xx届高考物理第一轮考点复习教案14

1 / 12 XX 届高考物理第一轮考点复习教案 10 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址莲山课 件 m 静悟导读提纲：（七）磁场 【考试说明】 磁场 磁场、磁感应强度、磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 安培力、安培力的方向 匀强磁场中的安培力 洛仑兹力、洛仑兹力的方向 洛仑兹力公式 带电粒子在匀强磁场中的运动 质谱仪和回旋加速器 2 / 12 安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形 洛仑兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形 【知识网络】 【考试说明解读】 一、磁场 1磁场的方向： （ 1）磁感线在该点的切线方向 ; （ 2）规定在磁场中任意一点小磁针北极的受力方向（小磁针静止时 N 极的指向）为该点处磁场方向。 （ 3）对磁体：外部 (NS)，内部 (SN)组成闭合曲线；这点与静电 场电场线 (不成闭合曲线 )不同。 （ 4）电流产生的磁场方向用安培左手定则判断 2地磁场的磁感线分布特点： 要明确三个问题： (磁极位置 ?赤道处磁场特点 ?南北半球磁场方向 ?) （ 1）地球是一个巨大的磁体、地磁的 N 极在地理的南极附近，地磁的 S 极在地理的北极附近； （ 2）地磁场的分布和条形磁体磁场分布近似； （ 3）在地球赤道平面上，地磁场方向都是由北向南且方向3 / 12 水平（平行于地面）； 3磁感应强度 （ 1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电 直导线，所受的安培力 F 跟电流 I 和导线长度 L 之乘积 IL 的比值叫做磁感应强度， 定义式为。（条件是匀强磁场，或非匀强磁场中 L 很小，并且 LB ） 磁感应强度是矢量，其方向就是磁场方向。 单 位 是 特 斯 拉 ， 符 号 为 T ，1T=1N/(Am)=1kg/(As2) （ 2）对定义式的理解： 定义式中反映的 F、 B、 I 方向关系为： BI ， FB ， FI ，则 F 垂直于 B 和 I 所构成的平面。 定义式可以用来量度磁场中某处磁感应强度，不决定该处磁场的强弱， 磁场中某处磁感应强度的大小由磁场自身性质来决定。 磁感应强度是矢量，其矢量方向是小磁针在该处的北极受力方向，与安培力方向是垂直的。 如果空间某处磁场是由几个磁场共同激发的，则该点处合磁场（实际磁场）是几个分磁场的矢量和；某处合磁场可以依据问题求解的需要分解为两个分磁场；磁场的分解与合成必须遵循矢量运算法则。 4 / 12 【例 1】有一小段通电导线，长为 1cm，电流强度为 5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为，则该点的磁感应强度B 一定是 A B=2TB B2Tc B2TD 以上情况都有可能 【例 1】 c 【例 2】两根长直通电导线互相平行，电流方向相同，它们的截面处于等边 ABc 的 A 和 B 处，如图所示 .两通电导线在c 处产生磁场的磁感应强度大小都是 B0，则 c 处磁场的总磁感应强度大小是 A 0B B0c D 2B0 【例 2】 c 二、安培力与洛伦兹力 （一）安培力 1安培力的大小： （ 1）安培力的计算公式： F BIL，条件为磁场 B 与直导体L 垂直。 （ 2）导体与磁场垂直时，安培力最大；当导体与磁场平 行时，导体与磁场平行，安培力为零。 （ 3） F BIL要求 L 上各点处磁感应强度相等，故该公式一般只适用于匀强磁场。 2安培力的方向： （ 1）安培力方向用左手定则判定：伸开左手，使大拇指和5 / 12 其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中的受力方向。 （ 2） F、 B、 I 三者间方向关系：已知 B、 I 的方向（ B、 I 不平行时），可用左手定则确定 F 的唯一方向： FB ， FI ，则 F 垂直于 B 和 I 所构成的平面，但已知 F 和 B 的方向，不能唯一确定 I 的方向。由于 I 可在图中平面 内与 B 成任意不为零的夹角。同理，已知 F 和 I 的方向也不能唯一确定B 的方向。 【例 3】如右图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中间的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流，用 FN表示磁铁对桌面的压力，用 F表示桌面对磁铁的摩擦力，电线中通电后（与通电前相比较）（） 减小， F= 减小， F 增大， F= 增大， F0 【例 3】 c 【例 4】如图所示，一长 L 的直导线通 以大小为 I 的电流，放在垂直于导线的磁感应强度为 B 的匀强磁场中，则导线所受安培力大小为 A BLIsinB BLIcosc BLI/sinD BLI 【例 4】 D 6 / 12 （二）洛伦兹力 1洛仑兹力的大小。 （ 1）洛仑兹力计算式为 F qvB，条件为磁场 B 与带电粒子运动的速度 v 垂直。 （ 2）当 vB ， F 0；当 vB ， F 最大。 2洛仑兹力的方向。 （ 1）洛仑兹力的方向用左手定则判定：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同 一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入掌心，四指指向正电荷的运动方向，那么，大拇指所指的方向就是正电荷所受洛仑兹力的方向；如果运动电荷为负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向。 （ 2） F、 v、 B 三者方向间的关系。已知 v、 B 的方向，可以由左手定则确定 F 的唯一方向： Fv 、 FB 、则 F 垂直于 v和 B 所构成的平面；但已知 F 和 B 的方向，不能唯一确定 v的方向，由于 v 可以在 v 和 B 所确定的平面内与 B 成不为零的任意夹角，同理已知 F 和 v 的方向，也不能唯一确定 B 的方向。 3洛仑兹力的特性 （ 1） 安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。 （ 2）无论电荷的速度方向与磁场方向间的关系如何，洛仑兹力的方向永远与电荷的速度方向垂直，因此洛仑兹力只改7 / 12 变运动电荷的速度方向，不对运动电荷作功，也不改变运动电荷的速率和动能。所以运动电荷垂直磁感线进入匀强磁场仅受洛仑磁力作用时，一定作匀速圆周运动。 （ 3）洛仑兹力是一个与运动状态有关的力，这与重力、电场力有较大的区别，在匀强电场中，电荷所受的电场力是一个恒力，但在匀强磁场中，若运动电荷的速度大小或方向发生改变，洛仑兹力是一个变力。 【例 5】每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将 A向东偏转 B向南偏转 c向西偏转 D向北偏转 【例 5】 A Bnabcdm【例 6】如图所示，边长为 d 的正方形区域 abcd中充满匀强磁场，磁场大小为 B，方向垂直纸面向里。一个氢核（质量为 m，电量为 e）从 ad边的中点 m 沿着既垂直于 ad边又垂直于磁场的方向，以一定 速度射入磁场，正好从 ab边的中点 n射出磁场，则氢核射入磁场时的速度是。现将磁场的磁感应强度变为原来的 2 倍，其他条件不变，则这个氢核经时间从磁场射出。 【例 6】 8 / 12 三、带电粒子在匀强磁场中的运动 1、在不计带电粒子（如电子、质子、 a 粒子等基本粒子）的重力的条件下，带电粒子在匀强磁场的运动： （ 1）若带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，粒子不受洛仑兹力作用而作匀速直线运动。 （ 2）若粒子的速度方向与磁场方向垂直，则带电粒子在垂直于磁感线的平面内以 入射速度 v 作匀速圆周运动，其运动所需的向心力全部由洛仑兹力提供。 2、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的几个基本公式 向心力公式：，轨道半径公式：， 周期公式：，频率公式：， 角速度公式：，动能公式： 3、带电粒子的轨道圆心（ o）、速度偏向角（）是指末速度与初速度之间的夹角、回旋角（ a）一段圆弧所对应的圆心角叫回旋角、和弦切角（ q）圆弧的弦与过弦的端点处的切线之间的夹角叫弦切角。 在分析和解答带电粒子作匀速圆周运动的问题时，除了应熟悉上述基本规律 之外，还必须掌握确定轨道圆心的基本方法和计算 、 a 和 q 的定量关系。如图所示，在洛仑兹力作用下，一个作匀速圆周运动的粒子，不论沿顺时针方向还是逆时针方向，从 A 点运动到 B 点，均具有三个重要特点。 （ 1）轨道圆心（ o）总是位于 A、 B 两点洛仑兹力（ f）的交9 / 12 点上或 AB弦的中垂线（ oo）与任一个 f 的交点上。 （ 2）粒子的速度偏向角（），等于回旋角（ a），并等于 AB弦与切线的夹角 弦切角（ q）的 2 倍，即 =a=2q=wt。 （ 3）相对的弦切角（ q）相等，与相邻的弦切角（ q）互补，即 q+q=180 【例 7】如图所示，所以 o 为圆心， R 为半径的圆形区域内，有一个水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面向外；竖直平行放置的极板 A、 k 相距为 d， Ak 之间的电压可以调节， S1、 S2 为 A、 k 极板上的两个小孔，且S1、 S2 和 o 三点在垂直于极板的同一直线上， oS2=R；质量为 m、电量为 q 的正离子从 S1 进入电场后，自 S2 射出并进入磁场区域，不计重力和离子进入电场时的初速度，问： （ 1）为使正离子射出磁场时的速度的方向与进入时重直， A、k 之间的电 压应为多大？ （ 2）粒子在磁场中的运动时间多长？ 【例 7】（ 1） U=，（ 2） 四、带电粒子在复合场中的运动 装置 原理图 规律 速度选择器 10 / 12 若粒子做匀速直线运动 磁流体发电机 等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为 U 时稳定。 霍尔效应 电磁流 量计 质谱仪 电子经 U 加速，从 A 孔入射经偏转打到 P 点， 比荷 回旋加速器 D 形盒内分别接频率为的高频交流电源两极，带电粒子在窄11 / 12 缝间电场加速，在 D 形盒内偏转 【例 8】如图所示， PQ是空间位置固定的两个电荷量相等的异种电荷，它们的连线中点为 o， mN是中垂线，两电荷连线与中垂线在纸平面内，在垂直纸面方向有一磁场，中垂线上一不计重力的带正电粒子以初速度 v0 保持沿中垂线运 动，则 A磁场的方向垂直纸面向外 B带电粒子做匀速直线运动，所受洛仑兹力的大小不变 c带电粒子做匀速直线运动，所受洛仑兹力的大小改变 D带电粒子做变速直线运动，所受洛仑兹力的大小改变 【例 8】 c 【例 9】如图所示，厚度为 h，宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面 A 和下侧面 A 之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时，电势差 U、电流 I和 B的关系为 U=k，式中的比例 系数 k称为霍尔系数霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板一侧，在导体板的两侧将出现匀强电场，电子将受到静电力作用当静电力与洛伦兹力平衡时，两侧之间就会形成稳定的电势差设电流 I是由电子的定向移动而形成的，电子的平均速率为 v，电量为 e回答下列问题：