高考物理一轮复习 第九章 磁场课件.ppt

1 第九章磁场 2 2 考点30磁场安培力 高考考法突破 考法1磁场的产生与磁场叠加 应试基础必备 考法2通电导体受到安培力的方向判定与应用 考法3安培力的计算 考法4安培力的综合运用 3 考点30磁场安培力1 磁场与磁感线磁场 磁体或电流周围存在磁场 磁体与磁体 磁体和电流 电流和电流通过磁场相互作用 地磁南极在地理北极附近 地磁北极在地理南极附近 电流周围磁场的方向用安培定则 也称右手螺旋定则 来确定 2 掌握几种常见的磁场与磁感线 3 环形电流的磁场两侧n极和s极 离圆环中心越远磁场越弱 通电螺线管的磁场两端n极和s极 管内匀强磁场 管外非匀强磁场 直线电流的磁场无磁极 非匀强 距导线越远磁场越弱 4 5 考法1磁场的产生与磁场叠加1 磁场的产生磁体周围存在磁场磁感线从内到外闭合 内部由南极指向北极 外部由北极指向南极 2 电流的磁场通电螺线管 注意导线绕向与电源接法 确定电流流向 应用右手螺旋定则2 磁场的叠加空间中磁场通常会是多个磁场叠加 可通过平行四边形定则进行计算或判断确定磁场场源定位空间中需求解磁场的点 利用安培定则判定各场源在该点上产生的磁场大小和方向应用平行四边形定则进行合成 6 7 3 分析非匀强磁场中通电导体受力方向的方法 将导体分段分析 粗分析可将方向 理想化 注意将穿过纸面的磁场或电流抽象表示理解 8 如图甲所示 悬挂在匀强磁场中的通电金属棒处于平衡状态 其平面受力图如图乙所示 如图丙所示 静止在匀强磁场中的粗糙框架上的通电金属棒 其平面受力图如图丁所示 9 2 安培力与闭合电路欧姆定律相结合的问题安培力作用下的物体平衡与闭合电路欧姆定律相结合以电流为桥梁 将安培力与电路结合到一起 闭合电路欧姆定律e i r r 安培力求解公式f bil 物体的平衡条件 2 安培力大小与电流有关 电流的大小与电压 电阻有关电阻变化 安培力变化 静摩擦力变化 安培力作用下物体的临界问题把握静摩擦力的大小和方向随安培力变化而变化的特点从动态分析中找到摩擦力转折的临界点 最大值 零值 方向变化点 3 安培力与功 能结合的综合问题弄清安培力是恒力还是变力结合动能定理和能量守恒定律求解 10 10 考点31带电粒子在磁场中的圆周运动 高考考法突破 考法5带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的公式的应用 应试基础必备 考法6带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析与计算 11 考点31带电粒子在磁场中的圆周运动 12 考法5带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的公式的应用与半径或轨迹有关问题的分析 核心为半径公式r与比荷成反比 与v成正比 与磁感应强度b成反比 粒子垂直磁场方向运动的动能为ek 则 r与ek成正比mv为动量p 见选修3 5 则 r与动量p成正比 2 与时间有关的问题分析 核心为周期公式注意 粒子垂直于磁场运动的速度越大 半径越大 周期不变周期与带电粒子运动速度和半径无关与粒子带电荷量 质量m和磁感应强度b有关 粒子在磁场中运动的时间 由粒子在磁场中运动转过的角度决定角度为 弧度 则运动时间 13 考法6带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析与计算 1 研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律时 主要面临三个问题 定圆心 求半径 求运动时间 1 圆心的确定 主要有两类 已知粒子运动轨迹上两点速度方向 作两速度的垂线 交点即为圆心 已知粒子入射点 入射方向及运动轨迹对应的一条弦 作速度方向的垂线及弦的垂直平分线 交点即为圆心 14 2 半径的计算圆心确定 寻找与半径和已知量相关的直角三角形 用几何知识求解常用解三角形法 如图所示或由r2 l2 r d 2求得 3 运动时间的求解 由 t可知 所以求运动时间的关键是找到回旋角 偏向角也叫偏转角 回旋角 弦切角偏向角 指末速度与初速度间夹角回旋角 一段圆弧所对应的圆心角弦切角 圆弧的弦与过弦的端点处切线间的夹角由几何知识可知 2 15 2 熟悉带电粒子在磁场中运动的几种常见的情形与分析 1 直线边界 一般求运动时间 偏转角及必须满足的条件 粒子进出磁场具有对称性 粒子以角度 进入磁场 以角度 出磁场 粒子进入磁场时的速度v垂直边界时 出射点距离入射点最远 且smax 2r 同一出射点 可能对应粒子的两个入射方向 2 平行边界 一般求运动时间 偏转角及偏转条件d r 1 cos 或d 2r d rsin d r 1 cos 临界条件 带正电荷粒子沿磁场下边界射入 则 则满足时 粒子在上边界射出 带负电荷粒子垂直于边界射入磁场 v越小 r越小 粒子偏转角越大 90 r d 粒子恰不能在右边界偏出 带负电荷粒子以不同速度射入磁场 d r 1 cos v不变 入射角大于 粒子不会在右边界射出 临界条件是粒子运动轨迹与边界相切 16 3 圆形边界 带电粒子沿指向圆心的方向进入磁场两速度矢量相交于圆心 b和v可调节偏转角 一束相同速度的粒子平行射入磁场 从同一点射出磁场同一点以相同速度大小 不同方向射入磁场的粒子出磁场时 方向平行 3 带电粒子在磁场中做圆周运动的解题思路与程序 1 明确带电粒子的电性 入射速度方向 磁场的方向入射速度方向不确定 依据已知条件确定大概方向电性不确定 依据已知的偏转轨迹或速度偏转方向等条件判定 2 依据左手定则判定洛伦兹力方向 粗略描绘粒子圆周运动的轨迹 3 依据已知的入射点 入射速度方向找到对应的出射点或出射方向 确定圆周运动圆心 回旋角以及半径与角度的关系 4 依据几何条件和带电粒子在磁场中做圆周运动的规律公式求解 17 17 考点32洛伦兹力在现代科技中的应用问题 高考考法突破 考法1对洛伦兹力应用模型的考查 18 考点32洛伦兹力在现代科技中的应用问题 考法7对洛伦兹力应用模型的考查运动电荷在复合场 磁场 电场 中的运动 在科学技术中有重要的应用 下述应用须熟知 2 磁流体发电机 电磁流量计与磁强计磁流体发电机 正 负离子 等离子体 以速度v进入磁场b中 洛伦兹力作用下 正 负离子向上 下极板偏转 积累 从而在板间形成一个向下的电场 两板间形成电势差 电势差稳定 u dvb 相当于可对外供电的电源 1 速度选择器粒子以速度v0进入正交电场和磁场受到的电场力与洛伦兹力方向相反 粒子沿直线从右边孔中出去 有qv0b qe 若 粒子做匀速直线运动 与粒子的电荷量 电性 质量无关 19 电磁流量计 导电液体中自由电荷在洛伦兹力作用下纵向偏转 a b间出现电势差当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时 a b间的电势差就保持稳定由 可得 流量 磁强计磁强计实质上是利用霍尔效应来测量磁感应强度b的仪器 一块导体令其宽度为l 厚度为d 导体放在匀强磁场中 通以图示电流i a b间就会出现电势差 测出a b间的电势差u 可测得b 磁流体发电机 电磁流量计与磁强计应用的都是霍尔效应原理磁场与电流方向上垂直 通电导体在与磁场 电流方向都垂直方向出现电势差 20 3 质谱仪组成 离子源o 加速电场u 速度选择器 e b1 偏转磁场b2 胶片原理 加速场中 选择器中 偏转场中d 2r 可得比荷 质量 4 回旋加速器组成 两个d形盒 大型电磁铁 高频振荡交变电压 两缝间可形成电场作用电场对粒子加速 磁场使粒子反复加速加速原理 1 交变电压的频率f 与带电粒子做匀速圆周运动的频率相等 2 回旋加速器最后使粒子得到的能量 粒子电荷量 质量m和磁感应强度b一定 r越大 粒子能量越大粒子最终得到能量与极间加速电压无关 21 21 专题7带电粒子在复合场中的运动 高考考法突破 考法8带电粒子在组合场中的运动 应试基础必备 考法9带电粒子在叠加场中的运动 22 专题7带电粒子在复合场中的运动 电偏转 和 磁偏转 的区别 23 考法8带电粒子在组合场中的运动组合场 两种场不叠加 分布不同区域 粒子在两种场中穿梭运动组合场常见是电场与磁场的组合 两个不同磁场的组合 1 分阶段分析处理粒子在不同场中的问题 在不同场中做什么样的运动 2 分析每个场中粒子受到的力的作用 找到相应运动规律 列式解题 3 注意粒子的入射条件 分析带电粒子射出第一个场的运动情况 注意运动规律的转变考法9带电粒子在叠加场中的运动叠加场 重力场 电场 磁场 其中两个或三个在空间的重合存在 带电粒子在叠加场中运动 进行受力分析 结合牛顿运动定律和已知条件解题 洛伦兹力与带电粒子的运动方向和磁场方向垂直 改变粒子速度方向 不对粒子做功 带电粒子未受轨道约束 有磁场参与的叠加场中做直线运动 带电粒子沿着磁感线运动 或出现重力或电场力与洛伦兹力的平衡若带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动 粒子受到的重力和电场力平衡 24 24 专题8带电粒子在磁场中运动的临界与多解问题 高考考法突破 考法10带电粒子在有界磁场中运动的临界极值问题 考法11带电粒子在磁场中做圆周运动的多解问题 25 专题8带电粒子在磁场中运动的临界与多解问题考法10带电粒子在有界磁场中运动的临界极值问题1 分析临界问题的关键是找准临界点以题目中 恰好 最大 最高 至少 等词语为突破口 挖掘隐含条件 1 刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切 2 速率v一定 弧长越长 圆心角越大 带电粒子在有界磁场中运动时间越长 3 速率v变化时 轨迹圆心角越大 运动时间越长 3 定圆旋转法带电粒子射入磁场的速率v大小一定射入方向变化 以入射点为定点 旋转轨迹圆 作一系列轨迹 探索临界条件 4 定圆平移法速度大小和方向相同一排相同粒子进入直线边界各粒子的轨迹圆弧可由其他粒子的轨迹圆弧沿边界平移得到 2 处理临界极值问题的常见方法 1 巧用对称思维带电粒子垂直射入磁场做匀速圆周运动入射速度 出射速度与pq线的夹角 弦切角 相等 并有 2 t 2 动态放缩法带电粒子射入磁场的方向确定射入速度v的大小或磁感应强度b变化 粒子做圆周运动的轨道半径r随之变化 26 考法11带电粒子在磁场中做圆周运动的多解问题带电粒子在洛伦兹力作用下运动 由于条件不确定性 形成多解问题 1 带电粒子电性不确定形成多解受洛伦兹力作用的带电粒子 可能带正电或负电 在初速度相同的条件下 正 负粒子在磁场中运动轨迹不同 形成多解2 磁场方向不确定形成多解磁感应强度是矢量 只告诉磁感应强度的大小 未具体指出磁感应强度的方向必须考虑磁感应强度方向的不确定性而形成的多解3 临界状态不唯一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下穿越有界磁场时 带电粒子可穿越有界磁场 也可转过180 从入射边反向飞出形成多解4 带电粒子运动的重复性形成多解带电粒子在部分电场 部分磁场的空间运动 运动可能具有重复性 形成多解 27 27 专题9带电物体在复合场中的运动 高考考法突破 考法12带电物体在复合场中的运动问题 28 专题9带电物体在复合场中的运动轨迹 直线运动和圆周运动运动条件 有轨道约束和无轨道约束 考法12带电物体在复合场中的运动问题1 分析带电物体在复合场中运动的三种观点 1 力的观点分析带电物体在复合场中运动时 要把握住 力以及力的变化 重力大小 方向不变 有时明确要求不计重力 匀强电场中带电物体受电场力大小 方向都不变洛伦兹力随带电粒子运动状态的改变而发生变化 29 2 运动的观点带电物体在复合场中可设计出多阶段 多形式 多变化 具有周期性的运动过程 把握粒子受力及力的变化基础上 抓住力和运动相互促进 相互制约的关系 准确划分粒子运动过程中不同运动阶段 不同运动形式 及转折点和临界点 明确不同运动阶段 不同的运动形式所遵循物理规律 表述原始物理规律式 30 3 能量的观点带电物体在复合场中运动 重力 电场力 洛伦兹力参与 洛伦兹力是随运动状态改变而变化 合外力是一个变力 应用牛顿运动定律和运动学知识不能有效解决由于洛伦兹力方向始终垂直于速