高考物理一輪基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)：磁場

磁場

[規(guī)律要點]1.基本概念及相關(guān)應(yīng)用高考物理一輪基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)2.圓周運動中有關(guān)對稱規(guī)律(1)從直線邊界射入勻強(qiáng)磁場的粒子，從同一邊界射出時，速度與邊界的夾角相等，如圖1甲、乙、丙所示。(2)在圓形磁場區(qū)域內(nèi)，沿半徑射入的粒子，必沿半徑射出，如圖丁所示。3.磁發(fā)散和磁聚焦：當(dāng)粒子做圓周運動的半徑與圓形磁場的半徑相等時，會出現(xiàn)磁發(fā)散或磁聚焦現(xiàn)象，即當(dāng)粒子由圓形磁場的邊界上某點以不同速度射入磁場時，會平行射出磁場，如圖2甲所示；當(dāng)粒子平行射入磁場中時，會在圓形磁場中匯聚于圓上一點，如圖乙所示。圖24.環(huán)狀磁場區(qū)域規(guī)律要點(1)徑向出入：帶電粒子沿(逆)半徑方向射入磁場，若能返回同一邊界，則一定逆(沿)半徑方向射出磁場，如圖3甲、乙所示。(2)最值相切：一群粒子沿環(huán)狀的半徑方向從中空區(qū)域射入磁場，不能穿越磁場的最大速度對應(yīng)軌跡如圖丙所示；沿各方向從中空區(qū)域射入磁場區(qū)的所有粒子都不能穿越磁場的最大速度對應(yīng)軌跡如圖丁所示。5.用動圓法解臨界問題(1)定圓旋轉(zhuǎn)法：當(dāng)帶電粒子射入磁場時的速率v大小一定，但射入的方向變化時，粒子做圓周運動的軌道半徑R是確定的。在確定粒子運動的臨界情景時，可以以入射點為定點，將軌跡圓旋轉(zhuǎn)，作出一系列軌跡，從而探索出臨界條件。如圖4所示為粒子進(jìn)入單邊界磁場時的情景。(2)動態(tài)放縮法：當(dāng)帶電粒子射入磁場的方向確定，但射入時的速度v大小或磁場的強(qiáng)弱B變化時，粒子做圓周運動的軌道半徑R隨之變化。在確定粒子運動的臨界情景時，可以以入射點為定點，將軌道半徑放縮，作出一系列的軌跡，從而探索出臨界條件。如圖5所示，粒子進(jìn)入長方形邊界OABC從BC邊射出的臨界情景為②和④。第1講磁場的描述·

磁場對電流的作用-8-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升磁場和磁感應(yīng)強(qiáng)度1.磁極間的相互作用:同名磁極相互

,異名磁極相互

。

2.奧斯特實驗(如圖所示):(1)通電直導(dǎo)線沿

方向放置在小磁針的上方。

(2)意義:說明通電導(dǎo)體周圍存在著

,發(fā)現(xiàn)了電流的

,首先揭示了電與磁之間是有聯(lián)系的。

排斥

吸引

南北

磁場磁效應(yīng)

-9-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升3.磁場(1)磁場:存在于

周圍或

周圍的一種客觀存在的特殊物質(zhì)。磁體與磁體之間、磁體和通電導(dǎo)體之間、通電導(dǎo)體和通電導(dǎo)體間的相互作用都是通過

發(fā)生的。

(2)基本性質(zhì):對放入其中的

或

有力的作用。

(3)地磁場:地球磁體的N極(北極)位于地理

附近,地球磁體的S極(南極)位于地理

附近。

磁體

電流

磁場

磁體

通電導(dǎo)體

南極

北極

-10-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升N極

比值

-11-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升5.磁感線(1)定義:在磁場中畫出一些有方向的曲線,使曲線上每一點的切線方向,都跟這點的

的方向一致,這樣的曲線稱為磁感線。

(2)特點:①磁感線的疏密表示磁場的

,磁感線上某點的

方向就是該點的磁場方向。②磁感線不相交、不相切、不中斷,是

曲線。

6.條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場:磁感應(yīng)強(qiáng)度

強(qiáng)弱

切線

閉合

-12-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升7.電流的磁場

越弱

條形

勻強(qiáng)

最強(qiáng)

非勻強(qiáng)

越弱

-13-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-14-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.指南針是我國古代四大發(fā)明之一。關(guān)于指南針,下列說法正確的是(

)A.指南針可以僅具有一個磁極B.指南針能夠指向南北,說明地球具有磁場C.指南針的指向不會受到附近鐵塊的干擾D.在指南針正上方附近沿指針方向放置一直導(dǎo)線,導(dǎo)線通電時指南針不偏轉(zhuǎn)答案解析解析關(guān)閉任何磁體均具有兩個磁極,故A錯誤;指南針之所以能指向南北,是因為指南針的兩個磁極受到磁場力的作用,這說明地球具有磁場,即B正確;放在指南針附近的鐵塊被磁化后,反過來會影響指南針的指向,即C錯誤;通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場對其正下方的指南針有磁場力的作用,會使指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn),故D錯誤。答案解析關(guān)閉B-15-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,E、F分別表示蓄電池兩極,P、Q分別表示螺線管兩端。當(dāng)閉合開關(guān)時,發(fā)現(xiàn)小磁針N極偏向螺線管Q端。下列判斷正確的是(

)A.E為蓄電池正極B.螺線管P端為S極C.流過電阻R的電流方向向上D.管內(nèi)磁場方向由P指向Q答案解析解析關(guān)閉由題知,閉合開關(guān)時,螺線管Q端為S極,管內(nèi)磁場方向由Q指向P,根據(jù)安培定則判斷知,E為蓄電池的負(fù)極,電阻R中的電流方向向上,故C項正確。答案解析關(guān)閉C-16-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中,正確的是(

)A.磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來表示磁場強(qiáng)弱的物理量B.若有一小段通電導(dǎo)體在某點不受磁場力的作用,則該點的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C.若有一小段長為l,通以電流為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

D.由定義式B=

可知,電流I越大,導(dǎo)線l越長,某點的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越小A解析:磁感應(yīng)強(qiáng)度的引入目的就是用來描述磁場強(qiáng)弱,因此選項A是正確的。磁感應(yīng)強(qiáng)度是與電流I和導(dǎo)線長度l無關(guān)的物理量,且B=中的B、F、l相互垂直,所以選項B、C、D皆是錯誤的。-17-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,兩根互相平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點,且與紙面垂直,導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流。A、O、B在M、N的連線上,O為MN的中點,C、D位于MN的中垂線上,且A、B、C、D到O點的距離均相等。關(guān)于以上幾點處的磁場,下列說法正確的是(

)A.O點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B.A、B兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相反C.C、D兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相同D.A、C兩點處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同C-18-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升解析:由安培定則可知,兩導(dǎo)線在O點產(chǎn)生的磁場均豎直向下,合磁感應(yīng)強(qiáng)度一定不為零,選項A錯;由安培定則,兩導(dǎo)線在A、B兩處產(chǎn)生的磁場方向均豎直向下,由于對稱性,電流M在A處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于電流N在B處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,同時電流M在B處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于電流N在A處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,所以A、B兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相同,選項B錯;根據(jù)安培定則,兩導(dǎo)線在C、D兩處產(chǎn)生的磁場方向分別垂直于C、D兩點與兩導(dǎo)線的連線方向,如圖所示,且產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等,由平行四邊形定則可知,C、D兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相同,選項C正確;A、C兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均豎直向下,選項D錯。-19-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.判斷磁場方向應(yīng)注意的幾個問題(1)要熟練掌握各個磁場的特點。(2)通電直導(dǎo)線在其周圍產(chǎn)生的磁場不是均勻分布的,垂直于直導(dǎo)線方向,離直導(dǎo)線越遠(yuǎn),磁場越弱,反之則越強(qiáng)。(3)螺線管是由多個環(huán)形電流串聯(lián)而成的,所以通電螺線管的磁場方向與環(huán)形電流的磁場方向的確定方法是相同的。(4)通電螺線管外部的磁場分布情況跟條形磁鐵外部的磁場分布情況相似,兩端分別為N極和S極。由于磁感線是閉合曲線,故螺線管內(nèi)部的磁感線方向是由S極指向N極。-20-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.磁場的矢量性及合成(1)根據(jù)安培定則確定通電導(dǎo)線周圍磁場的方向。(2)磁場中每一點磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向為該點磁感線的切線方向。(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,多個通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場疊加時,合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場源單獨存在時在該點磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。3.易錯提醒應(yīng)用安培定則(右手螺旋定則)時,應(yīng)注意解題節(jié)奏,進(jìn)行檢查對比,仔細(xì)確認(rèn)方向符合定則要求,尤其是負(fù)電荷定向移動時,等效電流與負(fù)電荷定向移動方向相反。-21-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升通電導(dǎo)線在磁場中受力方向判斷與大小計算1.大小:若I∥B時,F=

;若I⊥B時,F=

。

2.方向:(1)總垂直于

所決定的平面,即一定垂直B和I,但B與I不一定垂直。

(2)可以用左手定則來判定:伸開左手,使大拇指跟其余四個手指

,并且都與手掌在

;讓磁感線

,并使四指指向

方向,這時,

所指的方向,就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。

3.兩平行的通電導(dǎo)線的作用:同向電流相互

,反向電流相互

。

0BilB、I垂直

同一個平面內(nèi)

從掌心進(jìn)入

電流的

拇指

吸引

排斥

-22-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.如圖所示,兩平行直導(dǎo)線cd和ef豎直放置,通以方向相反大小相等的電流,a、b兩點位于兩導(dǎo)線所在的平面內(nèi)。則(

)A.b點的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B.ef導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里C.cd導(dǎo)線受到的安培力方向向右D.同時改變兩導(dǎo)線的電流方向,cd導(dǎo)線受到的安培力方向不變答案解析解析關(guān)閉根據(jù)右手定則可知b處的兩分磁場方向均為垂直紙面向外,所以選項A錯誤;cd在a處的磁場垂直紙面向里,ef在a處的磁場垂直紙面向外,且cd的磁場要大,所以選項B錯誤;根據(jù)左手定則可判斷,方向相反的兩個電流的安培力互相排斥,所以選項C錯誤;不管電流方向如何,只要電流方向相反,就互相排斥,選項D正確。答案解析關(guān)閉D-23-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.某同學(xué)自制的簡易電動機(jī)示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成,漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出,并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個金屬支架之間,線圈平面位于豎直面內(nèi),永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動起來,該同學(xué)應(yīng)將(

)

A.左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉B.左轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉C.左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉D.左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉答案解析解析關(guān)閉若將左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,則當(dāng)線圈在圖示位置時,線圈的上下邊受安培力水平而轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)過半周后再次受到相反方向的安培力而使其停止轉(zhuǎn)動,選項A錯誤;左轉(zhuǎn)軸上(下)側(cè)的絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸下(上)側(cè)的絕緣漆刮掉,電路不能接通,故不能轉(zhuǎn)起來,選項B、選項C錯誤;若將左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉,這樣當(dāng)線圈在圖示位置時,線圈的上下邊受安培力水平而轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)過半周后電路不導(dǎo)通,線圈由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)過一周后再次受到同樣的安培力而使其轉(zhuǎn)動,選項D正確。答案解析關(guān)閉D-24-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升安培力作用下導(dǎo)體運動方向的判斷方法(1)電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元,運用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向,從而判斷出整段電流所受合力的方向。(2)特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向。(3)等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵。條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管。通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析。-25-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升(4)利用結(jié)論法①兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢,同向電流相互吸引,異向電流相互排斥;②兩電流不平行時,有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢。(5)轉(zhuǎn)換研究對象法因為電流之間,電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律。定性分析磁體在電流磁場作用的受力和運動時,可先分析電流在磁體的磁場中受到的安培力,然后由牛頓第三定律,再確定磁體所受電流的作用力。-26-題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡和非平衡問題1.在傾角均為α的兩個光滑斜面上各放有一個相同的金屬棒,棒中分別通以電流I1和I2,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同,方向如圖甲、乙所示,兩金屬棒均處于平衡狀態(tài),則兩種情況下的電流的比值I1∶I2為(

)D解析:對甲圖中金屬棒,有BI1l=mgtan

α,對乙圖中金屬棒,有BI2l=mgsin

α,聯(lián)立解得

,選項D正確。-27-題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.電磁炮是一種理想的兵器,它的主要原理如圖所示,利用這種裝置可以把質(zhì)量為m=2.0g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到6km/s。若這種裝置的軌道寬d=2m、長l=100m、電流I=10A、軌道摩擦不計且金屬桿EF與軌道始終垂直并接觸良好,則下列有關(guān)軌道間所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場力的最大功率結(jié)果正確的是(

)A.B=18T,Pm=1.08×108WB.B=0.6T,Pm=7.2×104WC.B=0.6T,Pm=3.6×106WD.B=18T,Pm=2.16×106WD解析:通電金屬桿在磁場中受安培力的作用而對彈體加速,由功能關(guān)系得

,代入數(shù)值解得B=18

T;當(dāng)速度最大時磁場力的功率也最大,即Pm=BIdvm,代入數(shù)值得Pm=2.16×106

W,故選項D正確。-28-題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題與力學(xué)中的平衡問題分析方法相同,只不過多了安培力,解題的關(guān)鍵是畫出受力分析示意圖。2.安培力作用下導(dǎo)體的加速問題與動力學(xué)問題分析方法相同,關(guān)鍵是做好受力分析,然后根據(jù)牛頓第二定律求出加速度。3.解決涉及安培力的綜合類問題的分析方法:(1)以通電導(dǎo)線為研究對象,把立體圖畫成易于分析的截面圖,如側(cè)視圖、主視圖、俯視圖;(2)確定導(dǎo)線所在處磁場方向,根據(jù)左手定則確定安培力的方向(總是既垂直于磁場方向,又垂直于通電導(dǎo)體);(3)結(jié)合通電導(dǎo)體的受力情況、運動情況等,根據(jù)牛頓運動定律或功能關(guān)系列出方程,解決問題。第2講帶電粒子在磁場中的運動-30-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升洛倫茲力1.大小:當(dāng)v⊥B時,F=

;當(dāng)v∥B時,F=

。

2.方向:(1)F一定

B,也一定與v

,即F一定

B與v所決定的平面,但B與v不一定垂直。

(2)可由左手定則判定:伸開左手,使大拇指跟其余四個手指垂直,并且都跟手掌在一個平面內(nèi),把手放入磁場中,讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使伸開的四指指向

運動的方向(或

運動的相反方向),那么,拇指所指的方向,就是洛倫茲力的方向。

3.特點:洛倫茲力總是與速度v垂直,故F一定

。只改變速度的

,不改變速度的

。

qvB0垂直

垂直

垂直

正電荷

負(fù)電荷

不做功

方向

大小

-31-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.下面四幅圖中,前兩幅表示通電直導(dǎo)線所受安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I三者方向之間的關(guān)系;后兩幅表示運動電荷所受洛倫茲力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電荷速度v三者方向之間的關(guān)系,其中正確的是(

)答案解析解析關(guān)閉A中磁場方向平行紙面向上,電流方向垂直紙面向里,根據(jù)左手定則,安培力的方向水平向右,故A錯誤;B中磁場方向平行紙面向右,電流方向垂直紙面向外,根據(jù)左手定則,安培力的方向向上,故B錯誤;C中磁場方向平行紙面向上,正電荷運動的方向平行紙面向右,根據(jù)左手定則,洛倫茲力方向垂直紙面向外,故C錯誤;D中磁場方向垂直紙面向里,正電荷運動方向水平向右,根據(jù)左手定則,洛倫茲力的方向平行紙面向上,故D正確。答案解析關(guān)閉D-32-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,在赤道處,將一小球向東水平拋出,落地點為a;給小球帶上電荷后,仍以原來的速度拋出,考慮地磁場的影響,下列說法正確的是(

)A.無論小球帶何種電荷,小球仍會落在a點B.無論小球帶何種電荷,小球下落時間都會延長C.若小球帶負(fù)電荷,小球會落在更遠(yuǎn)的b點D.若小球帶正電荷,小球會落在更遠(yuǎn)的b點答案解析解析關(guān)閉地磁場在赤道上空水平由南向北,從南向北觀察,如果小球帶正電荷,則洛倫茲力斜向右上方,該洛倫茲力在豎直向上和水平向右方向均有分力,因此,小球落地時間會變長,水平位移會變大;同理,若小球帶負(fù)電,則小球落地時間會變短,水平位移會變小,故D正確。答案解析關(guān)閉D-33-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.如圖甲所示,某空間存在著足夠大的勻強(qiáng)磁場,磁場沿水平方向。磁場中有A、B兩個物塊疊放在一起,置于光滑水平面上。物塊A帶正電,物塊B不帶電且表面絕緣。在t=0時刻,水平恒力F作用在物塊B上,物塊A、B由靜止開始做加速度相同的運動。在物塊A、B一起運動的過程中,圖乙反映的可能是(

)

A.物塊A所受洛倫茲力大小隨時間t變化的關(guān)系B.物塊A對物塊B的摩擦力大小隨時間t變化的關(guān)系C.物塊A的速度大小隨時間t變化的關(guān)系D.物塊B對地面壓力大小隨時間t變化的關(guān)系答案解析解析關(guān)閉物塊A受到的洛倫茲力F洛=qvB=qBat,t=0時,F洛=0,A、C均錯誤;物塊A對B的摩擦力大小Ff=mAa,所以Ff隨時間t的變化保持不變,B錯誤;B對地面的壓力FNB=(mA+mB)g+qBat,D正確。答案解析關(guān)閉D-34-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,某空間存在正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場,電場方向水平向右,磁場方向垂直紙面向里,一帶電微粒由a點進(jìn)入電磁場并剛好能沿ab直線向上運動。下列說法中正確的是(

)A.微粒一定帶負(fù)電B.微粒的動能一定減小C.微粒的電勢能一定增加D.微粒的機(jī)械能不變答案解析解析關(guān)閉對該微粒進(jìn)行受力分析得,它受到豎直向下的重力、水平方向的電場力和垂直速度方向的洛倫茲力,其中重力和電場力是恒力,由于粒子沿直線運動,則可以判斷出其受到的洛倫茲力也是恒定的,即該粒子是做勻速直線運動,動能不變,所以B項錯誤;如果該微粒帶正電,則受到向右的電場力和向左下方的洛倫茲力,所以微粒受到的力不會平衡,故該微粒一定帶負(fù)電,A項正確;該微粒帶負(fù)電,向左上方運動,所以電場力做正功,電勢能一定是減小的,C項錯誤;因為重力勢能增加,動能不變,所以該微粒的機(jī)械能增加,D項錯誤。答案解析關(guān)閉A-35-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.不論帶電粒子在磁場中做何種運動,因為F⊥v,故F一定不做功。只改變速度的方向,不改變速度的大小。2.F與運動狀態(tài)有關(guān)。速度變化會引起F的變化,對電荷進(jìn)行受力分析和運動狀態(tài)分析時應(yīng)注意。3.分析洛倫茲力作用下帶電體的受力情況和功能情況時,要特別注意洛倫茲力的特點,即隨速度的變化(大小或方向)而變化,速度不變,其大小、方向都不變;在任何情況下都不做功。4.當(dāng)帶電體的速度變化時,洛倫茲力變化,與之相關(guān)的彈力、摩擦力都要變化,它們的變化又會引起帶電體的運動狀態(tài)變化,這種變化又進(jìn)一步影響洛倫茲力的變化,直到帶電體達(dá)到穩(wěn)定運動狀態(tài)。-36-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升帶電粒子在磁場中的圓周運動(加試)1.若v∥B,帶電粒子不受洛倫茲力,則帶電粒子做

運動。

2.若帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場,則做勻速圓周運動。(1)向心力由

提供:

=

(2)軌道半徑r=

,周期T=

。

勻速直線

洛倫茲力

qvB-37-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升3.勻速圓周運動的圓心的確定(1)已知粒子入射點、入射方向及射出點,作速度方向的垂線及弦的垂直平分線,交點即為圓心,如圖甲所示。(2)已知粒子運動軌跡上兩點的速度方向,作這兩速度的垂線,交點即為圓心,如圖乙所示。-38-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升4.半徑的確定和計算(1)當(dāng)m、v、q、B四個量中只有部分量已知,不全都是已知量時,半徑的計算應(yīng)利用幾何知識確定,常用解直角三角形的方法,注意以下兩個重要的幾何特點。①粒子速度的偏向角φ等于圓心角(α),并等于AB弦與切線的夾角(弦切角θ)的2倍(如圖所示),即φ=α=2θ=ωt。②相對的弦切角(θ)相等,與相鄰的弦切角(θ')互補(bǔ),即θ+θ'=180°。(2)當(dāng)m、v、q、B四個量都是已知量時,半徑由公式

確定。-39-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-40-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.右圖為洛倫茲力演示儀的結(jié)構(gòu)圖。勵磁線圈產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向外,電子束由電子槍產(chǎn)生,其速度方向與磁場方向垂直。電子速度的大小和磁場強(qiáng)弱可分別由通過電子槍的加速電壓和勵磁線圈的電流來調(diào)節(jié)。下列說法正確的是(

)A.僅增大勵磁線圈中電流,電子束徑跡的半徑變大B.僅提高電子槍加速電壓,電子束徑跡的半徑變大C.僅增大勵磁線圈中電流,電子做圓周運動的周期將變大D.僅提高電子槍加速電壓,電子做圓周運動的周期將變大B-41-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-42-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,在x>0,y>0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里,大小為B,現(xiàn)有四個相同的帶電粒子,由x軸上的P點以不同初速度平行于y軸射入此磁場,其出射方向如圖所示,不計重力影響,則(

)A.初速度最大的粒子是沿④方向出射的粒子B.初速度最大的粒子是沿②方向出射的粒子C.在磁場中運動經(jīng)歷時間最長的是沿③方向出射的粒子D.在磁場中運動經(jīng)歷時間最短的是沿①方向出射的粒子D-43-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-44-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升處理帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動問題的基本步驟:-45-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升帶電粒子在有界磁場中的運動(加試)1.有界磁場的邊界通常有直線和圓形兩種,運動軌跡與磁場的邊界關(guān)系如下:(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切。(2)當(dāng)速度v一定時,弧長越長,軌跡對應(yīng)的圓心角越大,則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長。-46-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升(3)圓周運動中有關(guān)對稱的規(guī)律:①從同一直線邊界射入的粒子,再從這一邊界射出時,速度與邊界的夾角相等。②帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運動的軌跡關(guān)于入射點P與出射點Q的中垂線對稱,軌跡圓心O位于中垂線上,并有φ=α=2θ=ωt,如圖甲所示。-47-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.勻強(qiáng)磁場邊界為圓形時的常用結(jié)論:(1)帶電粒子的運動軌跡為一段圓弧,且關(guān)于磁場圓與粒子軌跡圓圓心連線OO'對稱。(2)若帶電粒子以垂直于磁場的速度沿磁場圓徑向入射,則在磁場中偏轉(zhuǎn)后沿半徑方向離開,如圖乙所示。-48-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升(3)由圖乙知偏轉(zhuǎn)角度大小與兩圓半徑的關(guān)系為(4)把入射點到出射點連接起來的線段是磁場圓的一條弦,以該條弦為直徑的圓就是最小圓,可求出圓形磁場區(qū)的最小面積。-49-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.三個速度大小不同的同種帶電粒子,沿如圖所示長方形區(qū)域勻強(qiáng)磁場的上邊緣射入,當(dāng)它們從下邊緣飛出時,對入射方向的偏角分別為90°、60°、30°,則它們在磁場中運動時間之比為(

)

A.1∶1∶1 B.1∶2∶3C.3∶2∶1 D.C-50-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.下圖為可測定比荷的某裝置的簡化示意圖,在第一象限區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2.0×10-3T,x軸上距坐標(biāo)原點l=0.50m的P處為離子的入射口,在y軸上安放接收器,現(xiàn)將一帶正電荷的粒子以v=3.5×104m/s的速率從P處射入磁場,若粒子在y軸上距坐標(biāo)原點l=0.50m的M處被觀測到,且運動軌跡半徑恰好最小,設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,不計其重力。則上述粒子的比荷(C/kg)是(

)

A.3.5×107C/kg B.4.9×107C/kgC.5.3×107C/kg D.7×107C/kgB-51-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-52-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.如圖,虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,P為磁場邊界上的一點。大量相同的帶電粒子以相同的速率經(jīng)過P點,在紙面內(nèi)沿不同的方向射入磁場。若粒子射入速率為v1,這些粒子在磁場邊界的出射點分布在六分之一圓周上;若粒子射入速率為v2,相應(yīng)的出射點分布在三分之一圓周上。不計重力及帶電粒子之間的相互作用。則v2∶v1為

(

)C-53-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-54-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,在圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,ab是圓的直徑。一不計重力的帶電粒子從a點射入磁場,速度大小為v,當(dāng)速度方向與ab成30°角時,粒子在磁場中運動的時間最長,且為t;若相同的帶電粒子從a點沿ab方向射入磁場,也經(jīng)時間t飛出磁場,則其速度大小為(

)D-55-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-56-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升3.如圖所示,在平面直角坐標(biāo)系中有一個垂直于紙面向里的圓形勻強(qiáng)磁場,其邊界過原點O和y軸上的點a(0,l)。一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從a點以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場,并從x軸上的b點射出磁場,此時速度方向與x軸正方向的夾角為60°。求:

(1)電子在磁場中運動的時間;(2)電子在磁場中做圓周運動的圓心坐標(biāo)。-57-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-58-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.帶電粒子在有界磁場中做勻速圓周運動的軌跡是一段圓弧,確定圓弧的圓心及半徑仍是解題的關(guān)鍵。2.解決帶電粒子的臨界問題的技巧方法:以題目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等詞語為突破口,借助半徑r和速度v(或磁感應(yīng)強(qiáng)度B)之間的約束關(guān)系進(jìn)行動態(tài)運動軌跡分析,確定軌跡圓和邊界的關(guān)系,找出臨界點,如:(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切,據(jù)此可以確定速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、軌跡半徑、磁場區(qū)域面積等方面的極值。(2)當(dāng)速度v一定時,弧長(或弦長)越大,圓心角越大,則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長(前提條件為弧是劣弧)。(3)當(dāng)速率變化時,圓心角大的,運動時間長。-59-基礎(chǔ)夯實精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升(4)在運動軌跡圓半徑大于區(qū)域圓半徑的圓形勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)入射點和出射點為磁場直徑的兩個端點時(所有的弦長中直徑最長),軌跡對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角最大。

[基礎(chǔ)訓(xùn)練]1.中國宋代科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！边M(jìn)一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖6。結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是(

)A.地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B.地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近C.地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D.地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用解析地球為一巨大的磁體，地磁場的南、北極在地理上的北極和南極附近，兩極并不重合；且地球內(nèi)部也存在磁場，只有赤道上空磁場的方向