方向的通電直導線恰好靜止不動。已知直導線長為l，質(zhì)量為m，通過的電流為I，方向如圖所示，整個裝置處在勻強磁場中，則勻強磁場的磁感強度的最小值B1是多少？它的方向是什么？如果還要使靜止在斜面上的通電直導線對斜面無壓力，則勻強磁場的磁感強度的最小值B2是多少？，它的方向是什么？ 14、一帶電量為+q，質(zhì)量為m的粒子由靜止經(jīng)加速電場（加速電壓為U）加速后，垂直進入相互垂直的勻強電場和勻強磁場，電場E方向豎直向下，磁場方向垂直紙面向里，測出該粒子離開場區(qū)時的速度大小為V（不計重力），運動軌跡如圖。求粒子離開場區(qū)時偏離原方向的距離d。 V + -- -- -- -- + + + d B 15、如圖所示，一帶電的小球從P點自由下落，P點距場區(qū)邊界MN高為h，邊界MN下方有方向豎直向下、電場場強為E的勻強電場，同時還有勻強磁場，小球從邊界上的a點進入電場與磁場的復合場后，恰能作勻速圓周運動，并從邊界上的b點穿出，已知ab=L，求：（1）該勻強磁場的磁感強度B的大小和方向；（2）小球從P經(jīng)a至b時，共需時間為多少？ 16．豎直放置的半圓形光滑絕緣管道處在如圖所示的勻強磁場中，B=1.1T，管道半徑R=0.8m，其直徑POQ在豎直線上，在管口P處以2m／s的速度水平射入一個帶電小球，可把它視為質(zhì)點，其電荷量為lO-4C(g=lOm／s2)，試求： (1)小球滑到Q處的速度為多大? (2)若小球從Q處滑出瞬間，管道對它的彈力正好為零，小球的質(zhì)量為多少? 圖10 參考答案 1D、2BD、3BC、4D、5D、6C、7AC、8BD、9BC、10A、11B、12C 13、：mgsinθ/IL 垂直于斜面向上 磁場方向水平向左 14． 15、答案： 方向水平向外 + 16．解：(1)小球從P滑到Q處的過程中，據(jù)機械能守恒定律有： mg2R=代人數(shù)據(jù)得v0=6m／s (2)對Q處的小球受力分析如圖所示，據(jù)牛頓第二定律有： qvB—mg=代人數(shù)據(jù)得 (2)對Q處的小球受力分析如圖所示，據(jù)牛頓第二定律有： qvB-mg=m代入數(shù)據(jù)得m=1.210-5kg.