2013年高中物理 易錯點點睛與高考突破 專題10 磁場

1、2013年高中物理 易錯點點睛與高考突破 專題10 磁場【2013高考考綱解讀】磁場同電場一樣，是電磁學的核心內(nèi)容，也是每年高考的必考內(nèi)容。常見題型有選擇題、計算題。重點知識點有：磁場對電流的作用，帶電粒子在磁場中的運動，安培力、洛倫茲力的性質(zhì)等。命題形式多把磁場的性質(zhì)、運動學規(guī)律、牛頓運動定律、圓周運動知識、功能關系、電磁感應等有機地結合在一起，構成計算題甚至壓軸題，對學生的空間想象能力、分析物理過程和運用規(guī)律的綜合能力以及運用數(shù)學知識解決物理問題的能力進行考查。復習時不但應加深對磁場、磁感應強度這些基本概念的認識，掌握安培力和洛倫茲力以及帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的規(guī)律，而且也要重視“

2、地磁場、質(zhì)譜儀、回旋加速器”等與科技生活聯(lián)系密切的知識點?！倦y點突破】難點一、磁場1磁場的方向：（1）磁感線在該點的切線方向;（2）規(guī)定在磁場中任意一點小磁針北極的受力方向（小磁針靜止時N極的指向）為該點處磁場方向。（3）對磁體：外部(NS)，內(nèi)部(SN)組成閉合曲線；這點與靜電場電場線(不成閉合曲線)不同。（4）電流產(chǎn)生的磁場方向用安培左手定則判斷2地磁場的磁感線分布特點：要明確三個問題：(磁極位置? 赤道處磁場特點?南北半球磁場方向?)（1）地球是一個巨大的磁體、地磁的N極在地理的南極附近，地磁的S極在地理的北極附近；（2）地磁場的分布和條形磁體磁場分布近似；（3）在地球赤道平面上，地磁場

3、方向都是由北向南且方向水平（平行于地面）；3磁感應強度（1）定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電直導線，所受的安培力F跟電流I和導線長度L之乘積IL的比值叫做磁感應強度，定義式為。（條件是勻強磁場，或非勻強磁場中L很小，并且LB ）磁感應強度是矢量，其方向就是磁場方向。單位是特斯拉，符號為T，1T=1N/(Am)=1kg/(As2)（2）對定義式的理解：定義式中反映的F、B、I方向關系為：BI，F(xiàn)B，F(xiàn)I，則F垂直于B和I所構成的平面。定義式可以用來量度磁場中某處磁感應強度，不決定該處磁場的強弱，磁場中某處磁感應強度的大小由磁場自身性質(zhì)來決定。磁感應強度是矢量，其矢量方向是小磁針在該處的北極受力

4、方向，與安培力方向是垂直的。如果空間某處磁場是由幾個磁場共同激發(fā)的，則該點處合磁場（實際磁場）是幾個分磁場的矢量和；某處合磁場可以依據(jù)問題求解的需要分解為兩個分磁場；磁場的分解與合成必須遵循矢量運算法則。難點二、安培力1安培力的大?。海?）安培力的計算公式：FBIL，條件為磁場B與直導體L垂直。（2）導體與磁場垂直時，安培力最大；當導體與磁場平行時，導體與磁場平行，安培力為零。（3）FBIL要求L上各點處磁感應強度相等，故該公式一般只適用于勻強磁場。2安培力的方向： （1）安培力方向用左手定則判定：伸開左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手

5、心，并使伸開的四指指向電流方向，那么大拇指所指的方向就是通電導體在磁場中的受力方向。（2）F、B、I三者間方向關系：已知B、I的方向（B、I不平行時），可用左手定則確定F的唯一方向：FB，F(xiàn)I，則F垂直于B和I所構成的平面，但已知F和B的方向，不能唯一確定I的方向。由于I可在圖中平面內(nèi)與B成任意不為零的夾角。同理，已知F和I的方向也不能唯一確定B的方向。難點三、洛倫茲力1洛侖茲力的大小。（1）洛侖茲力計算式為FqvB，條件為磁場B與帶電粒子運動的速度v垂直。（2）當vB，F(xiàn)0；當vB，F(xiàn)最大。2洛侖茲力的方向。（1）洛侖茲力的方向用左手定則判定：伸開左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在

6、同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入掌心，四指指向正電荷的運動方向，那么，大拇指所指的方向就是正電荷所受洛侖茲力的方向；如果運動電荷為負電荷，則四指指向負電荷運動的反方向。（2）F、v、B三者方向間的關系。已知v、B的方向，可以由左手定則確定F的唯一方向：Fv、FB、則F垂直于v和B所構成的平面；但已知F和B的方向，不能唯一確定v的方向，由于v可以在v和B所確定的平面內(nèi)與B成不為零的任意夾角，同理已知F和v的方向，也不能唯一確定B的方向。3洛侖茲力的特性（1）安培力是大量運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。（2）無論電荷的速度方向與磁場方向間的關系如何，洛侖茲力的方向永遠與電荷的速度方向垂

7、直，因此洛侖茲力只改變運動電荷的速度方向，不對運動電荷作功，也不改變運動電荷的速率和動能。所以運動電荷垂直磁感線進入勻強磁場僅受洛侖磁力作用時，一定作勻速圓周運動。（3）洛侖茲力是一個與運動狀態(tài)有關的力，這與重力、電場力有較大的區(qū)別，在勻強電場中，電荷所受的電場力是一個恒力，但在勻強磁場中，若運動電荷的速度大小或方向發(fā)生改變，洛侖茲力是一個變力。難點四、電場力和洛侖茲力的比較 電場力洛侖茲力存在條件作用于電場中所有電荷僅對運動著的且速度不跟磁場平行的電荷有洛侖茲力作用大小F=qE與電荷運動速度無關F=Bqv與電荷的運動速度有關方向力的方向與電場方向相同或相反，但總在同一直線上力的方向始終和磁場

8、方向垂直對速度的改變 可改變電荷運動速度大小和方向 只改變電荷速度的方向，不改變速度的大小做功可以對電荷做功，改變電荷的動能不對電荷做功、不改變電荷的動能偏轉(zhuǎn)軌跡在勻強電場中偏轉(zhuǎn)，軌跡為拋物線在勻強磁場中偏轉(zhuǎn)、軌跡為圓弧難點五、帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的轉(zhuǎn)動周期T與帶電粒子的質(zhì)量和電量有關，與磁場的磁感應強度有關，而與帶電粒子的速度大小無關帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動時，其轉(zhuǎn)過圓弧對應的圓心角越大，運動時間就越長，時間與圓心角成正比T或、的兩個特點：T、和的大小與軌道半徑（R）和運行速率（）無關，只與磁場的磁感應強度（B）和粒子的荷質(zhì)比（）有關荷質(zhì)比（）相同的帶電粒

9、子，在同樣的勻強磁場中，、和相同3 若速度方向與磁感線成任意角度，則帶電粒子在與磁感線平行的方向上做勻速直線運動，在與磁感線垂直的方向上做勻速圓周運動，它們的合運動是螺線運動與B成（角，則粒子做等距螺旋運動4解題思路及方法（1）圓心的確定：因為洛倫茲力F指向圓心，根據(jù)Fv，畫出粒子運動軌跡中任意兩點（一般是射入和射出磁場的兩點）的F的方向，沿兩個洛倫茲力F畫出延長線，兩延長線的交點即為圓心或利用圓心位置必定在圓中一根弦的中垂線上，作出圓心位置（2）半徑的確定和計算：利用平面幾何關系，求出該圓的可能半徑（或圓心角）并注意以下兩個重要的幾何特點（如圖所示）：粒子速度的偏向角等于回旋角，并等于AB線

10、與切線的夾角（弦切角）的2倍，即：；相對的弦切角相等，與相鄰的弦切角互補，即：（3）粒子在磁場中運動時間的確定：利用回旋角（即圓心角）與弦切角的關系，或者利用四邊形內(nèi)角和等于360°計算出圓心角的大小，由公式可求出粒子在磁場中的運動時間（4）解析帶電粒子穿過圓形區(qū)域磁場問題?？捎玫揭韵峦普摚貉匕霃椒较蛉肷涞牧Ｗ右欢ㄑ亓硪话霃椒较蛏涑鐾N帶電粒子以相同的速率從同一點垂直射入圓形區(qū)域的勻強磁場時，若射出方向與射入方向在同一直徑上，則軌跡的弧長最長，偏轉(zhuǎn)角有最大值且為2arcsin2arcsin在圓形區(qū)域邊緣的某點向各方向以相同速率射出的某種帶電粒子，如果粒子的軌跡半徑與區(qū)域圓的半徑相同，

11、則穿過磁場后粒子的射出方向均平行(反之，平行入射的粒子也將匯聚于邊緣一點)難點六、帶電粒子在復合場中的運動1高中階段所涉及的復合場有四種組合形式，即：（1）電場與磁場的復合場；（2）磁場與重力場的復合場；（3）電場與重力場的復合場；（4）電場、磁場與重力場的復合場2帶電粒子在復合場中的運動性質(zhì)取決于帶電粒子所受的合外力及初速度，因此應把帶電粒子的運動情況和受力情況結合起來進行分析當帶電粒子在復合場中所受的合外力為零時，帶電粒子做勻速直線運動(如速度選擇器)；當帶電粒子所受的重力與電場力等值、反向，由洛倫茲力提供向心力時，帶電粒子在垂直磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動；當帶電粒子所受的合外力是變力，且

12、與初速度的方向不在一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運動，運動軌跡也隨之不規(guī)范地變化因此，要確定粒子的運動情況，必須明確有幾種場，粒子受幾種力，重力是否可以忽略3帶電粒子所受三種場力的特征（1）洛倫茲力的大小跟速度方向與磁場方向的夾角有關當帶電粒子的速度方向與磁場方向平行時，f洛0；當帶電粒子的速度方向與磁場方向垂直時，f洛qvB當洛倫茲力的方向垂直于速度v和磁感應強度B所決定的平面時，無論帶電粒子做什么運動，洛倫茲力都不做功（2）電場力的大小為qE，方向與電場強度E的方向及帶電粒子所帶電荷的性質(zhì)有關電場力做功與路徑無關，其數(shù)值除與帶電粒子的電荷量有關外，還與其始末位置的電勢差有關（3）重力的大

13、小為mg，方向豎直向下重力做功與路徑無關，其數(shù)值除與帶電粒子的質(zhì)量有關外，還與其始末位置的高度差有關注意：微觀粒子(如電子、質(zhì)子、離子)一般都不計重力；對帶電小球、液滴、金屬塊等實際的物體沒有特殊交代時，應當考慮其重力；對未知名的、題中又未明確交代的帶電粒子，是否考慮其重力，則應根據(jù)題給的物理過程及隱含條件具體分析后作出符合實際的決定4帶電粒子在復合場中的運動的分析方法（1）當帶電粒子在復合場中做勻速運動時，應根據(jù)平衡條件列方程求解（2）當帶電粒子在復合場中做勻速圓周運動時，往往應用牛頓第二定律和平衡條件列方程聯(lián)立求解（3）當帶電粒子在復合場中做非勻速曲線運動時，應選用動能定理或動量守恒定律列

14、方程求解注意：如果涉及兩個帶電粒子的碰撞問題，要根據(jù)動量守恒定律列方程，再與其他方程聯(lián)立求解由于帶電粒子在復合場中的受力情況復雜，運動情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，這時應以題目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等詞語為突破口，挖掘隱含條件，并根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解【易錯點點睛】易錯點1 各種磁體的磁場分布 1.如圖101所示，為電視機顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖，圓心黑點表示電子槍射出的電子，它的方向由紙內(nèi)指向紙外，當偏轉(zhuǎn)線圈通以圖示方向的電流時，電子束應 ( ) A.向左偏轉(zhuǎn) B向上偏轉(zhuǎn) C.不偏轉(zhuǎn) D.向下偏轉(zhuǎn)2兩個圓環(huán)A、B如圖所示裝置，且RA>RD一條形磁

15、鐵軸線穿過兩個圓環(huán)的圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，則穿過A、B環(huán)的磁通量A和B的關系是 AA>B。 BA=B CA<B D無法確定易錯點 2 磁場對通電導線的作用1.如圖102所示，兩根平行放置的長直導線a和b載有大小相同方向相反的電流，d受到的磁場力大小為F1,當加入一與導線所在平面垂直的勻強磁場后，a受到的磁場力大小變?yōu)镕2，則此時b受到的磁場力大小變?yōu)?( ) A.F2 BF1-F2 CF1+F2， D2F1-F2易錯點3 帶電粒子在磁場中運動區(qū)域的判定 1如圖10-3，在一水平放置的平板MN的上方有勻強磁場，磁感應強度的大小為B，磁場方向垂直于紙面向里許多質(zhì)量為m帶電量為+q的

16、粒子，以相同的速率，沿位于紙面內(nèi)的各個方向，由小孔口射人磁場區(qū)域不計重力，不計粒子間的相互影響下列圖中陰影部分表示帶電粒子可能經(jīng)過的區(qū)域，其中 哪個圖是正確的? 2如圖10-4，真空室內(nèi)存在勻強磁場，磁場方禹垂直于圖中紙面向里，磁感應強度的大小B=006t，磁場內(nèi)有一塊平面感不干板ab，板面與磁場方向平行，在距ab的距離l=16cm處，有一個點狀的a放射源S，它向各個方向發(fā)射a粒子,a粒子的速度都是v=30x106m/s，已知a粒子的電荷與質(zhì)量之比50x107C/kg，現(xiàn)只考慮在圖紙平面中運動的。粒子，求dA上被口粒子打中的區(qū)域的長度由圖中幾何關系得 所求長度為 P1P2=NP1+NP2 代入

17、數(shù)值P1P2=20cm易錯點4 帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動 1 一勻強磁場，磁場方向垂直于zy平面，在xy平面上，磁場分布在以O為中心的一個圓形區(qū)域內(nèi)，一個質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子，由原點O開始運動，初速為v，方向沿x軸正方向，后來粒子經(jīng)過y軸的p點，此時速度方向與y軸的夾角為30°，p到O的距離為上，如圖106所示，不計重力的影響，求磁場的磁感應強度B的大小和xy平面上磁場區(qū)域的半徑R.2如圖108所示，在一個圓形區(qū)域內(nèi)，兩個方向相反且都垂直于紙面的勻強磁場分布在以直徑A2A4為邊界的兩個半圓形區(qū)域I、中，A2A4與A1A3的夾角為60°。一質(zhì)量為m、帶電量

18、為+q的粒子以某一速度從I區(qū)的邊緣點A1處沿與A1A3成30°角的方向射人磁場，隨后該粒子以垂直于A2A4的方向經(jīng)地圓心O進入?yún)^(qū)，最后再從A4處射出磁場。已知該粒子從射人到射出磁場所用的時間為t，求I區(qū)和區(qū)中磁感應強度的大小(忽略粒子重力)【特別提醒】 (1)對粒子在勻強磁場中的運動的基本解題方法是：先確定圓弧軌跡上兩個特殊的點，畫出圓弧的軌跡，過這兩個點作圓弧的切線，再作切線酌垂線，垂線的交點即為圓心，最后利用幾何關系求半徑，再求出需要求的物理量(2)若要求粒子在磁場中運動的時間，先求出運動軌跡對應的圓心角矽，然后根據(jù)公式 就可求出運動時間易錯點5 帶電粒子在勻強電場與勻強磁場中的

19、復合場中的運動 1如圖106所示，在y>0的空間中存在勻強電場，場強沿y軸負方向；在y<0的空間中，存在勻強磁場，磁場方向垂直xy平面(紙面)向外一電量為q、質(zhì)量為m的帶正電的運動粒子，經(jīng)過y軸上y=h處的點p1，時速率為v0，方向沿x軸正方向；然后， 經(jīng)過z軸上x=2h處的P2點進入磁場，并經(jīng)過y軸上y=2h處的P3點不計重力求： (1)電場強度的大小 (2)粒子到達P2時速度的大小和方向 (3)磁感應強度的大小易錯點6 磁場的相關知識在生活、斜技等實際問題中的廣泛應用1 湯姆生用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實驗裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計初速、

20、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過4，中心的小孔沿中心軸O1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P間的區(qū)域當極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成了個亮點；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點偏離到O，點(O與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計)此時，在P和P，間的區(qū)域，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場調(diào)節(jié)磁場的強弱，當磁感應強度的大小為B時，亮點重新回到O點已知極板水平方向的長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2(如圖108所示) 2如圖109所示，正電子發(fā)射計算機斷層(PET)是分子水平上的人體功能顯像的國際領先技術，它為臨床診斷和治療提供

21、全新的手段。 (1)PET在心臟疾病診療中，需要使用放射正電子的同 位素氮13示蹤劑。氮13是由電型回施加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氧16獲得的。反應中同時還產(chǎn)生另一個粒子，試寫出該核反應方程。 (2)PET所用回施加速器示意如圖，其中置于高真空中的金屬形盒的半徑為R，兩盒間距為d，在左側D形盒圓心處放有粒子源S，勻強磁場的磁感應強度為B，方向如圖所示，質(zhì)子質(zhì)量為m，電荷量為q0設質(zhì)子從粒子源5進入加速電場時的初速度不計，質(zhì)子在加速器中運動的總時間為t(其中已略去了質(zhì)子在加速電場中的運動時間)，質(zhì)子在電場中的加速次數(shù)于回施半周的次數(shù)相同，加速質(zhì)子時的電壓大小可視為不變。求此加速器所需的高頻電源頻率

22、f和加速電壓U (3)試推證當Rd時，質(zhì)子在電場中加速的總時間相對于在D形盒中回施的時間可忽略不計(質(zhì)子在電場中運動時，不考慮磁場的影響)?！緦＜翌A測】1.關于磁場和磁感線的描述，正確的說法是()A.磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于S極B.磁場的方向就是通電導體在磁場中某點受磁場作用力的方向C.沿磁感線方向，磁場逐漸減弱D.磁場強的地方同一通電導體受的安培力可能比在磁場弱的地方受的安培力小解析：安培力不僅與B、I、L有關，還與I和B的夾角有關.答案：D2.帶電粒子（不計重力）可能所處的狀態(tài)是()在磁場中處于平衡狀態(tài)在電場中做勻速圓周運動在勻強磁場中做拋體運動在勻強電場中做勻速直線運動A. B.

23、C. D.解析：由粒子的初始條件和受力條件得答案：A3.如圖所示，在第一象限內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，一對正、負電子分別以相同速度沿與x軸成30°角從原點射入磁場，則正、負電子在磁場中運動時間之比為()A.12 B.21 C.13 D.11解析：由于T= ，正電子在磁場中運動時間t1=，負電子在磁場中時間t2=,t1：t2=2：1.答案：B4如圖31所示，在陰極射線管正下方平行放置一根通有足夠強直流電流的長直導線，且導線中電流方向水平向右，則陰極射線將會()圖31A向上偏轉(zhuǎn) B向下偏轉(zhuǎn)C向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) D向紙外偏轉(zhuǎn)5在光滑絕緣水平面上，一輕繩拉著一個帶電小球繞豎直方向的軸O在勻強磁場中

24、做逆時針方向的勻速圓周運動，磁場方向豎直向下，且范圍足夠大，其俯視圖如圖32所示，若小球運動到某點時，繩子突然斷開，則關于繩子斷開后，對小球可能的運動情況的判斷不正確的是()A小球仍做逆時針方向的勻速圓周運動，但半徑減小B小球仍做逆時針方向的勻速圓周運動，半徑不變C小球做順時針方向的勻速圓周運動，半徑不變D小球做順時針方向的勻速圓周運動，半徑減小6.如圖所示，一帶正電的滑環(huán)套在水平放置且足夠長的粗糙絕緣桿上，整個裝置處于方向如圖所示的勻強磁場中.現(xiàn)給環(huán)施以一個水平向右的沖量，使其運動，則滑環(huán)在桿上的運動情況可能是( )A.先做減速運動，后做勻速運動B.一直做減速運動，直到靜止C.先做加速運動，

25、后做勻速運動D.一直做勻速運動7.如圖所示，在x>0,y>0的空間中有恒定的勻強磁場，磁感應強度的方向垂直于Oxy平面向里，大小為B，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，在x軸上到原點的距離為x0的P點，以平行于y軸的初速度射入此磁場，在磁場作用下沿垂直于y軸的方向射出此磁場.不計重力的影響.由這些條件可知()A.不能確定粒子通過y軸時的位置B.不能確定粒子速度的大小C.不能確定粒子在磁場中運動所經(jīng)歷的時間D.以上三個判斷都不對8.如圖所示，帶電平行板中勻強電場方向豎直向下，勻強磁場方向水平向里，一帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點自由滑下，經(jīng)過軌道端點P進入板間恰好沿水平方向做直線

26、運動.現(xiàn)使球從軌道上較低的b點開始滑下，經(jīng)P點進入板間后，在板間運動過程中()A.小球動能將會增大B.小球的電勢能將會減少C.小球所受的洛倫茲力將會增大D.因不知道小球的帶電性質(zhì)，不能判斷小球的動能如何變化9.一個帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向向右射入勻強電場區(qū)域，穿出電場后接著又進入勻強磁場區(qū)域.設電場和磁場區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場強度方向平行，如圖中的虛線所示.在下圖所示的幾種情況中，可能出現(xiàn)的是()10.如圖所示，在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有勻強磁場.在邊長為2R的正方形區(qū)域里也有勻強磁場，兩個磁場的磁感應強度大小相同，兩個相同的帶電粒子以相同的速率分別從M、N兩點射入勻強磁場.在M點射入的帶電粒子，其速度方向指向圓心；在N點射入的帶電粒子，速度方向與邊界垂直，且N點為正方形邊長的中點，則下列說法正確的是()A.帶電粒子在磁場中飛行的時間可能相同B.從M點射入的帶電粒子可能先飛出磁場C.從N點射入的帶電粒子可能先飛出磁場D.從N點射入的帶電粒子不可能比M點射入的帶電粒子先飛出磁場解析：畫軌跡