物理选修人教新课标磁场回顾总结课件

1、第三章磁场第三章磁场本章回顾总结本章回顾总结 一、安培力作用下导体的运动状态分析 安培力可以使通电导体静止、运动或转动，安培力还可以做功，解题的基本思路和力学问题一样，先取研究对象进行受力分析，然后根据题中条件、牛顿定律等规律列式求解 具体求解应从以下几个方面着手分析： 1安培力大小 (1)当通电导体和磁场方向垂直时，FILB. (2)当通电导体和磁场方向平行时，F0. (3)当通电导体和磁场方向的夹角为时，FILBsin . 2安培力的方向 (1)安培力的方向由左手定则确定 (2)F安B，同时F安L，即F安垂直于B和L决定的平面，但L和B不一定垂直 3解决安培力问题的一般步骤 (1)画出通电

2、导线所在处的磁感线的方向 (2)用左手定则确定通电导线所受安培力的方向 (3)根据初速度的方向结合牛顿定律确定导体的运动情况 4注意的问题 (1)通电导线在磁场中受到的安培力与导线放置的角度有关，导线垂直于磁场方向的长度为有效长度 (2)在将三维立体图转化为平面图时注意画准力的方向如图所示，质量m0.1 kg的导体棒静止于倾角为30的斜面上，导体棒长度L0.5 m通入垂直纸面向里的电流，电流大小I2 A，整个装置处于磁感应强度B0.5 T，方向竖直向上的匀强磁场中求：(g取10 m/s2) (1)导体棒所受安培力的大小和方向； (2)导体棒所受静摩擦力的大小和方向 解析：解决此题的关键是分析导

3、体棒的受力情况，明确各力的方向和大小 (1)安培力F安ILB20.50.5 N0.5 N 由左手定则可知安培力的方向水平向右 (2)建立如图坐标系，分解重力和安培力在x轴方向上，设导体棒受的静摩擦力大小为Ff，方向沿斜面向下 在x轴方向上有 mgsin FfF安cos 解得Ff0.067 N，负号说明静摩擦力的方向与假设的方向相反，即沿斜面向上 答案：(1)0.5 N水平向右(2)0.067 N沿斜面向上 二、运动电荷在匀强磁场中受到的力 1洛伦兹力 (1)大小：带电粒子的速度与磁场平行时，F洛0；速度与磁场垂直时，F洛qvB. (2)方向：由左手定则判断 2带电粒子在磁场中运动的临界问题 当

4、某种物理现象变化为另一种物理现象，或物体从一种状态变化为另一种状态，发生这种质的飞跃的转折状态通常称临界状态，涉及临界状态的物理问题叫临界问题，产生临界状态的条件叫临界条件，临界问题能有效地考查多方面的能力 带电粒子在磁场中运动，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，根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，宽度为d，边界为CD和EF.一电子从CD边界外侧以速率v0垂直射入匀强磁场，入射方向与CD边界间夹角为.已知电子的质量为m，电荷量为e，为使电子能从磁场的另一侧EF射出，求： (1)电子

5、的速率v0至少多大； (2)若角可取任意值，v0的最小值 是多少 解析：本题考查圆周运动的边界问题的求解方法当入射速率v0很小时，电子会在磁场中转动一段圆弧后又从CD一侧射出，速率越大，轨道半径越大，当轨道的边界与EF相切时，电子恰好不能从EF射出，如图所示，电子恰好射出时，由几何知识可得： 三、带电粒子在复合场中的运动 复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在的某一空间粒子经过该空间时可能受到的力有重力、静电力和洛伦兹力处理带电粒子(带电体)在复合场中运动问题的方法： 1正确分析带电粒子(带电体)的受力特征 带电粒子(带电体)在复合场中做什么运动，取决于带电粒子(带电

6、体)所受的合外力及其初始速度带电粒子(带电体)在磁场中所受的洛伦兹力还会随速度的变化而变化，而洛伦兹力的变化可能会引起带电粒子(带电体)所受的其他力的变化，因此应把带电粒子(带电体)的运动情况和受力情况结合起来分析，注意分析带电粒子(带电体)的受力和运动的相互关系，通过正确的受力分析和运动情况分析，明确带电粒子(带电体)的运动过程和运动性质，选择恰当的运动规律解决问题 2灵活选用力学规律 (1)当带电粒子(带电体)在复合场中做匀速运动时，就根据平衡条件列方程求解 (2)当带电粒子(带电体)在复合场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程求解 (3)当带电粒子(带电体)在复合

7、场中做非匀变速曲线运动时，常选用动能定理或能量守恒定律列方程求解 3带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的区别垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)受力情况电场力FEq大小、方向不变洛伦兹力FBqv大小不变，方向随v而改变垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)运动轨迹图求解方法处理横向偏移y和偏转角要通过类似平抛运动的规律求解横向偏移y和偏转角要结合圆的几何关系通过圆周运动的讨论求解在如图所示的平面直角坐标系中，存在一个半径R0.2 m的圆形匀强磁场区域，磁感应强度B0.1 T，方向垂直纸面向外，该磁场区域的右边缘与坐标原点O相切y轴右

8、侧存在电场强度大小为E1.0104 N/C的匀强电场，方向沿y轴正方向，电场区域宽度l0.1 m现从坐标为(0.2 m，0.2 m)的P点发射出质量m2.0109 kg、带电荷量q5.0105 C的带正电粒子，沿y轴正方向射入匀强磁场，速度大小v05.0103 m/s.重力不计 (1)求该带电粒子射出电场时的位置坐标； (2)为了使该带电粒子能从坐标为(0.1 m，0.05 m)的点回到电场中，可在紧邻电场的右侧一正方形区域内加匀强磁场，试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和正方形区域的最小面积 答案：答案：(1)(0.1 m,0.05 m)(2)0.02 m2 四、洛伦兹力与现代科技 洛伦兹力在

9、现代科技中应用十分广泛，前面我们已经学习的速度选择器、质谱仪、回旋加速器等都是利用洛伦兹力，下面再列举几例 1磁流体发电机 如图所示是磁流体发电机的原理图，其原理是由燃烧室O燃烧电离成的正、负离子(等离子体)以高速v喷入偏转磁场B(发电通道)中，正负离子在洛伦兹力作用下发生上、下偏转而积聚到A、C板上，产生电势差，从而在两板间形成一个向下的电场 此后进入两板间的等离子体将同时受静电力和洛伦兹力作用，当等离子体受静电力与洛伦兹力平衡，即qEBqv时，等离子体将匀速通过发电通道，此时A、C板上积聚的电荷最多，两板间电势差最大，闭合开关S，将A、C两板与负载R相连，就可对外供电，这就是磁流体发电AC

10、两板间电势差的最大值U即为该发电机的电动势，由qEBqv及EU/d可得，电动势UBdv，其中d为AC两板间的距离 2霍尔效应 如图所示，高h、宽为d的导体置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体板的上表面A和下表面A之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压O 3电磁流量计 下图是电磁流量计的示意图在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，液体中的带电微粒在洛伦兹力的作用下发生偏转，使管壁与磁场和流速均垂直的两个侧面上产生电势差测出管壁上的ab两点间的电势差U，就可以知道管中液体的流量Q单位时间内流过液体的体积(m3/s)如图所示为磁流体发电

11、机示意图，其中两极板间距d20 cm，磁场的磁感应强度B5 T，若接入额定功率P100 W的灯泡，灯泡正常发光，其正常发光时的电阻R400 ，不计发电机内阻，求：等离子体的流速 思路点拨：当小灯泡正常发光时，根据所提供的参数，可求出灯泡两端的电压，因不考虑发电机的内阻，该电压就等于发电机的电动势，也等于两极板间的电压然后对等离子体列受力平衡方程即可求解答案：答案：200 m/s 【考情分析】 1从近三年的高考试题可以看出，考查热点主要集中在： (1)安培力的应用和带电粒子在磁场中的运动 (2)带电粒子在复合场中的运动 2纵观近几年高考题可以看出，题型包括选择题和计算题选择题侧重考查磁场的基本概

12、念，安培力的简单应用，带电粒子在磁场中的运动试题难度中等偏上且分值大 【高考冲浪】 常考点一：磁场的描述、磁场对电流的作用 1.(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() 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 解析：以导体棒为研究对象，从M端向N端看，导体棒受重力G、安培力F和绳子拉力T三个共点力而处于平衡状态，三力首尾相连可构成闭合矢量三角形，如图所示其中安培力和重力方向

13、始终保持不变，据此可知棒中电流变大，则安培力变大，使得角变大，选项A正确；两悬线长度变 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，安培 力变大，角变大，选项D错误 答案：A 2.(2012大纲全国高考)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

14、 Da、c两点处磁感应强度的方向不同 解析：根据安培定则可知M、N导线中的电流在o点产生的磁场方向均垂直MN连线，由od，故o处的磁感应强度不为零，选项A错误；由于M、N两导线中电流大小相等，根据对称性知BaBb，磁感应强度方向均垂直于M、N连线，方向相同，选项B错误；c、d关于o点对称，M、N两导线中的电流在c、d两点产生的磁感应强度的矢量和相等且方向均为cd，选项C正确；由于a、b、c、d四点磁感应强度方向均相同，选项D错误 答案：C 3(2011新课标全国高考)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

15、的是() 解析：地理上的南极是地磁场的北极，由右手螺旋定则可知，选项B正确 答案：B 4(2011新课标全国高考)电磁轨道炮工作原理如图所示待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是() A只将轨道长度L变为原来的2倍 B只将电流I增加至原来的2倍 C只将弹体质量减至原来的一半 D将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变

16、答案：答案：BD 5.(2011大纲全国高考)如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直磁感应强度可能为零的点是() Aa点Bb点 Cc点Dd点 解析：磁感应强度为矢量，两导线在d处产生的磁感应强度成一定角度，则d处磁感应强度一定不为零；根据右手安培定则可知，两导线在b处产生的磁感应强度方向相同，则b处磁感应强度的矢量和一定不为零；两导线在a处产生的磁感应强度方向相反，由于I1I2，可知I1在a处产生的磁感应强度大于I2在a处产生的磁感应强度

17、，故a处磁感应强度的矢量和一定不为零； 同理，两导线在c处产生的磁感应强度方向相反，由于I1I2且I1距离c处较远，可知I1在c处产生的磁感应强度的大小可能等于I2在c处产生的磁感应强度的大小，故c处磁感应强度的矢量和可能为零，选项C正确 答案：C 6.(2010上海高考)如图，水平桌面上放置一根条形磁铁，磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线，并与磁铁垂直当直导线中通入图中所示方向的电流时，可以判断出() A弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力减小 B弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力减小 C弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力增大 D弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力增大 解析：如图

18、，画出直导线附近的条形磁铁的磁感线，由左手定则，直导线受向下的安培力，由力的作用是相互的，条形磁铁受向上的作用力故选项A正确 答案：A 常考点二：磁场对运动电荷的作用 1(2012北京高考)处于匀强磁场中的一个带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圆周运动将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值() A与粒子电荷量成正比 B与粒子速率成正比 C与粒子质量成正比 D与磁感应强度成正比答案：答案：D 答案：答案：B 3(2012江苏高考)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()答案：答案：BC 4.(2012广东高考)质量和电荷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的运行时间答案：答案：A 常考点三：带电粒子在复合场中的运动 2.(2010福建高考)如图所示的装置，左半部为速