高中物理 易错点点睛与高考突破 专题10 磁场.doc

2013年高中物理 易错点点睛与高考突破 专题10 磁场【2013高考考纲解读】磁场同电场一样，是电磁学的核心内容，也是每年高考的必考内容。常见题型有选择题、计算题。重点知识点有：磁场对电流的作用，带电粒子在磁场中的运动，安培力、洛伦兹力的性质等。命题形式多把磁场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、圆周运动知识、功能关系、电磁感应等有机地结合在一起，构成计算题甚至压轴题，对学生的空间想象能力、分析物理过程和运用规律的综合能力以及运用数学知识解决物理问题的能力进行考查。复习时不但应加深对磁场、磁感应强度这些基本概念的认识，掌握安培力和洛伦兹力以及带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律，而且也要重视“地磁场、质谱仪、回旋加速器”等与科技生活联系密切的知识点。【难点突破】难点一、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。难点二、安培力1安培力的大小：（1）安培力的计算公式：fbil，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）fbil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。难点三、洛伦兹力1洛仑兹力的大小。（1）洛仑兹力计算式为fqvb，条件为磁场b与带电粒子运动的速度v垂直。（2）当vb，f0；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。难点四、电场力和洛仑兹力的比较 电场力洛仑兹力存在条件作用于电场中所有电荷仅对运动着的且速度不跟磁场平行的电荷有洛仑兹力作用大小f=qe与电荷运动速度无关f=bqv与电荷的运动速度有关方向力的方向与电场方向相同或相反，但总在同一直线上力的方向始终和磁场方向垂直对速度的改变 可改变电荷运动速度大小和方向 只改变电荷速度的方向，不改变速度的大小做功可以对电荷做功，改变电荷的动能不对电荷做功、不改变电荷的动能偏转轨迹在匀强电场中偏转，轨迹为抛物线在匀强磁场中偏转、轨迹为圆弧难点五、带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的转动周期t与带电粒子的质量和电量有关，与磁场的磁感应强度有关，而与带电粒子的速度大小无关带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，其转过圆弧对应的圆心角越大，运动时间就越长，时间与圆心角成正比t或、的两个特点：t、和的大小与轨道半径（r）和运行速率（）无关，只与磁场的磁感应强度（b）和粒子的荷质比（）有关荷质比（）相同的带电粒子，在同样的匀强磁场中，、和相同3 若速度方向与磁感线成任意角度，则带电粒子在与磁感线平行的方向上做匀速直线运动，在与磁感线垂直的方向上做匀速圆周运动，它们的合运动是螺线运动与b成（角，则粒子做等距螺旋运动4解题思路及方法（1）圆心的确定：因为洛伦兹力f指向圆心，根据fv，画出粒子运动轨迹中任意两点（一般是射入和射出磁场的两点）的f的方向，沿两个洛伦兹力f画出延长线，两延长线的交点即为圆心或利用圆心位置必定在圆中一根弦的中垂线上，作出圆心位置（2）半径的确定和计算：利用平面几何关系，求出该圆的可能半径（或圆心角）并注意以下两个重要的几何特点（如图所示）：粒子速度的偏向角等于回旋角，并等于ab线与切线的夹角（弦切角）的2倍，即：；相对的弦切角相等，与相邻的弦切角互补，即：（3）粒子在磁场中运动时间的确定：利用回旋角（即圆心角）与弦切角的关系，或者利用四边形内角和等于360计算出圆心角的大小，由公式可求出粒子在磁场中的运动时间（4）解析带电粒子穿过圆形区域磁场问题常可用到以下推论：沿半径方向入射的粒子一定沿另一半径方向射出同种带电粒子以相同的速率从同一点垂直射入圆形区域的匀强磁场时，若射出方向与射入方向在同一直径上，则轨迹的弧长最长，偏转角有最大值且为2arcsin2arcsin在圆形区域边缘的某点向各方向以相同速率射出的某种带电粒子，如果粒子的轨迹半径与区域圆的半径相同，则穿过磁场后粒子的射出方向均平行(反之，平行入射的粒子也将汇聚于边缘一点)难点六、带电粒子在复合场中的运动1高中阶段所涉及的复合场有四种组合形式，即：（1）电场与磁场的复合场；（2）磁场与重力场的复合场；（3）电场与重力场的复合场；（4）电场、磁场与重力场的复合场2带电粒子在复合场中的运动性质取决于带电粒子所受的合外力及初速度，因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，带电粒子做匀速直线运动(如速度选择器)；当带电粒子所受的重力与电场力等值、反向，由洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直磁场的平面内做匀速圆周运动；当带电粒子所受的合外力是变力，且与初速度的方向不在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，运动轨迹也随之不规范地变化因此，要确定粒子的运动情况，必须明确有几种场，粒子受几种力，重力是否可以忽略3带电粒子所受三种场力的特征（1）洛伦兹力的大小跟速度方向与磁场方向的夹角有关当带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，f洛0；当带电粒子的速度方向与磁场方向垂直时，f洛qvb当洛伦兹力的方向垂直于速度v和磁感应强度b所决定的平面时，无论带电粒子做什么运动，洛伦兹力都不做功（2）电场力的大小为qe，方向与电场强度e的方向及带电粒子所带电荷的性质有关电场力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的电荷量有关外，还与其始末位置的电势差有关（3）重力的大小为mg，方向竖直向下重力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的质量有关外，还与其始末位置的高度差有关注意：微观粒子(如电子、质子、离子)一般都不计重力；对带电小球、液滴、金属块等实际的物体没有特殊交代时，应当考虑其重力；对未知名的、题中又未明确交代的带电粒子，是否考虑其重力，则应根据题给的物理过程及隐含条件具体分析后作出符合实际的决定4带电粒子在复合场中的运动的分析方法（1）当带电粒子在复合场中做匀速运动时，应根据平衡条件列方程求解（2）当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立求解（3）当带电粒子在复合场中做非匀速曲线运动时，应选用动能定理或动量守恒定律列方程求解注意：如果涉及两个带电粒子的碰撞问题，要根据动量守恒定律列方程，再与其他方程联立求解由于带电粒子在复合场中的受力情况复杂，运动情况多变，往往出现临界问题，这时应以题目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，并根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解【易错点点睛】易错点1 各种磁体的磁场分布 1.如图101所示，为电视机显像管的偏转线圈示意图，圆心黑点表示电子枪射出的电子，它的方向由纸内指向纸外，当偏转线圈通以图示方向的电流时，电子束应 ( ) a.向左偏转 b向上偏转 c.不偏转 d.向下偏转2两个圆环a、b如图所示装置，且rard一条形磁铁轴线穿过两个圆环的圆心处，且与圆环平面垂直，则穿过a、b环的磁通量a和b的关系是 aab。 ba=b ca0的空间中存在匀强电场，场强沿y轴负方向；在y0,y0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于oxy平面向里，大小为b，现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子，在x轴上到原点的距离为x0的p点，以平行于y轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场.不计重力的影响.由这些条件可知()a.不能确定粒子通过y轴时的位置b.不能确定粒子速度的大小c.不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间d.以上三个判断都不对8.如图所示，带电平行板中匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平向里，一带电小球从光滑绝缘轨道上的a点自由滑下，经过轨道端点p进入板间恰好沿水平方向做直线运动.现使球从轨道上较低的b点开始滑下，经p点进入板间后，在板间运动过程中()a.小球动能将会增大b.小球的电势能将会减少c.小球所受的洛伦兹力将会增大d.因不知道小球的带电性质，不能判断小球的动能如何变化9.一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域.设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图中的虚线所示.在下图所示的几种情况中，可能出现的是()10.如图所示，在半径为r的圆形区域内有匀强磁场.在边长为2r的正方形区域里也有匀强磁场，两个磁场的磁感应强度大小相同，两个相同的带电粒子以相同的速率分别从m、n两点射入匀强磁场.在m点射入的带电粒子，其速度方向指向圆心；在n点射入的带电粒子，速度方向与边界垂直，且n点为正方形边长的中点，则下列说法正确的是()a.带电粒子在磁场中飞行的时间可能相同b.从m点射入的带电粒子可能先飞出磁场c.从n点射入的带电粒子可能先飞出磁场d.从n点射入的带电粒子不可能比m点射入的带电粒子先飞出磁场解析：画轨迹草图如图，容易得出粒子在圆形磁场中的轨迹长度（或轨迹对应的圆心角）不会大于在正方形磁场中的，故a、b、d正确.11.如图所示，虚线上方有场强为e的匀强电场，方向竖直向下，虚线上下有磁感应强度相同的匀强磁场，方向垂直纸面向外，ab是一根长为l的绝缘细杆，沿电场线放置在虚线上方的场中，b端在虚线上.将一套在杆上的带正电的小球从a端由静止释放后，小球先做加速运动，后做匀速运动到达b端.已知小球与绝缘杆间的动摩擦因数=0.3，小球重力忽略不计，当小球脱离杆进入虚线下方后，运动轨迹是半圆，圆的半径是l/3，求带电小球从a到b运动过程中克服摩擦力所做的功与电场力所做功的比值.12.在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，有一倾角为，足够长的光滑绝缘斜面，磁感应强度为b，方向垂直纸面向外，电场方向竖直向上.有一质量为m，带电量为+q的小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零，如图所示，若迅速把电场方向反转成竖直向下，小球能在斜面上连续滑行多远？所用时间是多少答案： mcotqb13.汤姆生用来测定电子的比荷（电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示，真空管内的阴极k发出的电子（不计初速、重力和电子间的相互作用）经加速电压加速后，穿过a中心的小孔沿中心轴o1o的方向进入到两块水平正对放置的平行极板p和p间的区域.当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心o点处，形成一个