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,专题十 磁场,【,高考帮,物理,】,：专题十 磁场,1/136,考情精解读,A.,考点帮,知识全通关,目录,CONTENTS,考纲要求,命题规律,命题分析预测,考点,1,磁场描述及安培力应用,考点,2,带电粒子在匀强磁场中运动,考点,3,带电粒子在复合场、组合场中运动,2/136,方法,1,与安培力相关力电综合问题求解方法,方法,2,带电粒子在匀强磁场中做圆周运动分析方法,方法,3,带电粒子在有界匀强磁场中运动临界和极值问题分析方法,B.,方法帮,题型全突破,C.,考法帮,考向全扫描,考向,1,磁场描述、安培定则、安培力,考向,2,洛伦兹力及带电粒子在匀强磁场中运动,考向,3,考查带电粒子在复合场、组合场中运动,物理 专题十：磁场,方法,4,带电粒子在磁场中运动多解问题分析方法,方法,5,带电粒子在复合场、组合场中运动问题分析方法,方法,6,带电粒子在电磁场中运动主要模型求解方法,考向,4,考查带电粒子在磁场中运动实际应用,3/136,考情精解读,考纲要求,命题规律,命题分析预测,物理 专题十：磁场,4/136,1.,磁场、磁感应强度、磁感线,2.,通电直导线和通电线圈周围磁场方向,3.,安培力、安培力方向,4.,匀强磁场中安培力,5.,洛伦兹力、洛伦兹力方向,6.,洛伦兹力公式,7.,带电粒子在匀强磁场中运动,8.,质谱仪和盘旋加速器,说,明,:1,.,安培力计算只限于电流与磁感应强度垂直情形,2.,洛伦兹力计算只限于速度与磁场方向垂直情形,考纲要求,5/136,关键考点,考题取样,考向必究,1.磁场描述及安培力应用,全国,T19,全国,T21,全国,T18,考查安培定则、左手定则及磁场叠加(考向1),经过电动机原理考查磁场对电流作用(考向1),考查安培定则、磁感应强度矢量叠加(考向1),2.带电粒子在匀强磁场中运动,全国,T18,全国,T24,全国,T18,全国,T18,全国,T14,四川,T7,带电粒子在有界匀强磁场中运动(考向2),带电粒子在磁场中运动(考向2),带电粒子在匀强磁场中运动(考向2),结合圆周运动规律考查带电粒子在有界匀强磁场中运动(考向2),考查磁场对带电粒子作用(考向2),结合带电粒子在匀强磁场中运动规律考查粒子在有界磁场中运动临界问题(考向2),3.带电粒子在复合场、组合场中运动,全国,T16,天津,T11,全国,T15,四川,T11,江苏,T15,考查带电微粒在重力场,电场和磁场中运动(考向3),带电粒子在组合场中运动(考向3),利用质谱仪考查带电粒子在电场和磁场中运动(考向4),考查带电体在有界复合场中运动(考向3),考查盘旋加速器中原理和应用(考向4),命题规律,6/136,本专题是高考热点之一,磁场叠加及简单磁偏转问题多以选择题形式考查,.,计算题几乎每年都考,多以压轴题形式出现,考查复合场下动力学分析问题,对综合分析能力、空间想象及建模能力、利用数学知识处理物理问题能力要求非常高,命题分析预测,7/136,A.,考点帮,知识全通关,考点,1,磁场描述及安培力应用,考点,2,带电粒子在匀强磁场中运动,考点,3,带电粒子在复合场、组合场中运动,物理 专题十：磁场,8/136,1,.,磁场与电场对比,考点,1,磁场描述及安培力应用,磁场,电场,产生,磁体、电流、运动电荷周围产生一个特殊物质,电荷周围产生一个特殊物质,特征,对处于其中磁体、电流和运动电荷有力作用,对放入其中电荷产生力作用,方向,小磁针静止时N极所指方向或小磁针N极受力方向,正电荷受力方向或负电荷受力反方向,9/136,2.,磁感应强度与电场强度对比,物理 专题十：磁场,磁感应强度,B,电场强度,E,物理意义,描述磁场力性质物理量,描述电场力性质物理量,定义式,大小决定原因,由磁场本身决定,与试探电流无关,由电场本身决定,与试探电荷无关,与力关系,试探电流所受磁场力,F=0,时,B,不一定为,0,试探电荷所受电场力,F,=0,时,E,一定为,0,标矢性,矢量,其方向沿磁感线切线方向,是小磁针N极受力方向,矢量,其方向沿电场线切线方向,是放入该点正电荷受力方向,场叠加,合磁感应强度等于各磁感应强度矢量和,合场强等于各个电场强度矢量和,单位,1 T=1 N/(Am),1 V/m=1 N/C,10/136,3,.,几个常见磁场,(1),常见磁体磁场,物理 专题十：磁场,(2),几个电流周围磁场分布,直线电流磁场,通电螺线管磁场,环形电流磁场,特点,无磁极、非匀强,且距导线越远处磁场越弱,与条形磁铁磁场相同,管内为匀强磁场且磁场由SN,管外为非匀强磁场,环形电流两侧是N极和S极,且两侧离圆环中心越远,磁场越弱,安培定则,11/136,续表,物理 专题十：磁场,直线电流磁场,通电螺线管磁场,环形电流磁场,立体图,横截面,纵截面,12/136,(3),地磁场,地磁场,N,极在地理南极附近,S,极在地理北极附近,磁感线分布如图所表示,.,在赤道平面上,距离地球表面高度相等各点,磁感应强度大小相等,且方向水平向北,.,在北半球地磁场水平分量向北,竖直分量向下,;,在南半球地磁场水平分量向北,竖直分量向上,.,物理 专题十：磁场,13/136,4,.,安培力,(1),安培力方向,用左手定则判断,:,伸开左手,让拇指与其余四个手指垂直,而且都与手掌在同一个平面内,;,让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流方向,这时拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力方向,.,安培力方向特点,:,F,B,F,I,即,F,垂直于,B,、,I,决定平面,(,注意,B,和,I,能够不垂直,),.,(2),安培力大小,F=BIL,sin,(,其中,为,B,与,I,之间夹角,L,为导线在磁场中有效长度,公式适用条件为匀强磁场,),物理 专题十：磁场,14/136,1,.,安培力和洛伦兹力比较,考点,2,带电粒子在匀强磁场中运动,安培力,洛伦兹力,作用对象,通电导体,运动电荷,力大小,F,安,=,BIL,(,I,B,),F,=0(,I,B,),F,洛,=,qvB,(,v,B,),F,洛,=0(,v,B,),力方向,左手定则(F安垂直于I与B所决定平面),左手定则(F洛垂直于v与B所决定平面,且需区分正负电荷),作用效果,改变导体棒运动状态,对导体棒做功,实现电能和其它形式能相互转化,只改变速度方向,不改变速度大小;洛伦兹力永远不对电荷做功,本质联络,安培力实际上是在导线中定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现,15/136,2,.,洛伦兹力与电场力比较,物理 专题十：磁场,对应力内容项目,洛伦兹力,电场力,产生条件,v,0,且,v,不与,B,平行,电荷处于电场中,大小,F,=,qvB,(,v,B,),F=qE,力方向与场,方向关系,一定是,F,B,F,v,与电荷电性无关,正电荷受力方向与电场方向相同,负电荷受力方向与电场方向相反,做功情况,任何情况下都不做功,可能做正功、负功,也可能不做功,力为零时,场情况,F,为零,B,不一定为零,F,为零,E,一定为零,作用效果,只改变电荷运动速度方向,不改变速度大小,既能够改变电荷运动速度大小,也能够改变速度方向,16/136,物理 专题十：磁场,17/136,考点,3,带电粒子在复合场、组合场中,运动,1,.,三种场比较,项目名称,力特点,功和能特点,重力场,大小,:,G,=,mg,方向,:,竖直向下,重力做功与路径无关,重力做功改变物体重力势能,静电场,大小,:,F,=,qE,方向,:(1),正电荷受力方向与场强方向相同,;(2),负电荷受力方向与场强方向相反,电场力做功与路径无关,电场力做功改变电势能,磁场,洛伦兹力F=qvBsin;方向经过左手定则判断,洛伦兹力不做功,不改变带电粒子动能,18/136,2,.,带电粒子在复合场中运动分类,(1),静止或匀速直线运动,当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动,.,(2),匀速圆周运动,当带电粒子所受重力与电场力大小相等,方向相反时,带电粒子在洛伦兹力作用下,在垂直于匀强磁场平面内做匀速圆周运动,.,物理 专题十：磁场,19/136,B.,方法帮,题型全突破,方法,1,与安培力相关力电综合问题求解方法,方法,2,带电粒子在匀强磁场中做圆周运动分析方法,方法,3,带电粒子在有界匀强磁场中运动临界和极值问题,分析方法,方法,4,带电粒子在磁场中运动多解问题分析方法,方法,5,带电粒子在复合场、组合场中运动问题分析方法,方法,6,带电粒子在电磁场中运动主要模型求解方法,物理 专题十：磁场,20/136,方法,1,与安培力相关力电综合问题求解方法,方法解读：,1,.,对安培力了解,使用安培力公式,F=BIL,时要满足,:,(1),B,与,I,垂直,;,(2),L,是有效长度,即垂直磁感应强度方向长度,如弯曲导线有效长度,L,等于两端点所连直线长度,(,如图所表示,),对应电流方向沿,L,由始端流向末端,因为任意形状闭合线圈,其有效长度为零,所以闭合线圈通电后在匀强磁场中,受到安培力矢量和为零,.,2,.,在安培力作用下导体平衡和加速问题分析思绪,21/136,方法,1,与安培力相关力电综合问题求解方法,(1),选定研究对象,.,(2),变三维为二维,如侧视图、剖面图或俯视图等,并画出平面受力分析图,其中安培力方向要注意,F,安,B,、,F,安,I.,(3),列平衡方程或依据牛顿第二定律列方程进行求解,.,3,.,通电导体所受安培力方向判断方法,(1),判定通电导体在安培力作用下运动方向或运动趋势方向,首先必须搞清楚导体所在位置磁场分布情况,然后利用左手定则判定导体受力情况,进而确定导体运动方向或运动趋势方向,.,五种惯用方法以下表所表示,.,电流元法,把整段弯曲通电导体等效为多段直线电流元,先用左手定则判断每小段电流元受到安培力方向,再判断整段导体所受协力方向,最终确定整段导体运动情况,特殊位置法,由导体在特殊位置所受安培力,判断出导体运动方向,然后推广到普通位置,等效法,环形电流能够等效成小磁针或条形磁铁,小磁针或条形磁铁也能够等效成环形电流,通电螺线管能够等效成条形磁铁,也可视为多个环形电流,22/136,方法,1,与安培力相关力电综合问题求解方法,续表,(2),在应用左手定则判定安培力方向时,磁感线方向不一定垂直于电流方向,但安培力方向一定与磁场方向和电流方向都垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定平面,.,结论法,两直线电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥;两直线电流不平行时,有转到相互平行且电流方向相同趋势,转换研究,对象法,定性分析磁体在电流产生磁场作用下怎样运动问题时,可先分析电流在磁体磁场中所受安培力,然后依据牛顿第三定律确定磁体在电流产生磁场中受到作用力,从而确定磁体所受协力及运动情况,23/136,题型,1,在安培力作用下导体转动问题,考法示例,1,如图所表示,把一重力不计通电直导线水平放在蹄形磁铁两极正上方,导线能够自由转动,当导线通入图示方向电流,I,时,导线运动情况是,(,从上往下看,),A.,顺时针方向转动,同时下降,B.,顺时针方向转动,同时上升,C.,逆时针方向转动,同时下降,D.,逆时针方向转动,同时上升,物理 专题十：磁场,24/136,解析,如图所表示,把通电直导线中电流等效为,AO,、,OB,两段电流元,AO,段电流元所在处磁场方向倾斜向上,依据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外,;,OB,段电流元所在处磁场方向倾斜向下,同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里,.,综上可知导线将以,O,点为轴顺时针转动,(,俯视,),.,取把导线转过,90,特殊位置来分析,依据左手定则判得顺时针转动时安培力方向向下,故导线在顺时针转动同时向下运动,选项,A,正确,.,答案,A,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,25/136,考法示例,2,如图所表示,条形磁铁放在光滑斜面上,用平行于斜面轻弹簧拉住而平衡,A,为水平放置直导线截面,导线中无电流时磁铁对斜面压力为,F,N,1,;,当导线中有垂直纸面向外电流时,磁铁对斜面压力为,F,N,2,则以下关于压力和弹簧伸长量说法中正确是,A.,F,N,1,F,N,2,弹簧伸长量增大,D.,F,N,1,F,N,2,弹簧伸长量减小,物理 专题十：磁场,26/136,解析,采取,“,转换研究对象法,”:,因为条形磁铁磁感线是从,N,极出发到,S,极,所以可画出磁铁在导线,A,处一条磁感线,此处磁感应强度方向斜向左下方,如图所表示,导线,A,中电流垂直纸面向外,由左手定则可判断导线,A,必受斜向右下方安培力,由牛顿第三定律可知磁铁所受导线,A,作用力方向是斜向左上方,所以磁铁对斜面压力减小,F,N,1,F,N,2,.,同时,因为导线,A,比较靠近,N,极,安培力方向与斜面夹角小于,90,所以电流对磁铁作用力有沿斜面向下分力,使得弹簧弹力增大,可知弹簧伸长量增大,所以正确选项为,C,.,答案,C,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,27/136,考法示例,3,如图所表示,轻质导电线圈挂在磁铁,N,极附近,当线圈通以图示方向电流时,线圈将,(,未通电时线圈在纸面内,),A.,不动,B.,转动,同时靠近磁铁,C.,转动,同时离开磁铁,D.,不转动,只靠近磁铁,物理 专题十：磁场,28/136,解析,通电线圈可等效为圆心处一个小磁针,其,N,极指向纸内,S,极指向纸外,而磁铁在线圈圆心处磁场方向为水平向右,故小磁针从上向下看顺时针转动,如图所表示,同时,异名磁极相互吸引,故线圈向磁铁靠近,选项,B,正确,.,答案,B,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,29/136,题型,2,安培力作用下平衡问题,考法示例,2,如图所表示,两平行金属导轨间距离,L=,0,.,40 m,金属导轨所在平面与水平面夹角,=,37,在导轨所在平面内分布着磁感应强度,B=,0,.,50 T,、方向垂直于导轨所在平面向上匀强磁场,金属导轨一端接有电动势,E=,4,.,5 V,、内阻,r=,0,.,50,直流电源,.,现把一个质量,m=,0,.,04 kg,导体棒,ab,放在金属导轨上,导体棒恰好静止,.,导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触两点间电阻,R,0,=,2,.,5,金属导轨电阻不计,g,取,10 m/s,2,.,已知,sin 37,=,0,.,60,cos 37,=,0,.,80,求,:,(1),经过导体棒电流,;,(2),导体棒受到安培力大小,;,(3),导体棒受到摩擦力,.,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,30/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,31/136,方法,2,带电粒子在匀强磁场中做圆周运动分析方法,方法解读：,带电粒子在匀强磁场中运动圆心、半径及运动时间确实定,基本思绪,图例,说明,(1)与速度方向垂直直线过圆心,(2)弦垂直平分线过圆心,(3)轨迹圆弧与边界切点法线过圆心,P、M点速度垂线交点,P点速度垂线与弦垂直平分线交点,某点速度垂线与切点法线交点,32/136,方法,1,匀变速直线运动规律应用方法,续表,方法,2,带电粒子在匀强磁场中做圆周运动分析方法,利用平面知识求半径,33/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,34/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,35/136,方法,3,带电粒子在有界匀强磁场中运动临界和极值问题分析方法,方法解读：,1,.,分析临界问题关键,:,找准临界点,以题目中,“,恰好,”“,最大,”“,最高,”“,最少,”,等词语为突破口,挖掘隐含条件,分析可能情况,必要时画出几个半径不一样轨迹,找出临界条件,如,:,(1),刚好穿出磁场边界条件是带电粒子在磁场中运动轨迹与边界相切,;,(2),当速率,v,一定时,弧长,(,或弦长,),越长,圆心角越大,则带电粒子在有界匀强磁场中运动时间越长,;,(3),圆形匀强磁场中,当运动轨迹圆半径大于磁场区域圆半径时,则入射点和出射点为磁场直径两端点时,轨迹对应偏转角最大,.,2,.,有界磁场中临界问题处理方法,36/136,方法,3,带电粒子在有界匀强磁场中运动临界和极值问题分析方法,37/136,方法,3,带电粒子在有界匀强磁场中运动临界和极值问题分析方法,38/136,方法,3,带电粒子在有界匀强磁场中运动临界和极值问题分析方法,39/136,方法,3,带电粒子在有界匀强磁场中运动临界和极值问题分析方法,(3),圆形磁场,相交于圆心,:,带电粒子沿指向圆心方向进入磁场,则出磁场时速度反向延长线一定过圆心,即两速度矢量相交于圆心,如图丙所表示,.,直径最小,:,带电粒子从直径一个端点射入磁场,则从该直径另一端点射出时,圆形磁场区域面积最小,如图丁所表示,.,(4),环状磁场,径向出入,:,带电粒子沿,(,逆,),半径方向射入磁场,若能返回同一边界,则一定逆,(,沿,),半径方向射出磁场,.,最值相切,:,当带电粒子运动轨迹与圆相切时,粒子有最大速度,而磁场有最小磁感应强度,如图戊所表示,.,40/136,物理 专题十：磁场,41/136,物理 专题十：磁场,42/136,答案,BD,尤其提醒,解答带电粒子在有界磁场中运动问题,关键在于掌握半径以及周期公式,并作出粒子运动轨迹图,依据轨迹图结合几何关系判定粒子临界条件,.,物理 专题十：磁场,43/136,考法示例,7,四川高考,7,6,分,多项选择,如图所表示,S,处有一电子源,可向纸面内任意方向发射电子,平板,MN,垂直于纸面,在纸面内长度,L=,9,.,1 cm,中点,O,与,S,间距离,d=,4,.,55 cm,MN,与,SO,直线夹角为,板所在平面有电子源一侧区域有方向垂直于纸面向外匀强磁场,磁感应强度,B=,2,.,0,10,-,4,T,.,电子质量,m=,9,.,1,10,-,31,kg,电荷量,e=-,1,.,6,10,-,19,C,不计电子重力,.,电子源发射速度,v=,1,.,6,10,6,m/s,一个电子,该电子打在板上可能位置区域长度为,l,则,A.,=,90,时,l=,9,.,1 cm,B.,=,60,时,l=,9,.,1 cm,C,.=,45,时,l=,4,.,55 cm,D.,=,30,时,l=,4,.,55 cm,物理 专题十：磁场,44/136,物理 专题十：磁场,45/136,题型,5,磁场区域最小面积问题,考法示例,8,一质量为,m,、带电荷量为,q,粒子以速度,v,0,从,O,点沿,y,轴正方向射入磁感应强度为,B,一圆形匀强磁场,(,未画出,),磁场方向垂直于纸面,粒子飞出磁场区域后,从,b,处穿过,x,轴,速度方向与,x,轴正向夹角为,30,如图所表示,(,粒子重力忽略不计,),.,试求,:,(1),圆形磁场区域最小面积,;,(2),粒子从,O,点进入磁场区抵达,b,点所经历时间,;,(3),b,点坐标,.,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,46/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,47/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,48/136,题型,6,带电粒子在有界磁场中运动最大速度问题,考法示例,6,如图所表示,两个同心圆,半径分别为,r,和,2,r,在两圆之间环形区域内存在垂直纸面向里匀强磁场,磁感应强度为,B.,圆心,O,处有一放射源,能够释放出质量为,m,、带电荷量为,q,粒子,假设粒子速度方向都和纸面平行,.,(1),图中箭头表示某一粒子初速度方向,OA,与初速度方向夹角为,60,要想使该粒子从磁场第一次穿出时恰好经过,A,点,则初速度大小是多少,?,(2),要使粒子不穿出环形区域外边界,则粒子初速度不能超出多少,?,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,49/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,50/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,51/136,方法,4,带电粒子在磁场中运动多解问题分析方法,方法解读：,1,.,带电粒子电性不确定形成多解,受洛伦兹力作用带电粒子,可能带正电,也可能带负电,在相同初速度条件下,正、负粒子在磁场中运动轨迹不一样,形成多解,.,如图甲所表示,带电粒子以速率,v,垂直进入匀强磁场,假如带正电,其轨迹为,a,假如带负电,其轨迹为,b.,2,.,磁场方向不确定形成多解,有些题目只告诉了磁感应强度大小,而未详细指出磁感应强度方向,此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成多解,.,如图乙所表示,带正电粒子以速率,v,垂直进入匀强磁场,假如磁场方向垂直纸面向里,其轨迹为,a,假如磁场方向垂直纸面向外,其轨迹为,b.,52/136,方法,4,带电粒子在磁场中运动多解问题分析方法,3,.,临界状态不唯一形成多解,带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时,若粒子运动轨迹是不确定圆弧状,所以,它可能穿过去了,也可能转过,180,从入射界面这边反向飞出,如图丙所表示,于是形成多解,.,4,.,运动周期性形成多解,带电粒子在部分是电场,部分是磁场空间运动时,运动往往含有往复性,如图丁所表示,从而形成多解,.,53/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,54/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,55/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,56/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,57/136,尤其提醒,(1),粒子垂直边界,PQ,从,G,点进入上部磁场区域,在该磁场区域经过部分圆周运动后从,E,点垂直边界,PQ,回到,EF,、,GH,之间磁场区域,.,(2),假如,EF,不动,GH,右移,只与板碰一次就回到,S,点,造成多解原因有两个,一个是周期性问题,另一个是因为遵照反射定律造成多解问题,.,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,58/136,题型,8,运动周期性形成多解,考法示例,11,如图甲所表示,M,、,N,为竖直放置且彼此平行两块平板,板间距离为,d,两板中央各有一个小孔,分别为,O,、,O,且它们正对,在两板间有垂直于纸面方向磁场,磁感应强度随时间改变如图乙所表示,设垂直纸面向里磁场方向为正方向,.,有一群正离子在,t=,0,时垂直于,M,板从小孔,O,射入磁场,.,已知正离子质量为,m,、带电荷量为,q,正离子在磁场中做匀速圆周运动周期与磁感应强度改变周期都为,T,0,不考虑因为磁场改变而产生电场影响,不计离子所受重力,.,求,:,(1),磁感应强度,B,0,大小,;,(2),要使正离子从,O,孔垂直于,N,板射出磁场,正离子射入磁场时速度,v,0,可能值,.,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,59/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,60/136,尤其提醒,本题是一个经典周期性多解问题,对于这类问题,能够先依据磁场改变情况尝试画出粒子运动轨迹示意图,从图中判断运动周期性,再依据时间关系或位移关系写出通项公式,.,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,61/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,62/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,63/136,答案,BC,尤其提醒,(1),本题中没有交代粒子带电荷量性质,故存在两种可能即带正电荷和带负电荷,.,(2),带电粒子垂直进入有界匀强磁场,刚好不能穿出磁场边界临界条件是带电粒子在磁场中运动轨迹与边界相切,.,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,64/136,方法,5,带电粒子在复合场、组合场中运动问题分析方法,方法解读：,1,.,带电粒子在复合场中无约束情况下运动,常见运动形式分析,:,(1),带电粒子在复合场中做匀速圆周运动,带电粒子进入匀强电场、匀强磁场和重力场共同存在复合场中,重力和电场力等大反向,两个力协力为零,粒子运动方向和磁场方向垂直时,带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,.,(2),带电粒子在复合场中直线运动,自由带电粒子,(,无轨道约束,),在匀强电场、匀强磁场和重力场组成复合场中直线运动应该是匀速直线运动,这是因为电场力和重力都是恒力,若它们协力不与洛伦兹力平衡,则带电粒子速度大小和方向都会改变,就不可能做直线运动,.,(,粒子沿磁场方向运动除外,),65/136,方法,5,带电粒子在复合场、组合场中运动问题分析方法,2,.,带电粒子在复合场中有约束情况下运动带电粒子在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束情况下,常见运动形式有直线运动和圆周运动,此时解题要经过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功特点,用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果,.,3,.,带电粒子在复合场中运动解题思绪,66/136,方法,5,带电粒子在复合场、组合场中运动问题分析方法,注意,:,对于粒子连续经过几个不一样情况场问题,要分阶段进行处理,.,转折点速度往往成为解题突破口,.,4,.,处理带电粒子在组合场中运动问题分析方法,67/136,方法,5,带电粒子在复合场、组合场中运动问题分析方法,5,.,带电粒子在交变复合场中运动问题基本思绪,68/136,题型,10,带电粒子在有约束复合场中运动,考法示例,10,一个质量,m=,0,.,1 g,小滑块,带有,q=,5,10,-,4,C,电荷量,放置在倾角,=,30,光滑绝缘斜面上,斜面固定且置于,B=,0,.,5 T,匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里,如图所表示,小滑块由静止开始沿斜面下滑,斜面足够长,小滑块滑至某一位置时,要离开斜面,(,g,取,10 m/s,2,),.,求,:,(1),小滑块带何种电荷,?,(2),小滑块离开斜面时瞬时速度多大,?,(3),该斜面长度最少多长,?,物理 专题十：磁场,69/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,70/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,71/136,题型,11,带电粒子在无约束复合场中运动,考法示例,14,如图所表示,在竖直平面内建立直角坐标系,xOy,其第一象限存在着正交匀强电场和匀强磁场,电场强度方向水平向右,磁感应强度方向垂直纸面向里,.,一带电荷量为,+q,、质量为,m,微粒从原点出发沿与,x,轴正方向夹角为,45,初速度进入复合场中,恰好做直线运动,当微粒运动到,A,(,l,l,),时,电场方向突然变为竖直向上,(,不计电场改变时间,),微粒继续运动一段时间后,恰好垂直于,y,轴穿出复合场,.,不计一切阻力,求,:,(1),电场强度,E,大小,;,(2),磁感应强度,B,大小,;,(3),粒子在复合场中运动时间,.,物理 专题十：磁场,72/136,物理 专题十：磁场,73/136,物理 专题十：磁场,74/136,尤其提醒,(1),带电粒子在重力场、电场、磁场复合场中只受重力、电场力、洛伦兹力作用时做直线运动一定是匀速直线运动,且这三个力协力为零,.,(2),在复合场中,当电场力和重力平衡时,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,.,物理 专题十：磁场,75/136,题型,12,带电粒子在复合场中运动能量问题,考法示例,15,多项选择,如图所表示,带电平行板中匀强电场,E,方向竖直向上,匀强磁场,B,方向垂直纸面向里,.,一带电小球从光滑绝缘轨道上,A,点自由滑下,经,P,点进入板间后恰好沿水平方向做直线运动,.,现使小球从较低,C,点自由滑下,经,P,点进入板间,则小球在板间运动过程中,A.,动能将会增大,B.,电势能将会减小,C.,所受电场力将会增大,D.,所受磁场力将会增大,物理 专题十：磁场,76/136,解析：,由题意判断可知小球带正电,从,A,点滑下进入复合场区域时做直线运动,则小球受力平衡,即,mg=qE+qvB,从,C,点滑下进入复合场区域时,速度小于从,A,点滑下时进入复合场区域时速度,则,mgqE+qvB,小球向下偏转,重力做正功,电场力做负功,因为,mgqE,则协力做正功,小球电势能和动能均增大,且洛伦兹力,F=qvB,也增大,选项,A,、,D,正确,选项,B,错误,;,因为板间电场是匀强电场,则小球所受电场力恒定,选项,C,错误,.,答案,AD,尤其提醒,1,.,带电粒子从,A,点滑下进入复合场区域时做直线运动,则小球受力平衡,即,mg=qE+qvB.,2,.,复合场中洛伦兹力不做功不过洛伦兹力大小会影响粒子偏转方向也会影响重力和电场力做功,.,本题中粒子从,C,点滑下进入复合场区域时,速度小于从,A,点滑下时进入复合场区域速度,则,mgqE+qvB,小球向下偏转,重力做正功,电场力做负功,合外力做正功,.,物理 专题十：磁场,77/136,题型,13,带电粒子在组合场中运动问题,考法示例,16,如图所表示,在第一象限存在匀强磁场,(,未画出,),磁感应强度方向垂直于纸面,(,xy,平面,),向外,;,在第四象限存在匀强电场,(,未画出,),方向沿,x,轴负向,.,在,y,轴正半轴上某点以与,x,轴正向平行、大小为,v,0,速度发射出一带正电荷粒子,该粒子在,(,d,0),点沿垂直于,x,轴方向进入电场,.,不计重力,.,若该粒子离开电场时速度方向与,y,轴负方向夹角为,求,:,(1),电场强度大小与磁感应强度大小比值,;,(2),该粒子在电场中运动时间,.,物理 专题十：磁场,78/136,物理 专题十：磁场,79/136,尤其提醒,带电粒子在磁场和电场中运动区分,:,带电粒子垂直磁感线方向进入匀强磁场时做匀速圆周运动,平行磁感线方向进入匀强磁场时做匀速直线运动,;,带电粒子平行电场线方向进入匀强电场时做匀变速直线运动,垂直电场线方向进入匀强电场时做类平抛运动,.,物理 专题十：磁场,80/136,物理 专题十：磁场,81/136,物理 专题十：磁场,82/136,物理 专题十：磁场,83/136,物理 专题十：磁场,84/136,方法,6,带电粒子在电磁场中运动主要模型求解方法,装置,原理图,规律,速度选,择器,磁流体,发电机,85/136,方法,6,带电粒子在电磁场中运动主要模型求解方法,续表,装置,原理图,规律,电磁流,量计,霍尔,效应,当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直方向上出现电势差,86/136,方法,6,带电粒子在电磁场中运动主要模型求解方法,续表,装置,原理图,规律,质谱仪,盘旋加速器,磁聚焦与磁,发散,一个圆形匀强磁场区域,带电粒子从圆周上一点沿垂直于磁场方向射入磁场,若粒子轨道半径与圆形磁场区域半径相同,则这些粒子将沿平行方向射出磁场,反之假如平行进入磁场必将汇聚于圆周上一点,87/136,物理 专题十：磁场,88/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,89/136,数学 第四章：三角函数,物理 专题十：磁场,90/136,题型,16,盘旋加速器问题,考法示例,19,盘旋加速器是用于加速带电粒子流,使之取得很大动能仪器,其关键部分是两个,D,形金属扁盒,两扁盒分别和一高频交流电源两极相接,方便在盒间狭缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速,.,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,粒子源置于盒圆心附近,若粒子源射出粒子电荷量为,q,、质量为,m,粒子最大盘旋半径为,R,max,磁场磁感应强度为,B,其运动轨迹如图所表示,问,:,(1),粒子在盒内磁场中做何种运动,?,(2),粒子在两盒间狭缝内做何种运动,?,(3),所加交变电压频率为多大,?,粒子运动角速度为多大,?,(4),粒子离开加速器时速度为多大,?,物理 专题十：磁场,91/136,物理 专题十：磁场,92/136,物理 专题十：磁场,93/136,题型,17,磁聚焦与磁扩散问题,考法示例,20,如图所表示,x,轴正方向水平向右,y,轴正方向竖直向上,.,在半径为,R,圆形区域内加一与,xOy,平面垂直匀强磁场,.,在坐标原点,O,处放置一带电微粒发射装置,它能够连续不停地发射含有相同质量,m,、电荷量,q,(,q,0),且初速度为,v,0,带电粒子,不计粒子重力,.,调整坐标原点,O,处带电微粒发射装置,使其在,xOy,平面内不停地以相同速率,v,0,沿不一样方向将这种带电微粒射入,x,轴上方,现要求这些带电微粒最终都能平行于,x,轴正方向射出,则带电微粒速率,v,0,必须满足什么条件,?,物理 专题十：磁场,94/136,物理 专题十：磁场,95/136,物理 专题十：磁场,96/136,题型,18,速度选择器、电磁流量计、霍尔效应、磁流体发电机相关问题,考法示例,21,如图所表示,一电子束垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向,A,极板,为了使电子束沿射入方向做直线运动,可采取方法是,A.,将变阻器滑片,P,向右滑动,B.,将变阻器滑片,P,向左滑动,C.,将极板间距离适当减小,D.,将极板间距离适当增大,物理 专题十：磁场,97/136,物理 专题十：磁场,98/136,物理 专题十：磁场,99/136,物理 专题十：磁场,100/136,物理 专题十：磁场,101/136,物理 专题十：磁场,102/136,C.,考法帮,考向全扫描,考向,1,磁场描述、安培定则、安培力,考向,2,洛伦兹力及带电粒子在匀强磁场中运动,考向,3,考查带电粒子在复合场、组合场中运动,考向,4,考查带电粒子在磁场中运动实际应用,物理 专题十：磁场,103/136,带电粒子在磁场中运动问题是高考中必考点,、,重点和难点,.,本专题内容高考主要分三个层次进行考查,:,一是双基过关类问题,突出对在洛伦兹力作用下带电粒子做圆周运动运动学量,(,半径、速度、时间、周期等,),考查,以考查对知识了解能力为主,通常以选择题形式出现,;,二是能力提升类题目,突出对思维能力和综合能力考查,这类题即使有一定难度,但经过大量训练后,处理这类问题并不困难,;,三是创新性题目,突出本部分内容在实际生活中应用,以考查思维能力和理论联络实际能力为主,这类题有相对较大难度,甚至会作为压轴题出现,.,考情揭秘,104/136,命题透视,:,对于磁场描述、安培定则和安培力等知识,在高考中主要考查对磁感应强度了解,地磁场方向判断,电流磁场方向判断,电流磁场叠加以及通电导线在磁场中加速运动和平衡问题,.,常以选择题形式出现,难度适中,.,考向,1,磁场描述、安培定则、安培力,105/136,示例,13,地磁场,北京高考,17,6,分,中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角,:“,以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也,.,”,深入研究表明,地球周围地磁场磁感线分布示意如图所表示,.,结合上述材料,以下说法不正确是,A,.,地理南、北极与地磁场南、北极不重合,B,.,地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近,C,.,地球表面任意位置地磁场方向都与地面平行,D,.,地磁场对射向地球赤道带电宇宙射线粒子有力作用,考向,1,磁场描述、安培定则、安培力,106/136,命题立意,考查学生对地磁场了解,:,赤道地磁场水平向北,;,北半球地磁场水平分量向北竖直分量向下,;,南半球地磁场水平分量向北竖直分量向上,.,解析,依据,“,则能指南,然常微偏东,不全南也,”,知,选项,A,正确,.,由题图可知地磁场南极在地理北极附近,选项,B,正确,.,由图可知在两极附近地磁场与地面不平行,选项,C,不正确,.,由图可知赤道附近地磁场与地面平行,射向地面带电宇宙射线粒子运动方向与磁场方向垂直,会受到磁场力作用,选项,D,正确,.,答案,C,考向,1,磁场描述、安培定则、安培力,107/136,考向,1,磁场描述、安培定则、安培力,108/136,考向,1,磁场描述、安培定则、安培力,109/136,考向,1,磁场描述、安培定则、安培力,110/136,示例,26,磁场对电流安培力作用,全国卷,24,12,分,如图所表示,一长为,10 cm,金属棒,ab,用两个完全相同弹簧水平地悬挂在匀强磁场中,;,磁场磁感应强度大小为,0,.,1 T,方向垂直于纸面向里,;,弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘,.,金属棒经过开关与一电动势为,12 V,电池相连,电路总电阻为,2,.,已知开关断开时两弹簧伸长
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