高三物理磁場獲獎(jiǎng)

高三物理磁場獲獎(jiǎng)?wù)n件第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四半徑公式：周期公式：帶電粒子在電場磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)：如用電場加速或減速粒子偏轉(zhuǎn)：類似平拋運(yùn)動(dòng)，一般分解成兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)求解圓周運(yùn)動(dòng)：以點(diǎn)電荷為圓心運(yùn)動(dòng)或受裝置約束運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)（當(dāng)帶電粒子的速度與磁場平行時(shí)）圓周運(yùn)動(dòng)（當(dāng)帶電粒子的速度與磁場垂直時(shí)）直線運(yùn)動(dòng)：垂直運(yùn)動(dòng)方向的力必定平衡圓周運(yùn)動(dòng)：重力與電場力一定平衡，由洛倫茲力提供向心力一般的曲線運(yùn)動(dòng)第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四帶電粒子在電場、磁場、重力場中的運(yùn)動(dòng)，簡稱帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)，一般具有較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)圖景。這類問題本質(zhì)上是一個(gè)力學(xué)問題，應(yīng)順應(yīng)力學(xué)問題的研究思路和運(yùn)用力學(xué)的基本規(guī)律。分析帶電粒子在電場、磁場中運(yùn)動(dòng)，主要是兩條線索：（1）力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。根據(jù)帶電粒子所受的力，運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解。（2）功能關(guān)系。根據(jù)場力及其它外力對帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關(guān)系，從而可確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況，這條線索不但適用于均勻場，也適用于非均勻場。因此要熟悉各種力做功的特點(diǎn)。第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

【例題1】（1999年高考全國卷）如圖1所示，圖中虛線MN是一垂直紙面的平面與紙面的交線，在平面右側(cè)的半空間存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向外。O是MN上的一點(diǎn)，從O點(diǎn)可以向磁場區(qū)域發(fā)射電量為+q、質(zhì)量為m、速率為v的粒子，粒子射入磁場時(shí)的速度可在紙面內(nèi)各個(gè)方向。已知先后射入的兩個(gè)粒子恰好在磁場中給定的P點(diǎn)相遇，P到O的距離為L，不計(jì)重力及粒子間的相互作用。（1）求所考察的粒子在磁場中的軌道半徑；（2）求這兩個(gè)粒子從O點(diǎn)射入磁場的時(shí)間間隔。第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四【點(diǎn)撥解疑】（1）設(shè)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，由牛頓第二定律得則（2）如圖2所示，以O(shè)P為弦可以畫兩個(gè)半徑相同的圓，分別表示在P點(diǎn)相遇的兩個(gè)粒子的軌跡。圓心分別為O1、O2，過O點(diǎn)的直徑分別為OO1Q1、OO2Q2，在O點(diǎn)處兩個(gè)圓的切線分別表示兩個(gè)粒子的射入方向，用θ表示它們之間的夾角。由幾何關(guān)系可知，，從O點(diǎn)射入到相遇，粒子1的路程為半個(gè)圓周加弧長Q1P=Rθ，粒子2的路程為半個(gè)圓周減弧長PQ2=Rθ

粒子1的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為，其中T為圓周運(yùn)動(dòng)的周期。

粒子2運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為

兩粒子射入的時(shí)間間隔為

第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例6、如圖10所示，兩個(gè)共軸的圓筒形金屬電極，外電極接地，其上均勻分布著平行于軸線的四條狹縫a、b、c和d，外筒的外半徑為r，在圓筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場，磁感強(qiáng)度的大小為B。在兩極間加上電壓，使兩圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿半徑向外的電場。一質(zhì)量為ｍ、帶電量為＋q的粒子，從緊靠內(nèi)筒且正對狹縫a的S點(diǎn)出發(fā)，初速為零。如果該粒子經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后恰好又回到出發(fā)點(diǎn)S，則兩電極之間的電壓U應(yīng)是多少？（不計(jì)重力，整個(gè)裝置在真空中）abcd

S圖10第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四解析：如圖11所示，帶電粒子從S點(diǎn)出發(fā)，在兩筒之間的電場作用下加速，沿徑向穿過狹縫a而進(jìn)入磁場區(qū)，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。粒子再回到S點(diǎn)的條件是能沿徑向穿過狹縫d.只要穿過了d，粒子就會(huì)在電場力作用下先減速，再反向加速，經(jīng)d重新進(jìn)入磁場區(qū)，然后粒子以同樣方式經(jīng)過c、b，再回到S點(diǎn)。設(shè)粒子進(jìn)入磁場區(qū)的速度大小為V，根據(jù)動(dòng)能定理，有

設(shè)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律，有由前面分析可知，要回到S點(diǎn)，粒子從a到d必經(jīng)過圓周，所以半徑R必定等于筒的外半徑r，即

R=r.由以上各式解得;.abcdSo圖11第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例7、如圖12所示，空間分布著有理想邊界的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場。左側(cè)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為E、方向水平向右，電場寬度為L；中間區(qū)域勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里。一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q、不計(jì)重力的帶正電的粒子從電場的左邊緣的O點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，穿過中間磁場區(qū)域進(jìn)入右側(cè)磁場區(qū)域后，又回到O點(diǎn)，然后重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)過程。求：

(1)中間磁場區(qū)域的寬度;(2)帶電粒子從O點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)到第一次回到O點(diǎn)所用時(shí)間t.BBEL

dO圖12第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四解析：（1）帶電粒子在電場中加速，由動(dòng)能定理，可得：

帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)，由牛頓第二定律，可得：由以上兩式，可得?？梢娫趦纱艌鰠^(qū)粒子運(yùn)動(dòng)半徑相同，如圖13所示，三段圓弧的圓心組成的三角形ΔO1O2O3是等邊三角形，其邊長為2R。所以中間磁場區(qū)域的寬度為OO3O1O2600

（2）在電場中在中間磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間在右側(cè)磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間，則粒子第一次回到O點(diǎn)的所用時(shí)間為第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

地磁場:(1)地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近。（2）地磁場B的水平分量（BX）總是從地球南極指向地球北極；而豎直分量（BY）則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球上空，地磁場的豎直分量總是向下的。（3）在赤道平面上，距離地球表面相等的各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，且方向水平向北第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四*安培定則：對直導(dǎo)線四指指磁感線方向；對環(huán)行電流大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對長直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。5.磁感應(yīng)強(qiáng)度：B=F/IL（條件是勻強(qiáng)磁場，或ΔL很小，并且L⊥B）。*磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。單位是特斯拉，符號(hào)為T，1T=1N/Am=1kg/As2第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四6.磁通量：穿過某個(gè)面的磁感線條數(shù)叫磁通量。用Φ表示。是標(biāo)量。單位為韋伯，符號(hào)為Wb。1Wb=1Tm2=1kgm2/As2。*在勻強(qiáng)磁場中，有Φ=BScosα（α為B與S的夾角）。*B=Φ/S，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度。第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

A.若有一小段通電導(dǎo)體在某點(diǎn)不受磁場力的作用,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零

B.若一小段長為L、通過電流為I的導(dǎo)體,在磁場中某處受到的磁場力為F,則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小一定是F/IL

C.由定義式B=F/IL可知,電流強(qiáng)度I越大,導(dǎo)線L越長,某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B就越小

D.一小段通電導(dǎo)體受到的磁場力的方向即為該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向例1.有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中,不正確的是（）

第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例2.十九世紀(jì)二十年代,以塞貝克(數(shù)學(xué)家)為代表的科學(xué)家已認(rèn)識(shí)到:溫度差會(huì)引起電流,安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差,從而提出如下假設(shè):地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的,則該假設(shè)中的電流方向是

A.由西向東垂直磁子午線

B.由東向西垂直磁子午線

C.由南向北沿磁子午線

D.由赤道向兩極沿磁子午線方向第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例3.在圖14—1中,一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時(shí),磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn),這一帶電粒子束可能是A.向右飛行的正離子B.向左飛行的正離子C.向右飛行的負(fù)離子D.向左飛行的負(fù)離子圖14—1第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例2、如圖所示，兩個(gè)半徑相同，互相垂直的同心圓環(huán)形線圈，當(dāng)通以相等的電流后,可繞xx’軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)，圓心O處的磁感強(qiáng)度與單個(gè)圓環(huán)線圈在圓心O處的磁感強(qiáng)度B的關(guān)系是

。第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例6、如圖所示，一條勁度系數(shù)較小的金屬彈簧處于自由狀態(tài)，當(dāng)彈簧通以電流時(shí)，彈簧將（）Ａ.縱向收縮，徑向膨脹；Ｂ.縱向伸長，徑向收縮；Ｃ.縱向收縮，徑向伸長；Ｄ.縱向伸長，徑向膨脹。第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例3、垂直磁場方向的１m長導(dǎo)線,通以１Ａ的電流,通電導(dǎo)線受安培力為２Ｎ,該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是

Ｔ,若該導(dǎo)線方位不變,長度為0.5m,受安培力為１Ｎ,則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是

Ｔ.例4、關(guān)于磁感強(qiáng)度Ｂ，電流強(qiáng)度I和通電導(dǎo)線所受磁場力Ｆ的關(guān)系，下列說法正確的是Ａ.在Ｂ＝０的地方，Ｆ一定等于零；Ｂ.在Ｆ＝０的地方，Ｂ一定等于零；Ｃ.若Ｂ＝１特，Ｉ＝１安，則Ｆ一定等于１牛；Ｄ.若Ｉ＝１安，Ｌ＝１米，則Ｂ一定等于１特。第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四二、安培力（磁場對電流的作用力）1.方向①用左手定則。②用“同性相斥，異性相吸”（只適用于磁鐵或螺線管外部）。③用“同向電流相吸，反向電流相斥”（反映了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)）?？梢园褩l形磁鐵等效為長直螺線管。２.大小當(dāng)B