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1、專題十磁場,【高考幫物理】：專題十磁場,考情精解讀,A.考點幫知識全通關,目錄CONTENTS,考綱要求,命題規(guī)律,命題分析預測,考點1磁場的描述及安培力的應用,考點2帶電粒子在勻強磁場中的運動,考點3帶電粒子在復合場、組合場中的運動,,方法1與安培力有關的力電綜合問題的求解方法,方法2帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的分析方法,方法3帶電粒子在有界勻強磁場中運動的臨界和極值問題的分析方法,B.方法幫題型全突破,C.考法幫考向全掃描,考向1磁場的描述、安培定則、安培力,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,物理專題十：磁場,方法4帶電粒子在磁場中
2、運動的多解問題的分析方法,方法5帶電粒子在復合場、組合場中運動問題的分析方法,方法6帶電粒子在電磁場中運動的主要模型的求解方法,考向4考查帶電粒子在磁場中運動的實際應用,考情精解讀,考綱要求命題規(guī)律命題分析預測,物理專題十：磁場,1.磁場、磁感應強度、磁感線2.通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向3.安培力、安培力的方向4.勻強磁場中的安培力5.洛倫茲力、洛倫茲力的方向6.洛倫茲力公式7.帶電粒子在勻強磁場中的運動8.質(zhì)譜儀和回旋加速器說明:1.安培力的計算只限于電流與磁感應強度垂直的情形2.洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形,,考綱要求,,命題規(guī)律,本專題是高考的熱點之一,磁場疊加及
3、簡單的磁偏轉(zhuǎn)問題多以選擇題的形式考查.計算題幾乎每年都考,多以壓軸題形式出現(xiàn),考查復合場下的動力學分析問題,對綜合分析能力、空間想象及建模能力、利用數(shù)學知識處理物理問題的能力要求非常高,,命題分析預測,A.考點幫知識全通關,考點1磁場的描述及安培力的應用考點2帶電粒子在勻強磁場中的運動考點3帶電粒子在復合場、組合場中的運動,物理專題十：磁場,1.磁場與電場的對比,,,考點1磁場的描述及安培力的應用,2.磁感應強度與電場強度的對比,,物理專題十：磁場,3.幾種常見的磁場(1)常見磁體的磁場,物理專題十：磁場,(2)幾種電流周圍的磁場分布,續(xù)表,物理專題十：磁場,(3)地磁場地磁場的N極在地理南極
4、附近,S極在地理北極附近,磁感線分布如圖所示.在赤道平面上,距離地球表面高度相等的各點,磁感應強度大小相等,且方向水平向北.在北半球地磁場水平分量向北,豎直分量向下;在南半球地磁場水平分量向北,豎直分量向上.,物理專題十：磁場,4.安培力(1)安培力的方向用左手定則判斷:伸開左手,讓拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面內(nèi);讓磁感線從掌心進入,并使四指指向電流的方向,這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向.安培力方向特點:FB,FI,即F垂直于B、I決定的平面(注意B和I可以不垂直).(2)安培力的大小F=BILsin(其中為B與I之間的夾角,L為導線在磁場中的有效長
5、度,公式適用條件為勻強磁場),物理專題十：磁場,1.安培力和洛倫茲力的比較,,,考點2帶電粒子在勻強磁場中的運動,2.洛倫茲力與電場力的比較,物理專題十：磁場,,物理專題十：磁場,,,考點3帶電粒子在復合場、組合場中的運動,1.三種場的比較,2.帶電粒子在復合場中的運動分類(1)靜止或勻速直線運動當帶電粒子在復合場中所受合外力為零時,將處于靜止狀態(tài)或做勻速直線運動.(2)勻速圓周運動當帶電粒子所受的重力與電場力大小相等,方向相反時,帶電粒子在洛倫茲力的作用下,在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動.,物理專題十：磁場,B.方法幫題型全突破,方法1與安培力有關的力電綜合問題的求解方法方法2帶電粒
6、子在勻強磁場中做圓周運動的分析方法方法3帶電粒子在有界勻強磁場中運動的臨界和極值問題的分析方法方法4帶電粒子在磁場中運動的多解問題的分析方法方法5帶電粒子在復合場、組合場中運動問題的分析方法方法6帶電粒子在電磁場中運動的主要模型的求解方法,物理專題十：磁場,,,方法1與安培力有關的力電綜合問題的求解方法,方法解讀：1.對安培力的理解使用安培力公式F=BIL時要滿足:(1)B與I垂直;(2)L是有效長度,即垂直磁感應強度方向的長度,如彎曲導線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度(如圖所示),相應的電流方向沿L由始端流向末端,因為任意形狀的閉合線圈,其有效長度為零,所以閉合線圈通電后在勻強磁場中,
7、受到的安培力的矢量和為零.2.在安培力作用下導體的平衡和加速問題的分析思路,,,方法1與安培力有關的力電綜合問題的求解方法,(1)選定研究對象.(2)變?nèi)S為二維,如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等,并畫出平面受力分析圖,其中安培力的方向要注意F安B、F安I.(3)列平衡方程或根據(jù)牛頓第二定律列方程進行求解.3.通電導體所受安培力的方向的判斷方法(1)判定通電導體在安培力作用下的運動方向或運動趨勢的方向,首先必須弄清楚導體所在位置的磁場分布情況,然后利用左手定則判定導體的受力情況,進而確定導體的運動方向或運動趨勢的方向.五種常用的方法如下表所示.,,,方法1與安培力有關的力電綜合問題的求解方法,續(xù)表(
8、2)在應用左手定則判定安培力方向時,磁感線方向不一定垂直于電流方向,但安培力方向一定與磁場方向和電流方向都垂直,即大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面.,題型1在安培力作用下導體的轉(zhuǎn)動問題考法示例1如圖所示,把一重力不計的通電直導線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方,導線可以自由轉(zhuǎn)動,當導線通入圖示方向的電流I時,導線的運動情況是(從上往下看)A.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降B.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時上升C.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降D.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時上升,,物理專題十：磁場,解析如圖所示,把通電直導線中的電流等效為AO、OB兩段電流元,AO段電流元所在處的磁場方向傾斜向上,根據(jù)左手定則可知
9、其所受安培力方向垂直于紙面向外;OB段電流元所在處的磁場方向傾斜向下,同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里.綜上可知導線將以O點為軸順時針轉(zhuǎn)動(俯視).取把導線轉(zhuǎn)過90的特殊位置來分析,根據(jù)左手定則判得順時針轉(zhuǎn)動時安培力方向向下,故導線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動,選項A正確.答案A,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,考法示例2如圖所示,條形磁鐵放在光滑斜面上,用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡,A為水平放置的直導線的截面,導線中無電流時磁鐵對斜面的壓力為FN1;當導線中有垂直紙面向外的電流時,磁鐵對斜面的壓力為FN2,則下列關于壓力和彈簧的伸長量的說法中正確的是A.FN1FN2,彈簧的伸
10、長量增大D.FN1FN2,彈簧的伸長量減小,,物理專題十：磁場,解析采用“轉(zhuǎn)換研究對象法”:由于條形磁鐵的磁感線是從N極出發(fā)到S極,所以可畫出磁鐵在導線A處的一條磁感線,此處磁感應強度方向斜向左下方,如圖所示,導線A中的電流垂直紙面向外,由左手定則可判斷導線A必受斜向右下方的安培力,由牛頓第三定律可知磁鐵所受導線A的作用力的方向是斜向左上方,所以磁鐵對斜面的壓力減小,FN1FN2.同時,由于導線A比較靠近N極,安培力的方向與斜面的夾角小于90,所以電流對磁鐵的作用力有沿斜面向下的分力,使得彈簧彈力增大,可知彈簧的伸長量增大,所以正確選項為C.答案C,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,考
11、法示例3如圖所示,輕質(zhì)導電線圈掛在磁鐵N極附近,當線圈通以圖示方向的電流時,線圈將(未通電時線圈在紙面內(nèi))A.不動B.轉(zhuǎn)動,同時靠近磁鐵C.轉(zhuǎn)動,同時離開磁鐵D.不轉(zhuǎn)動,只靠近磁鐵,,物理專題十：磁場,解析通電線圈可等效為圓心處一個小磁針,其N極指向紙內(nèi),S極指向紙外,而磁鐵在線圈圓心處的磁場方向為水平向右,故小磁針從上向下看順時針轉(zhuǎn)動,如圖所示,同時,異名磁極相互吸引,故線圈向磁鐵靠近,選項B正確.答案B,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,題型2安培力作用下的平衡問題考法示例2如圖所示,兩平行金屬導軌間的距離L=0.40m,金屬導軌所在的平面與水平面夾角=37,在導軌所在平面內(nèi)分布著
12、磁感應強度B=0.50T、方向垂直于導軌所在平面向上的勻強磁場,金屬導軌的一端接有電動勢E=4.5V、內(nèi)阻r=0.50的直流電源.現(xiàn)把一個質(zhì)量m=0.04kg的導體棒ab放在金屬導軌上,導體棒恰好靜止.導體棒與金屬導軌垂直且接觸良好,導體棒與金屬導軌接觸的兩點間的電阻R0=2.5,金屬導軌電阻不計,g取10m/s2.已知sin37=0.60,cos37=0.80,求:(1)通過導體棒的電流;(2)導體棒受到的安培力的大小;(3)導體棒受到的摩擦力.,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,方法2帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的分析方法,方法解讀
13、：帶電粒子在勻強磁場中運動的圓心、半徑及運動時間的確定,,,方法1勻變速直線運動規(guī)律的應用方法,續(xù)表,方法2帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的分析方法,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,方法3帶電粒子在有界勻強磁場中運動的臨界和極值問題的分析方法,方法解讀：1.分析臨界問題的關鍵:找準臨界點以題目中“恰好”“最大”“最高”“至少”等詞語為突破口,挖掘隱含條件,分析可能的情況,必要時畫出幾個半徑不同的軌跡,找出臨界條件,如:(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切;(2)當速率v一定時,弧長(或弦長)越長,圓心角越
14、大,則帶電粒子在有界勻強磁場中運動的時間越長;(3)圓形勻強磁場中,當運動軌跡圓半徑大于磁場區(qū)域圓半徑時,則入射點和出射點為磁場直徑的兩端點時,軌跡對應的偏轉(zhuǎn)角最大.2.有界磁場中臨界問題的處理方法,,,方法3帶電粒子在有界勻強磁場中運動的臨界和極值問題的分析方法,,,,方法3帶電粒子在有界勻強磁場中運動的臨界和極值問題的分析方法,,,,方法3帶電粒子在有界勻強磁場中運動的臨界和極值問題的分析方法,,,,方法3帶電粒子在有界勻強磁場中運動的臨界和極值問題的分析方法,(3)圓形磁場相交于圓心:帶電粒子沿指向圓心的方向進入磁場,則出磁場時速度的反向延長線一定過圓心,即兩速度矢量相交于圓心,如圖丙所
15、示.直徑最小:帶電粒子從直徑的一個端點射入磁場,則從該直徑的另一端點射出時,圓形磁場區(qū)域面積最小,如圖丁所示.(4)環(huán)狀磁場徑向出入:帶電粒子沿(逆)半徑方向射入磁場,若能返回同一邊界,則一定逆(沿)半徑方向射出磁場.最值相切:當帶電粒子的運動軌跡與圓相切時,粒子有最大速度,而磁場有最小磁感應強度,如圖戊所示.,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,答案BD特別提醒解答帶電粒子在有界磁場中運動的問題,關鍵在于掌握半徑以及周期公式,并作出粒子的運動軌跡圖,根據(jù)軌跡圖結(jié)合幾何關系判定粒子的臨界條件.,,物理專題十：磁場,考法示例72015四川高考,7,6分多選如圖所示,S處有一電子源,可向紙
16、面內(nèi)任意方向發(fā)射電子,平板MN垂直于紙面,在紙面內(nèi)的長度L=9.1cm,中點O與S間的距離d=4.55cm,MN與SO直線的夾角為,板所在平面有電子源的一側(cè)區(qū)域有方向垂直于紙面向外的勻強磁場,磁感應強度B=2.010-4T.電子質(zhì)量m=9.110-31kg,電荷量e=-1.610-19C,不計電子重力.電子源發(fā)射速度v=1.6106m/s的一個電子,該電子打在板上可能位置的區(qū)域的長度為l,則A.=90時,l=9.1cmB.=60時,l=9.1cmC.=45時,l=4.55cmD.=30時,l=4.55cm,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,題型5磁場區(qū)域的最小面積問題考法示例8一質(zhì)量為
17、m、帶電荷量為q的粒子以速度v0從O點沿y軸正方向射入磁感應強度為B的一圓形勻強磁場(未畫出),磁場方向垂直于紙面,粒子飛出磁場區(qū)域后,從b處穿過x軸,速度方向與x軸正向夾角為30,如圖所示(粒子重力忽略不計).試求:(1)圓形磁場區(qū)域的最小面積;(2)粒子從O點進入磁場區(qū)到達b點所經(jīng)歷的時間;(3)b點的坐標.,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,題型6帶電粒子在有界磁場中運動的最大速度問題考法示例6如圖所示,兩個同心圓,半徑分別為r和2r,在兩圓之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強
18、度為B.圓心O處有一放射源,可以釋放出質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子,假設粒子速度方向都和紙面平行.(1)圖中箭頭表示某一粒子初速度的方向,OA與初速度方向夾角為60,要想使該粒子從磁場第一次穿出時恰好通過A點,則初速度的大小是多少?(2)要使粒子不穿出環(huán)形區(qū)域的外邊界,則粒子的初速度不能超過多少?,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,方法4帶電粒子在磁場中運動的多解問題的分析方法,方法解讀：1.帶電粒子電性不確定形成多解受洛倫茲力作用的帶電粒子,可能帶正電,也可能帶負電,在相同的初速度的條件下,正
19、、負粒子在磁場中運動軌跡不同,形成多解.如圖甲所示,帶電粒子以速率v垂直進入勻強磁場,如果帶正電,其軌跡為a,如果帶負電,其軌跡為b.2.磁場方向不確定形成多解有些題目只告訴了磁感應強度的大小,而未具體指出磁感應強度的方向,此時必須要考慮磁感應強度方向不確定而形成的多解.如圖乙所示,帶正電粒子以速率v垂直進入勻強磁場,如果磁場方向垂直紙面向里,其軌跡為a,如果磁場方向垂直紙面向外,其軌跡為b.,,,方法4帶電粒子在磁場中運動的多解問題的分析方法,3.臨界狀態(tài)不唯一形成多解帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時,若粒子運動軌跡是不確定的圓弧狀,因此,它可能穿過去了,也可能轉(zhuǎn)過180從入射界面這邊
20、反向飛出,如圖丙所示,于是形成多解.4.運動的周期性形成多解帶電粒子在部分是電場,部分是磁場的空間運動時,運動往往具有往復性,如圖丁所示,從而形成多解.,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,特別提醒(1)粒子垂直邊界PQ從G點進入上部磁場區(qū)域,在該磁場區(qū)域經(jīng)過部分圓周運動后從E點垂直邊界PQ回到EF、GH之間的磁場區(qū)域.(2)如果EF不動,GH右移,只與板碰一次就回到S點,造成多解的原因有兩個,一個是周期性問題,另一個是由于遵循反射定律造成的多解問題.,,
21、數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,題型8運動的周期性形成多解考法示例11如圖甲所示,M、N為豎直放置且彼此平行的兩塊平板,板間距離為d,兩板中央各有一個小孔,分別為O、O,且它們正對,在兩板間有垂直于紙面方向的磁場,磁感應強度隨時間的變化如圖乙所示,設垂直紙面向里的磁場方向為正方向.有一群正離子在t=0時垂直于M板從小孔O射入磁場.已知正離子質(zhì)量為m、帶電荷量為q,正離子在磁場中做勻速圓周運動的周期與磁感應強度變化的周期都為T0,不考慮由于磁場變化而產(chǎn)生的電場的影響,不計離子所受重力.求:(1)磁感應強度B0的大小;(2)要使正離子從O孔垂直于N板射出磁場,正離子射入磁場時的速度v0的可
22、能值.,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,特別提醒本題是一種典型的周期性多解問題,對于這類問題,可以先根據(jù)磁場的變化情況嘗試畫出粒子運動軌跡示意圖,從圖中判斷運動的周期性,再根據(jù)時間關系或位移關系寫出通項公式.,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,答案BC特別提醒(1)本題中沒有交代粒子帶電荷量的性質(zhì),故存在兩種可能即帶正電荷和帶負電荷.(2)帶電粒子垂直進入有界勻強磁場,剛好不能穿出磁場邊界的臨界條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切.,,數(shù)學
23、第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,方法5帶電粒子在復合場、組合場中運動問題的分析方法,方法解讀：1.帶電粒子在復合場中無約束情況下的運動常見運動形式的分析:(1)帶電粒子在復合場中做勻速圓周運動帶電粒子進入勻強電場、勻強磁場和重力場共同存在的復合場中,重力和電場力等大反向,兩個力的合力為零,粒子運動方向和磁場方向垂直時,帶電粒子在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動.(2)帶電粒子在復合場中的直線運動自由帶電粒子(無軌道約束),在勻強電場、勻強磁場和重力場構成的復合場中的直線運動應該是勻速直線運動,這是因為電場力和重力都是恒力,若它們的合力不與洛倫茲力平衡,則帶電粒子速度的大小和方向都會改變,
24、就不可能做直線運動.(粒子沿磁場方向運動除外),,,方法5帶電粒子在復合場、組合場中運動問題的分析方法,2.帶電粒子在復合場中有約束情況下的運動帶電粒子在復合場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下,常見的運動形式有直線運動和圓周運動,此時解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況,并注意洛倫茲力不做功的特點,用動能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運動定律求出結(jié)果.3.帶電粒子在復合場中運動的解題思路,,,方法5帶電粒子在復合場、組合場中運動問題的分析方法,注意:對于粒子連續(xù)通過幾個不同情況場的問題,要分階段進行處理.轉(zhuǎn)折點的速度往往成為解題的突破口.4.解決帶電粒子在組合場中運動問題的分析方法,,
25、,方法5帶電粒子在復合場、組合場中運動問題的分析方法,5.帶電粒子在交變復合場中的運動問題的基本思路,題型10帶電粒子在有約束的復合場中的運動考法示例10一個質(zhì)量m=0.1g的小滑塊,帶有q=510-4C的電荷量,放置在傾角=30的光滑絕緣斜面上,斜面固定且置于B=0.5T的勻強磁場中,磁場方向垂直紙面向里,如圖所示,小滑塊由靜止開始沿斜面下滑,斜面足夠長,小滑塊滑至某一位置時,要離開斜面(g取10m/s2).求:(1)小滑塊帶何種電荷?(2)小滑塊離開斜面時的瞬時速度多大?(3)該斜面長度至少多長?,,物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物
26、理專題十：磁場,題型11帶電粒子在無約束的復合場中的運動考法示例14如圖所示,在豎直平面內(nèi)建立直角坐標系xOy,其第一象限存在著正交的勻強電場和勻強磁場,電場強度的方向水平向右,磁感應強度的方向垂直紙面向里.一帶電荷量為+q、質(zhì)量為m的微粒從原點出發(fā)沿與x軸正方向的夾角為45的初速度進入復合場中,正好做直線運動,當微粒運動到A(l,l)時,電場方向突然變?yōu)樨Q直向上(不計電場變化的時間),微粒繼續(xù)運動一段時間后,正好垂直于y軸穿出復合場.不計一切阻力,求:(1)電場強度E的大小;(2)磁感應強度B的大小;(3)粒子在復合場中的運動時間.,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：
27、磁場,特別提醒(1)帶電粒子在重力場、電場、磁場的復合場中只受重力、電場力、洛倫茲力作用時做的直線運動一定是勻速直線運動,且這三個力的合力為零.(2)在復合場中,當電場力和重力平衡時,粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動.,,物理專題十：磁場,題型12帶電粒子在復合場中運動的能量問題考法示例15多選如圖所示,帶電平行板中勻強電場E的方向豎直向上,勻強磁場B的方向垂直紙面向里.一帶電小球從光滑絕緣軌道上的A點自由滑下,經(jīng)P點進入板間后恰好沿水平方向做直線運動.現(xiàn)使小球從較低的C點自由滑下,經(jīng)P點進入板間,則小球在板間運動過程中A.動能將會增大B.電勢能將會減小C.所受電場力將會增大D.所受磁場力將
28、會增大,,物理專題十：磁場,解析：由題意判斷可知小球帶正電,從A點滑下進入復合場區(qū)域時做直線運動,則小球受力平衡,即mg=qE+qvB,從C點滑下進入復合場區(qū)域時,速度小于從A點滑下時進入復合場區(qū)域時的速度,則mgqE+qvB,小球向下偏轉(zhuǎn),重力做正功,電場力做負功,因為mgqE,則合力做正功,小球電勢能和動能均增大,且洛倫茲力F=qvB也增大,選項A、D正確,選項B錯誤;由于板間電場是勻強電場,則小球所受電場力恒定,選項C錯誤.答案AD特別提醒1.帶電粒子從A點滑下進入復合場區(qū)域時做直線運動,則小球受力平衡,即mg=qE+qvB.2.復合場中洛倫茲力不做功但是洛倫茲力大小會影響粒子的偏轉(zhuǎn)方向
29、也會影響重力和電場力做功.本題中粒子從C點滑下進入復合場區(qū)域時,速度小于從A點滑下時進入復合場區(qū)域的速度,則mgqE+qvB,小球向下偏轉(zhuǎn),重力做正功,電場力做負功,合外力做正功.,,物理專題十：磁場,題型13帶電粒子在組合場中的運動問題考法示例16如圖所示,在第一象限存在勻強磁場(未畫出),磁感應強度方向垂直于紙面(xy平面)向外;在第四象限存在勻強電場(未畫出),方向沿x軸負向.在y軸正半軸上某點以與x軸正向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子,該粒子在(d,0)點沿垂直于x軸的方向進入電場.不計重力.若該粒子離開電場時速度方向與y軸負方向的夾角為,求:(1)電場強度大小與磁感應強
30、度大小的比值;(2)該粒子在電場中運動的時間.,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,特別提醒帶電粒子在磁場和電場中的運動的區(qū)別:帶電粒子垂直磁感線方向進入勻強磁場時做勻速圓周運動,平行磁感線方向進入勻強磁場時做勻速直線運動;帶電粒子平行電場線方向進入勻強電場時做勻變速直線運動,垂直電場線方向進入勻強電場時做類平拋運動.,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,方法6帶電粒子在電磁場中運動的主要模型的求解方法,,,方法6帶電粒子在電磁場中運動的主要模型的求解方法,續(xù)表,,,方法6帶電粒子在電磁場中運動的主要模型的求解方
31、法,續(xù)表,,,物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,,,數(shù)學第四章：三角函數(shù),物理專題十：磁場,題型16回旋加速器問題考法示例19回旋加速器是用于加速帶電粒子流,使之獲得很大動能的儀器,其核心部分是兩個D形金屬扁盒,兩扁盒分別和一高頻交流電源兩極相接,以便在盒間狹縫中形成勻強電場,使粒子每次穿過狹縫都得到加速.兩盒放在勻強磁場中,磁場方向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圓心附近,若粒子源射出的粒子電荷量為q、質(zhì)量為m,粒子最大回旋半徑為Rmax,磁場的磁感應強度為B,其運動軌跡如圖所示,問:(1)粒子在盒內(nèi)磁場中做何種運動?(2)粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運動?(3)所加交變
32、電壓頻率為多大?粒子運動角速度為多大?(4)粒子離開加速器時速度為多大?,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,題型17磁聚焦與磁擴散問題考法示例20如圖所示,x軸正方向水平向右,y軸正方向豎直向上.在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)加一與xOy平面垂直的勻強磁場.在坐標原點O處放置一帶電微粒發(fā)射裝置,它可以連續(xù)不斷地發(fā)射具有相同質(zhì)量m、電荷量q(q0)且初速度為v0的帶電粒子,不計粒子重力.調(diào)節(jié)坐標原點O處的帶電微粒發(fā)射裝置,使其在xOy平面內(nèi)不斷地以相同速率v0沿不同方向?qū)⑦@種帶電微粒射入x軸上方,現(xiàn)要求這些帶電微粒最終都能平行于x軸正方向射出,則帶電微粒的速率v0必須滿足什
33、么條件?,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,題型18速度選擇器、電磁流量計、霍爾效應、磁流體發(fā)電機相關問題考法示例21如圖所示,一電子束垂直于電場線與磁感線方向入射后偏向A極板,為了使電子束沿射入方向做直線運動,可采用的方法是A.將變阻器滑片P向右滑動B.將變阻器滑片P向左滑動C.將極板間距離適當減小D.將極板間距離適當增大,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,,,物理專題十：磁場,C.考法幫考向全掃描,考向1磁場的描述、安培定則、安培力考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動考向3考查帶電
34、粒子在復合場、組合場中的運動考向4考查帶電粒子在磁場中運動的實際應用,物理專題十：磁場,帶電粒子在磁場中運動的問題是高考中的必考點、重點和難點.本專題內(nèi)容高考主要分三個層次進行考查:一是雙基過關類問題,突出對在洛倫茲力作用下帶電粒子做圓周運動的運動學量(半徑、速度、時間、周期等)的考查,以考查對知識的理解能力為主,通常以選擇題的形式出現(xiàn);二是能力提高類題目,突出對思維能力和綜合能力考查,這類題雖然有一定的難度,但經(jīng)過大量的訓練后,解決這類問題并不困難;三是創(chuàng)新性題目,突出本部分內(nèi)容在實際生活中的應用,以考查思維能力和理論聯(lián)系實際的能力為主,這類題有相對較大的難度,甚至會作為壓軸題出現(xiàn).,,,考
35、情揭秘,命題透視:對于磁場的描述、安培定則和安培力等知識,在高考中主要考查對磁感應強度的理解,地磁場方向的判斷,電流磁場方向的判斷,電流磁場的疊加以及通電導線在磁場中加速運動和平衡問題.常以選擇題形式出現(xiàn),難度適中.,,,考向1磁場的描述、安培定則、安培力,示例13地磁場2016北京高考,17,6分中國宋代科學家沈括在夢溪筆談中最早記載了地磁偏角:“以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也.”進一步研究表明,地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖所示.結(jié)合上述材料,下列說法不正確的是A.地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B.地球內(nèi)部也存在磁場,地磁南極在地理北極附近C.地球表面任意位置的地磁
36、場方向都與地面平行D.地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用,,,考向1磁場的描述、安培定則、安培力,命題立意考查學生對地磁場的理解:赤道的地磁場水平向北;北半球地磁場水平分量向北豎直分量向下;南半球地磁場水平分量向北豎直分量向上.解析根據(jù)“則能指南,然常微偏東,不全南也”知,選項A正確.由題圖可知地磁場的南極在地理北極附近,選項B正確.由圖可知在兩極附近地磁場與地面不平行,選項C不正確.由圖可知赤道附近的地磁場與地面平行,射向地面的帶電宇宙射線粒子運動方向與磁場方向垂直,會受到磁場力的作用,選項D正確.答案C,,,考向1磁場的描述、安培定則、安培力,,,,考向1磁場的描述、安培定則
37、、安培力,,,,考向1磁場的描述、安培定則、安培力,,,,考向1磁場的描述、安培定則、安培力,示例26磁場對電流的安培力作用2015全國卷,24,12分如圖所示,一長為10cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中;磁場的磁感應強度大小為0.1T,方向垂直于紙面向里;彈簧上端固定,下端與金屬棒絕緣.金屬棒通過開關與一電動勢為12V的電池相連,電路總電阻為2.已知開關斷開時兩彈簧的伸長量均為0.5cm;閉合開關,系統(tǒng)重新平衡后,兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向,并求出金屬棒的質(zhì)量.,,,考向1磁場
38、的描述、安培定則、安培力,命題立意考查安培力的理解、計算以及電流在安培力作用下的平衡問題.解析依題意,開關閉合后,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.開關斷開時,兩彈簧各自相對于其原長伸長為l1=0.5cm.由胡克定律和力的平衡條件得2kl1=mg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.開關閉合后,金屬棒所受安培力的大小為F=IBL式中,I是回路電流,L是金屬棒的長度.兩彈簧各自再伸長了l2=0.3cm,由胡克定律和力的平衡條件得2k(l1+l2)=mg+F由歐姆定律有E=IR式中,E是電池的電動勢,R是電路總電阻聯(lián)立式,并代入題給數(shù)據(jù)得
39、m=0.01kg.答案0.01kg,,,考向1磁場的描述、安培定則、安培力,命題透視:洛倫茲力是本專題的基本知識點,帶電粒子在勻強磁場中的運動是高考中的熱點,帶電粒子在磁場中運動的臨界問題、極值問題、多解問題是高考中的難點.,,,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,示例27磁場對運動電荷的作用、洛倫茲力2015海南高考,1,3分如圖所示,a是豎直平面P上的一點,P前有一條形磁鐵垂直于P,且S極朝向a點,P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下,在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點.在電子經(jīng)過a點的瞬間,條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向A.向上B.向下C.向左D.向右命題立意考查磁場對
40、電荷的洛倫茲力的方向的判斷.,,,考考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,解析條形磁鐵在a點產(chǎn)生的磁場方向垂直豎直平面P向外,電子運動方向水平向右,由左手定則可知,電子所受洛倫茲力方向向上,A項正確.答案A,,,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,,,,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,,,,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,示例29帶電粒子在磁場中運動的速度的極值問題2014重慶高考,9,18分如圖所示,在無限長的豎直邊界NS和MT間充滿勻強電場,同時該區(qū)域上、下部分分別充滿方向垂直于NSTM平面向外和向內(nèi)的勻強磁場,磁感應強度大小分別為B和2B,KL為上下
41、磁場的水平分界線,在NS和MT邊界上,距KL高h處分別有P、Q兩點,NS和MT間距為1.8h.質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子從P點垂直于NS邊界射入該區(qū)域,在兩邊界之間做圓周運動,重力加速度為g.(1)求電場強度的大小和方向.(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Q點從MT邊界飛出,求粒子入射速度的所有可能值.,,,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,,,,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,,,,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,思維節(jié)點(1)在無限長的豎直邊界NS和MT間充滿勻強電場,同時該區(qū)域上、下部分分別充滿方向垂直紙面向外
42、和向內(nèi)的勻強磁場,為什么帶電粒子從P點垂直于NS邊界射入該區(qū)域,在兩邊界之間能做圓周運動?提示:帶電粒子能做勻速圓周運動是因為電場力和重力二力平衡而洛倫茲力充當向心力,即mg=qE.(2)帶電粒子恰好不從NS邊界射出的臨界條件是什么?提示:帶電粒子恰好不從左邊界射出的臨界條件是其運動軌跡恰好和KS邊界相切.,,,考向2洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動,命題透視:帶電粒子在復合場中的運動是高考命題的熱點和難點,帶電粒子在電場、磁場、重力場的復合場中的直線運動或圓周運動問題,電場和磁場的組合場問題,交變電場和磁場中的運動問題都是高考中的熱點和難點,出現(xiàn)頻率高,難度大,要重點突破.,,,考向3考
43、查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,示例30帶電粒子在復合場中的運動2015福建高考,22,20分如圖所示,絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場,電場方向水平向右,電場強度大小為E,磁場方向垂直紙面向外,磁感應強度大小為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點由靜止開始沿MN下滑,到達C點時離開MN做曲線運動.A、C兩點間距離為h,重力加速度為g.(1)求小滑塊運動到C點時的速度大小vC;(2)求小滑塊從A點運動到C點過程中克服摩擦力做的功Wf;(3)若D點為小滑塊在電場力、洛倫茲力及重力作用下運動過程中速度最大的位置,當小滑塊運動到D點時撤去磁場,此后小滑塊
44、繼續(xù)運動到水平地面上的P點.已知小滑塊在D點時的速度大小為vD,從D點運動到P點的時間為t,求小滑塊運動到P點時速度的大小vP.,,,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,,,,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,,,,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,示例31帶電粒子在組合場中的運動問題2015天津高考,12,20分現(xiàn)代科學儀器常利用電場、磁場控制帶電粒子的運動.真空中存在著如圖所示的多層緊密相鄰的勻強電場和勻強磁場,電場與磁場的寬度均為d.電場強度為E,方向水平向右;磁感應強度為B,方向垂直紙面向里.電場、磁場的邊界互相平行且與電場方向垂直.一個質(zhì)量為m、電荷量為q
45、的帶正電粒子在第1層電場左側(cè)邊界某處由靜止釋放,粒子始終在電場、磁場中運動,不計粒子重力及運動時的電磁輻射.,,,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,(1)求粒子在第2層磁場中運動時速度v2的大小與軌跡半徑r2;(2)粒子從第n層磁場右側(cè)邊界穿出時,速度的方向與水平方向的夾角為n,試求sinn;(3)若粒子恰好不能從第n層磁場右側(cè)邊界穿出,試問在其他條件不變的情況下,也進入第n層磁場,但比荷較該粒子大的粒子能否穿出該層磁場右側(cè)邊界,請簡要推理說明之.命題立意考查帶電粒子在電場中做勻變速直線運動或曲線運動,電場力做功改變粒子的動能,帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn),洛倫茲力不改變粒子速度的大小只改變
46、速度的方向,粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動.解題時要抓住聯(lián)系兩個場的“紐帶”速度.,,,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,,,,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,,,,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,,,,考向3考查帶電粒子在復合場、組合場中的運動,命題透視：帶電粒子在磁場中運動的實際應用主要有回旋加速器、質(zhì)譜儀、速度選擇器、磁流體發(fā)電機、霍爾效應、電磁流量計、磁發(fā)散與磁聚焦等模型,近幾年高考多次考查回旋加速器、霍爾效應、質(zhì)譜儀,目的是考查學生應用物理知識解決實際問題的能力.,,,考向4考查帶電粒子在磁場中運動的實際應用,,,,考向4考查帶電粒子在磁場中運動的實際應用,命題立意考查學生對回旋加速器原理的理解:回旋加速器能將粒子加速到的最大動能只與回旋加速器的半徑有關,與加速電壓無關;帶電粒子在回旋加速器中運動的時間等于在電場中的加速時間和磁場中做勻速圓周運動的時間的總和;帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期與速度無關.,,,考向4考查帶電粒子在磁場中運動的實際應用,,,,考向4考查帶電粒子在磁場中運動的實際應用,,,,考向4考查帶電粒子在磁場中運動的實際應用,,,,考向4考查帶電粒子在磁場中運動的實際應用,
2019版高考物理總復習 專題十 磁場課件.ppt
