高三复习讲义第八章磁场.doc

第八章磁场一、磁场、磁感应强度1磁场(1)基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有_的作用(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向2磁感应强度(1)物理意义：描述磁场强弱和方向(2)定义式：B_ (通电导线垂直于磁场)(3)方向：小磁针静止时_的指向(4)单位：_，符号T.二、磁感线及几种常见的磁场分布1磁感线在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的_方向都跟这点的磁感应强度的方向一致2几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示)(2)几种电流周围的磁场分布直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远，磁场越弱安培定则三、安培力的大小和方向1大小(1)FBILsin(其中为B与I之间的夹角)(2)磁场和电流垂直时F_.(3)磁场和电流平行时F0.2方向(1)用左手定则判定：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内；让磁感线垂直穿过手心，四指指向沿_方向，则_所指方向就是通电导线所受安培力的方向(2)安培力的方向特点：FB，FI，即F垂直于B和I决定的平面(注意：B和I可以有任意夹角)3安培力的大小计算计算安培力常用公式FBIL，要求两两垂直，应用时要满足：(1)B与L垂直；(2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零热身体验 1.关于磁感应强度，下列说法正确的是() A一小段通电导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力也一定为零B通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度也一定为零C放置在磁场中1 m长的通电导线，通过1 A的电流，受到的磁场力为1 N，则该处的磁感应强度就是1 TD磁场中某处的B的方向跟电流在该处受到的磁场力F的方向相同21.(2013绵阳高三检测)关于电场线和磁感线的说法正确的是()A电场线和磁感线都是利用疏密表示场的强弱的B电场线是客观存在的，而磁感线是不存在的C静电场的电场线是不闭合的，而磁感线是闭合的曲线D电场线和磁感线都可能相交22.(2011高考新课标全国卷)为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()23.通电螺线管内有一在磁场力作用下处于静止的小磁针，磁针指向如图所示，则()A螺线管的P端为N极，a接电源的正极B螺线管的P端为N极，a接电源的负极C螺线管的P端为S极，a接电源的正极D螺线管的P端为S极，a接电源的负极31.如图所示四种情况中，匀强磁场磁感应强度大小相等，载流导体长度相同，通过的电流也相同，导体受到的磁场力最大的是()A甲、丁B甲、丙C乙、丁 D乙、丙32.(2012高考海南卷)图中装置可演示磁场对通电导线的作用电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动下列说法正确的是()A若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C若a接负极，b极正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D若a接负极，b极正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动即时应用1 (2013南京外国语学校模拟)三根平行的长直通电导线，分别通过一个等腰直角三角形的三个顶点且与三角形所在平面垂直，如图所示，现在使每根通电导线在斜边中点O处所产生的磁感应强度大小均为B，则下列说法中正确的是()AO点处实际磁感应强度的大小为BBO点处实际磁感应强度的大小为BCO点处实际磁感应强度的方向与斜边夹角为90DO点处实际磁感应强度的方向与斜边夹角为arctan2即时应用2如图所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为N1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为N2，则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是()AN1N2，弹簧的伸长量减小BN1N2，弹簧的伸长量减小CN1N2，弹簧的伸长量增大DN1N2，弹簧的伸长量减小即时应用3 如图，长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()A0B0.5BIlCBIl D2BIl考点1磁场的叠加如图，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()AO点处的磁感应强度为零Ba、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反Cc、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同Da、c两点处磁感应强度的方向不同考点2安培力作用下导体的平衡问题 (2013东城区模拟)如图所示，两平行金属导轨间的距离L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37，在导轨所在区域内，分布着磁感应强度B0.50 T，方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势E4.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040 kg的导体棒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的两点间的电阻R02.5 ，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知 sin370.60，cos370.80，求：(1)导体棒受到的安培力大小；(2)导体棒受到的摩擦力第二节磁场对运动电荷的作用一、洛伦兹力1定义：_电荷在磁场中所受的力2大小(1)vB时，F_.(2)vB时，F_.(3)v与B夹角为时，F_.3方向(1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运动的反方向(2)方向特点：FB，Fv.即F垂直于_决定的平面(注意B和v可以有任意夹角)由于F始终_v的方向，故洛伦兹力永不做功即时应用1关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法正确的是()A带电粒子沿电场线方向射入，电场力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加B带电粒子垂直于电场线方向射入，电场力对带电粒子不做功，粒子动能不变C带电粒子沿磁感线方向射入，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加D不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能不变二、带电粒子在磁场中的运动1若vB，带电粒子以入射速度v做_运动2若vB，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v做_运动3基本公式(1)向心力公式：qvB_.(2)轨道半径公式：r_.(3)周期公式：T；f_；2f_.三、洛伦兹力的应用实例1回旋加速器 (1)构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接_电源D形盒处于匀强磁场中(2)原理：交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期_，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速由qvB，得Ekm_，可见粒子获得的最大动能由_和D形盒半径R决定，与加速电压_2质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理_可知进入磁场的速度_.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，_.由以上几式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等热身体验 11.(2013巴中高三检测)关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是()A电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁场中，也可能受到洛伦兹力B电场力对在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功C电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上D只有运动的电荷在磁场中才可能会受到洛伦兹力的作用12.下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是()2(2013北京西城区抽样)两个电荷量相等的带电粒子，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动下列说法中正确的是()A若它们的运动周期相等，则它们的质量相等B若它们的运动周期相等，则它们的速度大小相等C若它们的轨迹半径相等，则它们的质量相等D若它们的轨迹半径相等，则它们的速度大小相等31. 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是()A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量32.如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器(带电粒子的重力不计)速度选择器内有互相垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B，电场的场强为E.挡板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，挡板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于B/ED带电粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，带电粒子的比荷越小四、带电粒子在有界匀强磁场中运动的分析1确定圆心的两种方法(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示，P为入射点，M为出射点)(2)已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)2半径的求解方法用几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小3运动时间的求解tT或tT或t.式中为粒子运动的圆弧所对应的圆心角，T为周期，s为运动轨迹的弧长，v为线速度4带电粒子在常见有界磁场区域的运动轨迹(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)(2)平行边界(存在临界条件，如图所示)(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)即时应用2如图所示，两个横截面分别为圆形和正方形的区域内有磁感应强度相同的匀强磁场，圆的直径和正方形的边长相等，两个电子以相同的速度分别飞入两个磁场区域，速度方向均与磁场方向垂直，进入圆形磁场的电子初速度方向对准圆心；进入正方形磁场的电子初速度方向垂直于边界，从中点进入则下面判断正确的是()A两电子在两磁场中运动时，其半径一定相同B两电子在两磁场中运动的时间一定不相同C进入圆形磁场区域的电子一定先飞离磁场D进入圆形磁场区域的电子一定不会后飞离磁场三、带电粒子在磁场中运动的临界与极值问题常用结论如下：(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)当速度v一定时（同一个圆周），弧长(或弦长)越长，圆周角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长(3)当速率v变化时（不同圆周），圆周角越大，运动时间越长即时应用3 (2013成都七中高三月考)如图所示，边界OA与OC之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，边界OA上有一粒子源S.某一时刻，从S平行于纸面向各个方向发射出大量带正电的同种粒子(不计粒子的重力及粒子间的相互作用)，所有粒子的初速度大小相同，经过一段时间有大量粒子从边界OC射出磁场已知AOC60，从边界OC射出的粒子在磁场中运动的最长时间等于T/2(T为粒子在磁场中运动的周期)，则从边界OC射出的粒子在磁场中运动的时间可能为()A.B.C. D.考点1粒子运动径迹的分析 (2012高考广东卷)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()AM带负电，N带正电BM的速率小于N的速率C洛伦兹力对M、N做正功DM的运行时间大于N的运行时间考点2带电粒子在直线边界磁场中的运动如图所示，在一底边长为2a，30的等腰三角形区域内(D在底边中点)，有垂直纸面向外的匀强磁场现有一质量为m，电荷量为q的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后，从D点垂直于EF进入磁场，不计重力与空气阻力的影响(1)若粒子恰好垂直于EC边射出磁场，求磁场的磁感应强度B为多少？(2)改变磁感应强度的大小，粒子进入磁场偏转后能打到ED板，求粒子从进入磁场到第一次打到ED板的最长时间是多少？跟踪训练1 (2012高考江苏卷)如图所示，MN是磁感应强度为B的匀强磁场的边界一质量为m、电荷量为q的粒子在纸面内从O点射入磁场若粒子速度为v0，最远能落在边界上的A点下列说法正确的有()A若粒子落在A点的左侧，其速度一定小于v0B若粒子落在A点的右侧，其速度一定大于v0C若粒子落在A点左右两侧d的范围内，其速度不可能小于v0D若粒子落在A点左右两侧d的范围内，其速度不可能大于v0考点3带电粒子在圆形边界磁场内运动的问题如图所示，在某空间实验室中，有两个靠在一起的等大的圆柱形区域，分别存在着等大反向的匀强磁场，磁感应强度B0.10 T，磁场区域半径r m，左侧区圆心为O1，磁场向里，右侧区圆心为O2，磁场向外两区域切点为C.今有质量m3.21026 kg、带电荷量q1.61019 C的某种离子，从左侧区边缘的A点以速度v106 m/s正对O1的方向垂直磁场射入，它将穿越C点后再从右侧区穿出求：(1)该离子通过两磁场区域所用的时间(2)离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离为多大？(侧移距离指垂直初速度方向上移动的距离)跟踪训练2 (2012高考安徽卷)如图所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场，经过t时间从C点射出磁场，OC与OB成60角现将带电粒子的速度变为v/3，仍从A点沿原方向射入磁场，不计重力，则粒子在磁场中的运动时间变为A.tB2tC.t D3t第三节带电粒子在复合场中的运动一、带电粒子在复合场中的运动1复合场与组合场(1)复合场：电场、_、重力场共存，或其中某两场共存(2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场_出现2带电粒子在复合场中的运动分类(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_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的_与_大小相等、方向相反时，带电粒子在_的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动(3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线二、带电粒子在复合场中运动的实例分析1速度选择器(如图)(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相_这种装置能把具有一定_的粒子选择出来，所以叫做速度选择器(2)粒子能够通过选择器的条件是qEqvB，即v. 2磁流体发电机(如图)(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把_能直接转化为_能(2)根据左手定则，如图中的B板是发电机_(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则该发电机能产生的电动势为U_.3电磁流量计(1)如图833所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体流过导管(2)原理：导电液体中的自由电荷(正、负离子)在_作用下横向偏转，a、b间出现_，形成电场当自由电荷所受电场力和洛伦兹力_时，a、b间的电势差就保持稳定由BqvEqq，可得v，液体流量QSv. 图833 图8344霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了_这个现象称为霍尔效应其原理如图834所示热身体验 11.一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则()A此空间一定不存在磁场B此空间一定不存在电场C此空间可能只有匀强磁场，方向与电子速度垂直D此空间可能同时有电场和磁场12.某空间存在水平方向的匀强电场(图中未画出)，带电小球沿如图所示的直线斜向下由A点沿直线向B运动，此空间同时存在由A指向B的匀强磁场，则下列说法正确的是()A小球一定带正电B小球可能做匀速直线运动C带电小球一定做匀加速直线运动D运动过程中，小球的机械能增大21. (2013济南第二次调研)如图所示，a、b是一对平行金属板，分别接到直流电源两极上，右边有一挡板，正中间开有一小孔d，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，在a、b两板间还存在着匀强电场E.从两板左侧中点c处射入一束正离子(不计重力)，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成3束则下列判断正确的是()A这三束正离子的速度一定不相同B这三束正离子的比荷一定不相同Ca、b两板间的匀强电场方向一定由a指向bD若这三束离子改为带负电而其他条件不变则仍能从d孔射出22.目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压，以下说法错误的是()AB板带正电BA板带正电C其他条件不变，只增大射入速度，UAB增大D其他条件不变，只增大磁感应强度，UAB增大23.在某次发射科学实验卫星“双星”中，放置了一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度磁强计的原理如图838所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e.金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U.则下列说法正确的是()A电流方向沿x轴正方向，正电荷受力方向指向前侧面，因此前侧面电势较高B电流方向沿x轴正方向，电子受力方向指向前侧面，因此后侧面电势较高C磁感应强度的大小为BD磁感应强度的大小为B即时应用1 (2013达州模拟)带电粒子以初速度v0从a点进入匀强磁场，如图所示运动中经过b点，OaOb，若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从a点进入电场，粒子仍能通过b点，那么电场强度E与磁感应强度B之比为()Av0B1C2v0 D.二、带电粒子在复合场中运动的分析和求解1带电粒子在复合场中无约束情况下的运动(1)磁场力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动，用平衡条件求解若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，可利用机械能守恒定律求解(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动，用平衡条件求解若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用动能定理求解问题3)电场力、磁场力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动，用平衡条件求解若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动，用平衡条件和牛顿第二定律求解若合力不为零且与速度方向不垂直，做复杂的曲线运动，因F洛不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题2带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通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的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果即时应用2如图所示，质量为m，带电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成45角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里如果微粒做匀