第十一讲　磁场-2026年高考物理总复习课件

专题三

电场与磁场第十一讲

磁场1.理解磁感应强度、安培力等基本概念,会处理带电粒子在有界匀强磁场中的圆周运动问题及临界问题。2.熟练掌握三类动态圆模型及磁聚焦与磁发散模型的应用。1.磁场的产生与叠加考点一

磁场的性质2.安培力的分析与计算方向左手定则电流间的作用力:同向电流相互吸引,异向电流相互排斥大小直导线F=BILsinθ,θ=0时F=0,θ=90°时F=BIL受力分析根据力的平衡条件或牛顿运动定律列方程

分析电流的磁场叠加问题的一般思路1.确定磁场场源:通电导线的形状、相对位置、通电电流的大小及方向等。2.根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向。3.根据磁感线的切线方向确定磁场中每一点的磁感应强度的方向。4.多个通电导体产生的磁场叠加时,某点的磁感应强度等于各通电导体单独存在时在该点磁感应强度的矢量和。题型2

安培力的分析与计算求解安培力作用下通电导体棒有关问题的“三步曲”【例2】(多选)(2024·山东潍坊市模拟)如图所示,一宽为L的平行金属导轨固定在倾角为θ的斜面上,在导轨上端接入电源和滑动变阻器R,电源电动势为E、内阻为r,一质量为m的金属棒ab静止在导轨上,与两导轨垂直并接触良好,整个装置处于磁感应强度大小为B、方向垂直于斜面向上的匀强磁场中,金属棒的电阻为R0,导轨电阻不计。金属导轨与金属棒之间的最大静摩擦力为Ffm,重力加速度为g。闭合开关后,下列判断正确的是 (

)

题型3

对洛伦兹力的理解分析洛伦兹力问题时的两点注意:1.洛伦兹力永不做功,只改变粒子速度的方向,不改变粒子速度的大小;2.带电体在磁场中的运动,往往需要考虑重力,明确受力情况是分析该类问题的关键,一般先分析场力,比如重力、电场力和磁场力,再分析弹力、摩擦力。【例3】(2023·海南卷)如图所示,带正电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场,关于小球运动和受力的说法正确的是 (

)A.小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右B.小球运动过程中的速度不变C.小球运动过程中的加速度保持不变D.小球受到的洛伦兹力对小球做正功【答案】A【解析】小球刚进入磁场时速度方向竖直向下,由左手定则可知,小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右,A正确;小球在运动过程中,受重力和洛伦兹力的作用,且合力不为零,所以小球运动过程中的速度变化,B错误;小球受到的重力不变,洛伦兹力时刻变化,则合力时刻变化,加速度时刻变化,C错误;洛伦兹力永不做功,D错误。1.分析带电粒子在磁场中运动时的三个关键考点二

带电粒子在有界磁场中的运动2.分析带电粒子在磁场中运动时的三个确定圆心的确定(1)轨迹上的入射点和出射点速度方向的垂线的交点为圆心,如图甲所示(2)轨迹上入射点速度方向的垂线和入射点、出射点连线的中垂线的交点为圆心,如图乙所示(3)沿半径方向与入射点的距离为r且在圆内的点为圆心,如图丙所示半径的确定时间的确定

题眼点拨磁感应强度分别为2B0、3B0左右半径不同,在象限Ⅰ半径大,在象限Ⅱ半径小甲、乙两种比荷不同的粒子同时从原点O沿x轴正方向射入磁场同时进入磁场,沿x轴正方向射入磁场,每次都垂直经过y轴甲第1次、第2次经过y轴的位置分别为P、Q,其轨迹如图所示。甲经过Q时,乙也恰好同时经过该点甲经过Q时,乙也恰好同时经过该点,两粒子运动时间相等,乙经过Q时速度方向有沿x轴正方向、负方向两种可能会出现多种情况,求其中比荷最小值模型方法1.带电粒子在匀强磁场中的圆周运动、相遇问题2.带电粒子做圆周运动的半径公式、周期公式的综合应用

D

AC

BC

三类动态圆、磁聚焦与磁发散模型的分析考点三

三类动态圆、磁聚焦与磁发散模型模型图例适用条件应用方法放缩圆轨迹圆的圆心在P1P2直线上粒子的入射点位置相同,速度方向一定,速度大小不同以入射点P为定点,将半径放缩作轨迹圆,粒子处于恰好不射出磁场的临界状态时粒子运动轨迹与磁场边界相切模型图例适用条件应用方法旋转圆粒子的入射点位置相同,速度大小一定,速度方向不同模型图例适用条件应用方法平移圆轨迹圆的所有圆心在一条直线上粒子的入射点位置不同,速度大小、方向均一定模型图例适用条件应用方法磁聚焦与磁发散磁聚焦磁发散粒子速度大小相同,轨迹圆半径等于区域圆半径1.带电粒子平行射入圆形有界匀强磁场,则粒子从磁场边界上同一点射出,该点切线方向与入射方向平行——磁聚焦2.从边缘某点以不同方向入射时平行射出——磁发散模型1

放缩圆模型【例5】如图所示,磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向里,图中虚线为磁场的边界,其中bc段是半径为R的四分之一圆弧,ab、cd的延长线通过圆弧的圆心,Ob长为R。一束质量为m、电荷量为q的正粒子,在纸面内以不同的速率从O点垂直ab射入磁场,其中M、N是圆弧边界上的两点,不计粒子间的相互作用和重力。则下列分析中正确的是 (

)A.从M点射出粒子的速率可能大于从N点射出粒子的速率B.从圆弧bc射出的所有粒子中,从圆弧bc中点射出的粒子所用时间最短C.从M点射出的粒子在磁场中运动的时间可能大于从N点射出的粒子在磁场中运动的时间D.从边界cd射出的粒子在磁场中运动的时间一定小于从圆弧bc段射出的粒子在磁场中运动的时间【答案】C

模型2

旋转圆模型【例6】(多选)如图所示,矩形ABCD区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B,AB边长为d,BC边长为2d,O是BC边的中点,E是AD边的中点。在O点有一粒子源,可以在纸面内向磁场内各个方向射出质量均为m、电荷量均为q、同种电性的带电粒子,粒子射出的速度大小相同,速度与OB边的夹角为60°的粒子恰好从E点射出磁场,不计粒子的重力,则(

)

模型4

磁聚焦与磁发散模型【例8】带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一,带电粒子流(每个粒子的质量为m、电荷量为+q)以初速度v垂直进入磁场,不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在xOy平面内的粒子,求解以下问题。(1)如图所示,宽度为2r1的带电粒子流沿x轴正方向射入圆心为A(0,r1)、半径为r1的圆形匀强磁场中,若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点O,求该磁场磁感应强度B1的大小;(2)如图所示,虚线框为边长等于2r2的正方形,其几何中心位于C(0,-r2)。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场,使汇聚到O点的带电粒子流经过该区域后宽度变为2r2,并沿x轴正方向射出。求该磁场磁感应强度B2的大小和方向,以及该磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明过程)。

专题集训(十一)

磁场1.(多选)地球本身是一个大磁体,其磁场分布示意图如图所示。学术界对于地磁场的形成机制尚无共识。一种理论认为地磁场主要源于地表电荷随地球自转产生的环形电流。基于此理论,下列判断正确的是 (

)

A.地表电荷为负电荷B.环形电流方向与地球自转方向相同C.若地表电荷的电量增加,则地磁场强度增大D.若地球自转角速度减小,则地磁场强度增大AC【解析】根据右手螺旋定则可知,地表电荷为负电荷,故A正确;由于地表电荷为负电荷,则环形电流方向与地球自转方向相反,故B错误;若地表电荷的电量增加,则等效电流越大,地磁场强度增大,故C正确;若地球自转角速度减小,则等效电流越小,地磁场强度减小,故D错误。故选AC。2.(2024·浙江高考)磁电式电表原理示意图如图所示,两磁极装有极靴,极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向,两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是(

)A.图示左侧通电导线受到安培力向下B.a、b两点的磁感应强度相同C.圆柱内的磁感应强度处处为零D.c、d两点的磁感应强度大小相等A【解析】由左手定则可知,图示左侧通电导线受到安培力向下,选项A正确;a、b两点的磁感应强度大小相同,但是方向不同,选项B错误;磁感线是闭合的曲线,则圆柱内的磁感应强度不为零,选项C错误;因c点处的磁感线较d点密集,可知

c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度,选项D错误。故选A。3.(2024·贵州高考)如图,两根相互平行的长直导线与一“凸”形导线框固定在同一竖直平面内,导线框的对称轴与两长直导线间的距离相等。已知左、右两长直导线中分别通有方向相反的恒定电流I1、I2,且I1>I2,则当导线框中通有顺时针方向的电流时,导线框所受安培力的合力方向 (

)A.竖直向上 B.竖直向下C.水平向左 D.水平向右C【解析】根据右手螺旋定则可知导线框所在磁场方向向里,由于I1>I2,可知左侧的磁场强度大,同一竖直方向上的磁场强度相等,故导线框水平方向导线所受的安培力相互抵消,根据左手定则结合F=BIL,可知左半边竖直方向的导线所受的水平向左的安培力,大于右半边竖直方向的导线所受的水平向右的安培力,故导线框所受安培力的合力方向水平向左。故选C。

AD

AD

B

7.(2022·广东高考)如图所示,一个立方体空间被对角平面MNPQ划分成两个区域,两区域分布有磁感应强度大小相等、方向相反且与z轴平行的匀强磁场。一质子以某一速度从立方体左侧垂直Oyz平面进入磁场,并穿过两个磁场区域。下列关于质子运动轨迹在不同坐标平面的投影中,可能正确的是(

)A【解析】由题意知当质子射出后先在MN左侧运动,刚射出时,根据左手定则可知在MN受到y轴正方向的洛伦兹力,即在MN左侧会向y轴正方向偏移,做匀速圆周运动,y轴坐标增大,在MN右侧,根据左手定则,可知洛伦兹力反向,质子在y轴正方向上做减速运动,故A正确,B错误;根据左手定则可知质子在整个运动过程中都只受到平行于xOy平面的洛伦兹力作用,在z轴方向上没有运动,z轴坐标不变,故C、D错误。故选A。8.(2025·河南高考)流式细胞仪可对不同类型的细胞进行分类收集,其原理如图所示。仅含有一个A细胞或B细胞的小液滴从喷嘴喷出(另有一些液滴不含细胞),液滴质量均为m=2.0×10-10kg。当液滴穿过激光束、充电环时被分类充电,使含A、B细胞的液滴分别带上