磁場(chǎng)專題三帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

高三第一輪復(fù)習(xí)磁2005年12月2日1知識(shí)網(wǎng)絡(luò)磁場(chǎng)的產(chǎn)生磁體周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)的描述定量描述：磁感應(yīng)強(qiáng)度形象描述：磁感線幾種典型磁場(chǎng)的磁感線分布條形磁鐵蹄形磁鐵勻強(qiáng)磁場(chǎng)均勻輻向磁場(chǎng)直線電流環(huán)形電流通電螺線管地磁場(chǎng)磁場(chǎng)2005年12月2日2磁場(chǎng)對(duì)電流的作用大小B∥L，F(xiàn)=0B⊥L，F(xiàn)=BIL方向：左手定那么電流表的工作原理磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用大小v∥B，F(xiàn)=0v⊥B，F(xiàn)=Bqv方向：左手定那么帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑運(yùn)動(dòng)周期重要應(yīng)用質(zhì)譜儀盤旋加速器……2005年12月2日3一．磁場(chǎng)及其磁場(chǎng)的描述專題1、磁場(chǎng)的產(chǎn)生⑴磁體的周圍存在磁場(chǎng)〔與電場(chǎng)一樣是一種特殊物質(zhì)〕⑵電流〔運(yùn)動(dòng)電荷〕周圍存在磁場(chǎng)奧斯特實(shí)驗(yàn)?zāi)媳狈胖脤?dǎo)線通電后發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)一、磁場(chǎng)的描述2005年12月2日42、磁場(chǎng)的根本性質(zhì)對(duì)放入其中的磁體、電流〔運(yùn)動(dòng)電荷〕有力的作用同名磁極相互排斥異名磁極相互吸引⑴⑵磁體對(duì)電流的作用⑶電流對(duì)電流的作用2005年12月2日53、磁體間相互作用的本質(zhì)磁場(chǎng)磁體磁體磁體或電流磁體或電流磁場(chǎng)2005年12月2日6總結(jié)：磁場(chǎng)的根本特性之一就是對(duì)處于其中的磁體、電流或運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。磁極與磁極之間、磁體與電流之間、電流與電流之間的作用力都是通過(guò)自己的磁場(chǎng)而作用于對(duì)方的。５、磁場(chǎng)的方向：規(guī)定在磁場(chǎng)中任一點(diǎn)，小磁針靜止時(shí)N極指向〔即N極的受力方向〕就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向?；蛐〈裴楴極的受力方向。〔注意：不是電流的受力方向〕磁場(chǎng)的方向小磁針靜止時(shí)N極指向N極的受力方向磁感線某點(diǎn)的切線方向磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向五個(gè)方向的統(tǒng)一：2005年12月2日76、磁感線⑴用來(lái)形象地描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的假想曲線

⑵磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即小磁針N極在該點(diǎn)的受力方向或靜止時(shí)的指向⑶磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱⑷磁感線是封閉曲線〔和靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不同〕2005年12月2日8幾種磁場(chǎng)的磁感線：2005年12月2日9安培定那么〔右手螺旋定那么〕：對(duì)直導(dǎo)線，四指指磁感線方向；對(duì)環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對(duì)長(zhǎng)直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。2005年12月2日10③通電直導(dǎo)線判斷方法：立體圖縱截面圖橫截面圖④環(huán)形電流判斷方法：立體圖縱截面圖橫截面圖2005年12月2日11⑤通電螺線管判斷方法電流安培定則（二）立體圖橫截面圖縱截面圖⑥地磁場(chǎng)１．地磁場(chǎng)的Ｎ極在地球的南端２．水平分量從南到北，豎直分量北半球垂直地面向下，南半球垂直地面向上；３．赤道平面，距離地面高度相等的點(diǎn)Ｂ的大小和方向相同．2005年12月2日127、磁感應(yīng)強(qiáng)度描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與方向的物理量⑴定義：在磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，受到的安培力跟電流和導(dǎo)線長(zhǎng)度的乘積的比值。⑵表達(dá)式：?jiǎn)挝唬禾厮估睺〕⑶矢量：方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即通過(guò)該點(diǎn)的磁感線的切線方向2005年12月2日13⑴電流磁場(chǎng)方向的判斷★在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，由此可知〔〕A．一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B．一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C．可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過(guò)D．可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過(guò)2005年12月2日14★一束電子流沿x軸正方向高速運(yùn)動(dòng)，如下圖，那么電子流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在z軸上的點(diǎn)P處的方向是〔〕A．沿y軸正方向B．沿y軸負(fù)方向C．沿z軸正方向D．沿z軸負(fù)方向2005年12月2日15★以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 〔〕A．磁感線可以表示磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱B．磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于磁體的S極C．磁鐵能產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)D．放入通電螺線管內(nèi)的小磁針，根據(jù)異名磁極相吸的原那么，小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極⑵磁感線2005年12月2日16⑶磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義★關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 〔〕A．由B=F/IL可知，B與F成正比，與IL成反比B．由B=F/IL可知，一小段通電導(dǎo)體在某處不受磁場(chǎng)力，說(shuō)明此處一定無(wú)磁場(chǎng)C．通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力越大，說(shuō)明磁場(chǎng)越強(qiáng)D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處電流受力方向2005年12月2日17⑷磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性★兩根長(zhǎng)直通電導(dǎo)線互相平行，電流方向相同.它們的截面處于一個(gè)等邊三角形ABC的A和B處.如下圖，兩通電導(dǎo)線在C處的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值都是B，那么C處磁場(chǎng)的總磁感應(yīng)強(qiáng)度是〔〕A．2B B．BC．0 D．B2005年12月2日181、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力安培力⑴方向：左手定那么磁場(chǎng)方向判斷以下通電導(dǎo)線的受力方向電流方向電流方向安培力方向二．安培力及判定安培力作用下物理運(yùn)動(dòng)方向?qū)ｎ}2005年12月2日19判斷以下導(dǎo)線的電流方向或磁場(chǎng)方向或受力方向⑵大小F=BILB⊥I如B∥I那么F=0如B與I成任意角那么把L投影到與B垂直和平行的方向上與B垂直的為有效L為在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度F=BILsinθB與I的夾角2005年12月2日202、通電導(dǎo)線在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的定性判斷2005年12月2日213、電流在安培力作用下的定量計(jì)算問(wèn)題★一圓形線圈，半徑為r，通以電流強(qiáng)度為I的電流，放在光滑水平面上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向下，如圖所示（俯視圖），則線圈截面上張力大小為：（）A．2BIrB．0.5BIr

C．BIrD．不能求解★如圖，相距20cm的兩根光滑平行銅導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面傾角為θ=370，上面放著質(zhì)量為80g的金屬桿ab，整個(gè)裝置放在B=0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.(1)若磁場(chǎng)方向豎直向下，要使金屬桿靜止在導(dǎo)軌上，必須通以多大的電流.(2)若磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，要使金屬桿靜止在導(dǎo)軌上，必須通以多大的電流。2005年12月2日22★如圖所示，有一金屬棒ab，質(zhì)量為m=5g，電阻R=1Ω，可以無(wú)摩擦地在兩條平行導(dǎo)軌上滑行。導(dǎo)軌間距離為d=10cm，電阻不計(jì)。導(dǎo)軌平面與水平面的夾角θ=30°，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向豎直向上。電源的電動(dòng)勢(shì)E=2V，內(nèi)電阻r=0.1Ω，試求變阻器取值是多少時(shí)，可使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上?！锶鐖D所示，兩根平行光滑軌道水平放置，相互間隔d=0.1m，質(zhì)量為m=3g的金屬棒置于軌道一端.勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.1T，方向豎直向下，軌道平面距地面高度h=0.8m，當(dāng)接通開(kāi)關(guān)S時(shí)，金屬棒由于受磁場(chǎng)力作用而被水平拋出，落地點(diǎn)水平距離s=2m，求接通S瞬間，通過(guò)金屬棒的電量.Bhs2005年12月2日23★在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.08T，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一根長(zhǎng)l1=20cm，質(zhì)量m=24g的金屬橫桿水平地懸掛在兩根長(zhǎng)均為24cm的輕細(xì)導(dǎo)線上，電路中通以圖示的電流，電流強(qiáng)度保持在2.5A，橫桿在懸線偏離豎直位置θ=30°處時(shí)由靜止開(kāi)始擺下，求橫桿通過(guò)最低點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小。2005年12月2日24第二課時(shí)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用一、洛侖茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力1、大小：F洛=Bqv當(dāng)B∥v時(shí)，電荷不受洛侖茲力當(dāng)B⊥v時(shí)，電荷所受洛侖茲力最大當(dāng)B與v成θ角時(shí)，F(xiàn)洛=Bqvsinθ2、方向：用左手定那么判斷F洛+v注意：四指的方向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向，或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。3、特點(diǎn)：洛侖茲力始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，只改變速度的方向，而不改變速度的大小，所以洛侖茲力不做功。4、洛侖茲力與安培力的關(guān)系洛侖茲力是安培力的微觀表現(xiàn)，安培力是洛侖茲力的宏觀表達(dá)2005年12月2日252、運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)⑴洛侖茲力提供向心力⑵軌道半徑：⑶周期：與v、r無(wú)關(guān)二、帶電粒子〔不計(jì)重力〕在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行，做勻速直線運(yùn)動(dòng)⑷圓心、半徑、運(yùn)動(dòng)時(shí)間確實(shí)定①圓心確實(shí)定a、兩個(gè)速度方向垂直線的交點(diǎn)?！渤Ｓ迷谟薪绱艌?chǎng)的入射與出射方向的情況下〕VO2005年12月2日26b、一個(gè)速度方向的垂直線和一條弦的中垂線的交點(diǎn)O②半徑確實(shí)定應(yīng)用幾何知識(shí)來(lái)確定！③運(yùn)動(dòng)時(shí)間：3、理解與穩(wěn)固★兩個(gè)粒子帶電量相等，在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中只受磁場(chǎng)力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么()A.假設(shè)速率相等，那么半徑相等B.假設(shè)速率相等，那么周期相等C.假設(shè)動(dòng)量大小相等，那么半徑相等D.假設(shè)動(dòng)能相等，那么周期相等2005年12月2日27★如圖所示，在長(zhǎng)直導(dǎo)線中有恒電流I通過(guò)，導(dǎo)線正下方電子初速度v０方向與電流I的方向相同，電子將（）

A.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡是圓

B.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越大

C.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越小

D.沿路徑b運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越大★垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場(chǎng)邊界方向從a點(diǎn)垂直飛入磁場(chǎng)區(qū)，如圖所示，當(dāng)它飛離磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)θ角．試求粒子的運(yùn)動(dòng)速度v以及在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t．2005年12月2日28★.如下圖，甲是一個(gè)帶正電的小物塊，乙是一個(gè)不帶電的絕緣物塊．甲、乙疊放在一起置于粗糙水平面上，水平面上方有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．現(xiàn)用一個(gè)水平恒力拉乙物塊，使甲、乙無(wú)相對(duì)滑動(dòng)地一起向左加速運(yùn)動(dòng)．在共同加速階段，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A.甲、乙兩物塊間的靜摩擦力不斷增大B.甲、乙兩物塊間的靜摩擦力不斷減小C.乙物塊與地面間的摩擦力大小不變D.乙物塊與地面間的摩擦力不斷減小甲乙F2005年12月2日294、帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題分類解析OBSVθP圖1一、帶電粒子在半無(wú)界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)MNO,LAO圖3P二、帶電粒子在圓形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)BABdVV300O圖5三、帶電粒子在長(zhǎng)足夠大的長(zhǎng)方形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)llr1OV+qV圖6四、帶電粒子在正方形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)五、帶電粒子在環(huán)狀磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2005年12月2日30★2005年12月2日312005年12月2日32★2005年12月2日33三、帶電體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，一般具有較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)圖景。這類問(wèn)題本質(zhì)上是一個(gè)力學(xué)問(wèn)題，應(yīng)順應(yīng)力學(xué)問(wèn)題的研究思路和運(yùn)用力學(xué)的根本規(guī)律?！舴治鰩щ娏Ｗ釉陔妶?chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，主要是兩條線索：⑴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。⑵功能關(guān)系。根據(jù)場(chǎng)力及其它外力對(duì)帶電粒子做功引起的能量變化或全過(guò)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(chǎng)，也適用于非均勻場(chǎng)。因此要熟悉各種力做功的特點(diǎn)?！魩щ婓w在復(fù)合場(chǎng)中受力情況復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情況多變，往往出現(xiàn)臨界問(wèn)題，應(yīng)以題中“最大〞、“最高〞、“至少〞等詞語(yǔ)為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其它方程聯(lián)立求解。2005年12月2日34帶電粒子在電場(chǎng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)：如用電場(chǎng)加速或減速粒子帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)〔當(dāng)帶電粒子的速度與磁場(chǎng)平行時(shí)〕帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)：垂直運(yùn)動(dòng)方向的力必定平衡偏轉(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)圓周運(yùn)動(dòng)〔當(dāng)帶電粒子的速度與磁場(chǎng)垂直時(shí)〕圓周運(yùn)動(dòng)：重力與電場(chǎng)力一定平衡，由洛倫茲力提供向心力一般的曲線運(yùn)動(dòng)2005年12月2日352、帶電體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題分析⑴組合場(chǎng)〔電場(chǎng)與磁場(chǎng)沒(méi)有同時(shí)出現(xiàn)在同一區(qū)域〕★試質(zhì)譜儀2005年12月2日36★2005年12月2日37盤旋加速器2005年12月2日38⑵疊加場(chǎng)〔電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)中只少有兩個(gè)同時(shí)出現(xiàn)在同一區(qū)域〕◆速度選擇器①任何一個(gè)存在正交電場(chǎng)的磁場(chǎng)的空間都可看作速度選擇器②速度選擇器只選擇速度而不選擇粒子的種類，只要v=E/B，粒子就能沿直線勻速通過(guò)選擇器，而與粒子的電性、電荷量、質(zhì)量無(wú)關(guān)?！膊挥?jì)重力〕③對(duì)于確定的