2019年高考物理專題復(fù)習(xí) 磁場(chǎng)專題（二）.doc

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2019年高考物理專題復(fù)習(xí) 磁場(chǎng)專題（二） 回顧上節(jié)課磁場(chǎng)基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)。 二、新課講解 （一）考點(diǎn) 1、 電流的磁場(chǎng) 2、 磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、地磁場(chǎng) 3、 磁性材料、分子電流假說(shuō) 4、 磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用、安培力、左手定則 5、 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用、洛倫茲力，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 6、 質(zhì)譜儀、回旋加速器 （二）重難點(diǎn) 1、安培力的應(yīng)用和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 2、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)及應(yīng)用，比如霍爾效應(yīng)、質(zhì)譜儀、回旋加速器等 （三）易混點(diǎn) 1、磁場(chǎng)與電場(chǎng)的對(duì)比； 2、對(duì)較為復(fù)雜的空間方位關(guān)系，立體圖和平面圖的轉(zhuǎn)化。 三、知識(shí)點(diǎn)精講 （一）磁場(chǎng)基本性質(zhì) 1.磁場(chǎng)的產(chǎn)生 ⑴磁極周圍有磁場(chǎng)。(2)電流周圍有磁場(chǎng)（奧斯特）。 2.磁場(chǎng)的基本性質(zhì) 磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁極和電流有磁場(chǎng)力的作用(對(duì)磁極一定有力的作用；對(duì)電流只是可能有力的作用，當(dāng)電流和磁感線平行時(shí)不受磁場(chǎng)力作用)。這一點(diǎn)應(yīng)該跟電場(chǎng)的基本性質(zhì)相比較。 3.磁感應(yīng)強(qiáng)度 （條件是勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，或ΔL很小，并且L⊥B ）。 4.磁感線 ⑴用來(lái)形象地描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的曲線。磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，也就是在該點(diǎn)小磁針靜止時(shí)N極的指向。磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。 ⑵磁感線是封閉曲線（和靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不同）。 ⑶要熟記常見(jiàn)的幾種磁場(chǎng)的磁感線： 地球磁場(chǎng) 通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng) 通電環(huán)行導(dǎo)線周圍磁場(chǎng) ⑷安培定則（右手螺旋定則）：對(duì)直導(dǎo)線，四指指磁感線方向；對(duì)環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對(duì)長(zhǎng)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(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，其面積為S，則定義B與S的乘積為穿過(guò)這個(gè)面的磁通量，用Φ表示。Φ是標(biāo)量，但是有方向（進(jìn)該面或出該面）。單位為韋伯，符號(hào)為Wb。1Wb=1T?m2=1V?s=1kg?m2/(A?s2)。 可以認(rèn)為磁通量就是穿過(guò)某個(gè)面的磁感線條數(shù)。 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感線垂直于平面的情況下，B=Φ/S，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)B與S的夾角為α?xí)r，有Φ=BSsinα。 （二）安培力 （磁場(chǎng)對(duì)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(shí)）。 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(dǎo)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(chǎng)力的方向；當(dāng)兩導(dǎo)線互相垂直時(shí)，用左手定則判定。 α α 2.安培力大小的計(jì)算 F=BLIsinα（α為B、L間的夾角）高中只要求會(huì)計(jì)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(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力叫洛倫茲力，它是安培力的微觀表現(xiàn)。 I B F安 F 計(jì)算公式的推導(dǎo)：如圖所示，整個(gè)導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力（安培力）為F安 =BIL；其中I=nesv；設(shè)導(dǎo)線中共有N個(gè)自由電子N=nsL；每個(gè)電子受的磁場(chǎng)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(dāng)v與B成θ角時(shí)，F(xiàn)=qvBsinθ。 2.洛倫茲力方向的判定 B R ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ + － － － － ― 在用左手定則時(shí)，四指必須指電流方向（不是速度方向），即正電荷定向移動(dòng)的方向；對(duì)負(fù)電荷，四指應(yīng)指負(fù)電荷定向移動(dòng)方向的反方向。 3.洛倫茲力大小的計(jì)算 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中僅受洛倫茲力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力充當(dāng)向心力，由此可以推導(dǎo)出該圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式： 四、帶電粒子在混合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 速度選擇器 ＋＋＋＋＋＋＋ －－――――― v 正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)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(shuō)沿直線）通過(guò)速度選擇器。否則將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這個(gè)速度的大小可以由洛倫茲力和電場(chǎng)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(dǎo)線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對(duì)水平面的壓力將會(huì)＿＿(增大、減小還是不變？)。水平面對(duì)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(dǎo)線中電流的磁場(chǎng)中通過(guò)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(chǎng)力的合力豎直向上。磁鐵對(duì)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(guò)通電導(dǎo)線的那一條（如圖中細(xì)虛線所示），可看出導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)軌與水平面成α角，導(dǎo)軌寬L。勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。金屬桿長(zhǎng)也為L(zhǎng) ，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路總電流為I1時(shí)，金屬桿正好能靜止。求：⑴B至少多大？這時(shí)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(yīng)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(dāng)安培力方向沿導(dǎo)軌平面向上時(shí)安培力才最小，B也最小。根據(jù)左手定則，這時(shí)B應(yīng)垂直于導(dǎo)軌平面向上，大小滿足：BI1L=mgsinα， B=mgsinα/I1L。 當(dāng)B的方向改為豎直向上時(shí)，這時(shí)安培力的方向變?yōu)樗较蛴?，沿?dǎo)軌方向合力為零，得BI2Lcosα=mgsinα，I2=I1/cosα。（在解這類題時(shí)必須畫出截面圖，只有在截面圖上才能正確表示各力的準(zhǔn)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(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。正、負(fù)電子同時(shí)從同一點(diǎn)O以與MN成30角的同樣速度v射入磁場(chǎng)（電子質(zhì)量為m，電荷為e），它們從磁場(chǎng)中射出時(shí)相距多遠(yuǎn)？射出的時(shí)間差是多少？ 解：正負(fù)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(duì)稱性知：射入、射出點(diǎn)和圓心恰好組成正三角形。所以兩個(gè)射出點(diǎn)相距2r，由圖還看出經(jīng)歷時(shí)間相差2T/3。答案為射出點(diǎn)相距，時(shí)間差為。關(guān)鍵是找圓心、找半徑和用對(duì)稱。 y x o B v v a O/ 例4. 一個(gè)質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P(a，0)點(diǎn)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(qiáng)磁場(chǎng)中，并恰好垂直于y軸射出第一象限。求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和射出點(diǎn)的坐標(biāo)。 B v L R O y v 解：由射入、射出點(diǎn)的半徑可找到圓心O/，并得出半徑為；射出點(diǎn)坐標(biāo)為（0，）。 4.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) ⑴穿過(guò)矩形磁場(chǎng)區(qū)。一定要先畫好輔助線（半徑、速度及延長(zhǎng)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(shí)間由得出。 r v R v O/ O 注意，這里射出速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線的交點(diǎn)不再是寬度線段的中點(diǎn)，這點(diǎn)與帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)結(jié)論不同！ ⑵穿過(guò)圓形磁場(chǎng)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(shí)間由得出。 注意：由對(duì)稱性，射出線的反向延長(zhǎng)線必過(guò)磁場(chǎng)圓的圓心。 ⑴這個(gè)結(jié)論與離子帶何種電荷、電荷多少都無(wú)關(guān)。 ⑵若速度小于這一速度，電場(chǎng)力將大于洛倫茲力，帶電粒子向電場(chǎng)力方向偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力做正功，動(dòng)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(fù)雜曲線；若大于這一速度，將向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力將做負(fù)功，動(dòng)能將減小，洛倫茲力也將減小，軌跡是一條復(fù)雜曲線。 四、總結(jié)課堂，指出考點(diǎn)，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(dǎo)線M和N，通有同向等值電流；沿紙面與直導(dǎo)線M、N等距放置的另一根可自由移動(dòng)的通電導(dǎo)線ab，則通電導(dǎo)線ab在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的情況是　 A.沿紙面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 　　B.沿紙面順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 　　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(qiáng)磁場(chǎng)中，以一固定的正電荷為圓心，在圓形軌道上運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向垂直于它的運(yùn)動(dòng)平面，電場(chǎng)力恰是磁場(chǎng)力的三倍.設(shè)電子電量為e，質(zhì)量為m，磁感強(qiáng)度為B，那么電子運(yùn)動(dòng)的可能角速度應(yīng)當(dāng)是 　 　　　 3、空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和水平方向（垂直紙面向里）的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，已知一離子在電場(chǎng)力和洛侖茲力共同作用下，從靜止開始自A點(diǎn)沿曲線ACB運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零，C為運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn).不計(jì)重力，則　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　 A.該離子帶負(fù)電 B.A、B兩點(diǎn)位于同一高度 C.C點(diǎn)時(shí)離子速度最大 D.離子到達(dá)B點(diǎn)后，將沿原曲線返回A點(diǎn)　 4、一帶電粒子以一定速度垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則不受磁場(chǎng)影響的物理量是： A、速度 B、加速度 C、動(dòng)量 D、動(dòng)能 M N a b c d V B B 5、MN板兩側(cè)都是磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向如圖，帶電粒子（不計(jì)重力）從a位置以垂直B方向的速度V開始運(yùn)動(dòng)，依次通過(guò)小孔b、c、d，已知ab = bc = cd，粒子從a運(yùn)動(dòng)到d的時(shí)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(jì)重力）以初速度V0從a點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖。運(yùn)動(dòng)中經(jīng)過(guò)b點(diǎn)，oa=ob。若撤去磁場(chǎng)加一個(gè)與y軸平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，仍以V0從a點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)，粒子仍能通過(guò)b點(diǎn)，那么電場(chǎng)強(qiáng)度E與磁感強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)中的一塊薄金屬板，帶電粒子（不計(jì)重力）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)并穿過(guò)金屬板，虛線表示其運(yùn)動(dòng)軌跡，由圖知： A、粒子帶負(fù)電 B、粒子運(yùn)動(dòng)方向是abcde C、粒子運(yùn)動(dòng)方向是edcba D、粒子在上半周所用時(shí)間比下半周所用時(shí)間長(zhǎng) O a 8、帶負(fù)電的小球用絕緣絲線懸掛于O點(diǎn)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中擺動(dòng)，當(dāng)小球每次通過(guò)最低點(diǎn)A時(shí)： A、擺球受到的磁場(chǎng)力相同 B、擺球的動(dòng)能相同 C、擺球的動(dòng)量相同 D、向右擺動(dòng)通過(guò)A點(diǎn)時(shí)懸線的拉力大于向左擺動(dòng)通過(guò)A點(diǎn)時(shí)懸線的拉力 x y O A V0 9、如圖，磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，垂直穿過(guò)平面直角坐標(biāo)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(diǎn)沿著與y軸夾角為30方向進(jìn)入磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)的速度方向平行于x軸，那么： A、粒子帶正電 B、粒子帶負(fù)電 C、粒子由O到A經(jīng)歷時(shí)間 D、粒子的速度沒(méi)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(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直，若給導(dǎo)線通以垂直于紙面向里的電流，則……………………（ ） A、磁鐵對(duì)桌面壓力增大 B、磁場(chǎng)對(duì)桌面壓力減小 C、桌面對(duì)磁鐵沒(méi)有摩擦力 D、桌面對(duì)磁鐵摩擦力向右 11、有一個(gè)帶正電荷的離子，沿垂直于電場(chǎng)方向射入帶電平行板的勻強(qiáng)電場(chǎng).離子飛出電場(chǎng)后的動(dòng)能為Ek，當(dāng)在平行金屬板間再加入一個(gè)垂直紙面向內(nèi)的如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，離子飛出電場(chǎng)后的動(dòng)能為Ek/,磁場(chǎng)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(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子以某一初速度由A點(diǎn)進(jìn)入這個(gè)區(qū)域沿直線運(yùn)動(dòng)，從C點(diǎn)離開區(qū)域；如果這個(gè)區(qū)域只有電場(chǎng)，則粒子從B點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū)；如果這個(gè)區(qū)域只有磁場(chǎng)，則粒子從D點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū)；設(shè)粒子在上述三種情況下，從A到B點(diǎn)、A到C點(diǎn)和A到D點(diǎn)所用的時(shí)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(jì)) A.t1=t2=t3 B.t2t2 二、計(jì)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(dǎo)線恰好靜止不動(dòng)。已知直導(dǎo)線長(zhǎng)為l，質(zhì)量為m，通過(guò)的電流為I，方向如圖所示，整個(gè)裝置處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)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(dǎo)線對(duì)斜面無(wú)壓力，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)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(chǎng)（加速電壓為U）加速后，垂直進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)E方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，測(cè)出該粒子離開場(chǎng)區(qū)時(shí)的速度大小為V（不計(jì)重力），運(yùn)動(dòng)軌跡如圖。求粒子離開場(chǎng)區(qū)時(shí)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(diǎn)自由下落，P點(diǎn)距場(chǎng)區(qū)邊界MN高為h，邊界MN下方有方向豎直向下、電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，同時(shí)還有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，小球從邊界上的a點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)與磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)后，恰能作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并從邊界上的b點(diǎn)穿出，已知ab=L，求：（1）該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B的大小和方向；（2）小球從P經(jīng)a至b時(shí)，共需時(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)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(gè)帶電小球，可把它視為質(zhì)點(diǎn)，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(duì)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(chǎng)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(guò)程中，據(jù)機(jī)械能守恒定律有： mg2R=代人數(shù)據(jù)得v0=6m／s (2)對(duì)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(duì)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.