高考物理一轮复习 磁场及带电粒子在磁场中的运动重点讲解精品课件.ppt

专题磁场及带电粒子在磁场中的运动 索引 1 安培力作用下导体在磁场中运动问题的分析 2 安培力作用下通电导体平衡与加速问题的分析 3 粒子做圆周运动时常用的几个几何关系 1 电流元法 把整段通电导体等效为多段直线电流元 用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向 从而判断整段导体所受合力方向 最后确定其运动方向 2 特殊位置法 把通电导体或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力的方向 从而确定其运动方向 3 等效法 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管 通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析 安培力作用下导体在磁场中运动问题的分析 安培力作用下导体在磁场中运动问题的分析方法 4 利用结论法 两通电导线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 两者不平行时 有转动到相互平行且电流方向相同的趋势 5 转换研究对象法 因为通电导线之间 导线与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律 这样定性分析磁体在电流产生的磁场作用下如何运动的问题 可先分析电流在磁体的磁场中所受的安培力 然后由牛顿第三定律 确定磁体所受电流产生的磁场的作用力 从而确定磁体所受合力及运动方向 1 2012 全国高考 如图所示 两根相互平行的长直导线过纸面上的m n两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b在m n的连线上 o为mn的中点 c d位于mn的中垂线上 且a b c d到o点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 典例 精析 a o点处的磁感应强度为零b a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反c c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同d a c两点处磁感应强度的方向不同 思路点拨 本题主要考查了运用安培定则判断通电导线产生磁场的方向 解答本题时应明确导线m n在各点产生的磁场大小及方向 精讲精析 选由安培定则可知 两导线在o点产生的磁场均竖直向下 合磁感应强度一定不为零 选项a错 由安培定则 两导线在a b两处产生的磁场方向均竖直向下 由于对称性 电流m在a处产生磁场的磁感应强度等于电流n在b处产生磁场的磁感应强度 同时电流m在b处产生磁场的磁感应强度等电流n在a处产生磁场的磁感应强度 所以 a a b两处磁感应强度大小相等方向相同 选项b错 根据安培定则 两导线在c d两处产生的磁场方向分别垂直于c d两点与两导线的连线方向 如图所示 且产生的磁场的磁感应强度相等 由平行四边形定则可知 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 选项c正确 a c两处磁感应强度的方向均竖直向下 选项d错 1 如图所示 不在同一平面内的两互相垂直的导线 其中mn固定 pq可自由运动 当两导线中通入图示方向电流i1 i2时 导线pq将 a 顺时针方向转动 同时靠近导线mnb 顺时针方向转动 同时远离导线mnc 逆时针方向转动 同时靠近导线mnd 逆时针方向转动 同时远离导线mn 对点 提能 解析由安培定则画出电流i1在pq处的磁场方向 俯视图如图所示 由左手定则可判定pq导线的左半段受到垂直纸面向里的力 右半段受到垂直纸面向外的力 当转过一微小段 pq就会受到指向mn方向的分力 所以pq边逆时针转动 同时向mn靠近 c对 答案c 解此类问题的一般步骤是 1 明确通电导体所在处磁场的特点 2 对通电导体进行受力分析 确定通电导体所受的安培力 3 把电磁学问题转化为力学问题 根据平衡条件 牛顿运动定律或动量 能量的观点来解题 安培力作用下通电导体平衡与加速问题的分析 例2 2012 天津高考 如图所示 金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂 处于竖直向上的匀强磁场中 棒中通以由m向n的电流 平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 如果仅改变下列某一个条件 角的相应变化情况是 典例 精析 a 棒中的电流变大 角变大b 两悬线等长变短 角变小c 金属棒质量变大 角变大d 磁感应强度变大 角变小 思路点拨 本题主要考察安培力的计算及里的平衡条件 解答本题时应把握以下两点 1 对导体棒受力分析 列出平衡方程 2 明确决定 大小相关的因素 精讲精析 选棒中电流变大 金属棒所受安培力变大 角变大 选项a正确 两悬线等长变短 角不变 选项b错误 金属棒质量变大 角变小 选项c错误 磁感应强度变大 金属棒所受安培力变大 角变大 选项d错误 a 1 如图所示 质量为m 长为l的直导线用两绝缘细线悬挂于o o 并处于匀强磁场中 当导线中通以沿x正方向的电流i 且导线保持静止时 悬线与竖直方向夹角为 则磁感应强度方向和大小可能为 对点 提能 答案 c 2 如图所示 铜棒质量为m 0 1kg 静放在相距l 8cm的水平导轨上 两者之间的动摩擦因数 0 5 现在铜棒中通以i 5a的电流 要使铜棒滑动 可在两导轨间加一垂直于铜棒的匀强磁场 求所加匀强磁场的磁感应强度的最小值 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 g取10m s2 3 据报道 最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮 其原理如图所示 炮弹 可视为长方形导体 置于两固定的平行导轨之间 并与轨道壁密接 开始时炮弹在导轨的一端 通以电流后炮弹会被磁力加速 最后从位于导轨另一端的出口高速射出 设两导轨之间的距离w 0 10m 导轨长 5 0m 炮弹质量m 0 30kg 导轨上的电流i的方向如图中箭头所示 可以认为 炮弹在轨道内运动时 它所在处磁场的磁感应强度始终为 2 0 方向垂直于纸面向里 若炮弹出口速度为v 2 0 103m s 求通过导轨的电流i 忽略摩擦力与重力的影响 解析 在导轨通有电流 时 炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为f iwb 设炮弹的加速度的大小为a 则有因而f ma 炮弹在两导轨间做匀加速运动 因而v2 2al 联立 式得 代入题给数据得 i 0 6 105a 1 四个点 分别是入射点 出射点 轨迹圆心和入射速度直线与出射速度直线的交点 2 六条线 两段轨迹半径 入射速度直线和出射速度直线 入射点与出射点的连线 圆心与两条速度直线交点的连线 前面四条边构成一个四边形 后面两条为对角线 3 三个角 速度偏转角 圆心角 弦切角 其中偏转角等于圆心角 也等于弦切角的两倍 分析粒子做圆周运动时常用的几个几何关系 粒子做圆周运动时常用的几个几何关系 典例3 2012 广东高考 质量和电量都相等的带电粒子m和n 以不同的速率经小孔s垂直进入匀强磁场 运行的半圆轨迹如图中虚线所示 下列表述正确的是 a m带负电 n带正电b m的速率小于n的速率c 洛伦兹力对m n做正功d m的运行时间大于n的运行时间 典例 精析 a 思路点拨 本题主要考查了左手定则 及带电粒子在磁场做圆周运动时的规律 解答本题可按以下思路分析 1 运用左手定则判断m n电性 2 运用数学知识分析m n轨道半径的大小 1 利用电场和磁场 可以将比荷不同的离子分开 这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用 如图所示的矩形区域acdg ac边足够长 中存在垂直于纸面的匀强磁场 a处有一狭缝 离子源产生的离子 经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于ga边且垂直于磁场的方向射入磁场 运动到ga边 被相应的收集器收集 整个装置内部为真空 对点 提能 已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和m2 m1 m2 电荷量均为q 加速电场的电势差为u 离子进入电场时的初速度可以忽略 不计重力 也不考虑离子间的相互作用 1 求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1 2 当磁感应强度的大小为b时 求两种离子在ga边落点的间距s 2 如下图所示 在y 0的区域内存在匀强磁场 磁场方向垂直于xy平面并指向纸外 磁感应强度为b 一带正电的粒子以速度v0从o点射入磁场 入射方向在xy平面内与x轴方向的夹角为 若粒子射出磁场的位置与o点的距离为l 求该粒子的电量和质