物理專題復(fù)習(xí)課件：磁場PPT演示文檔

.,1,專題9 磁場,考點37 磁場 安培力,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,考點39 帶電粒子在復(fù)合場中的運動,考點40 洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題,考點41 帶電體在復(fù)合場中的運動,.,2,考點37 磁場 安培力,1. 磁場與磁感線(1) 磁場：磁體或電流周圍存在磁場磁體與磁體、磁體和電流、電流和電流通過磁場相互作用,關(guān)注地磁場，地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近電流周圍磁場的方向用安培定則(也稱右手螺旋定則)來確定(2) 掌握幾種常見的磁場與磁感線直線電流的磁場：無磁極，非勻強，距導(dǎo)線越遠處磁場越弱,.,3,環(huán)形電流的磁場：兩側(cè)是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱,通電螺線管的磁場：兩端分別是N極和S極，管內(nèi)是勻強磁場，管外為非勻強磁場,.,4,.,5,安培力的方向用左手定則判斷，即平伸左手掌，大拇指與四指垂直，磁感線垂直穿過掌心，四指指向電流方向，大拇指所指方向即為導(dǎo)體受到安培力方向注： FB，F(xiàn)L，但L與B不一定垂直,.,6,考法1磁場的產(chǎn)生與磁場疊加1磁場的產(chǎn)生(1) 磁體周圍存在磁場，磁感線從內(nèi)到外閉合，在內(nèi)部由南極指向北極，在外部才由北極指向南極(2) 電流的磁場需要掌握上述幾種典型的磁場，能從立體、橫截、縱截三個不同角度運用安培定則確定電流方向與磁場方向的關(guān)系對于通電螺線管，在應(yīng)考時要注意導(dǎo)線的繞向與電源的接法，確定電流的流向，準(zhǔn)確應(yīng)用右手螺旋定則確定磁場方向，如圖所示,考點37 磁場 安培力,.,7,2磁場的疊加空間中的磁場通常會是多個磁場的疊加，磁感應(yīng)強度是矢量，可以通過平行四邊形定則進行計算或判斷通?？碱}中出現(xiàn)的磁場不是勻強磁場，這類考題的解法如下：(1) 確定磁場場源，如通電導(dǎo)線(2) 定位空間中需求解磁場的點，利用安培定則判定各個場源在這一點上產(chǎn)生的磁場的大小和方向如下圖中M、N在c點產(chǎn)生的磁場(3) 應(yīng)用平行四邊形定則進行合成，如圖中的合磁場,考點37 磁場 安培力,.,8,考點37 磁場 安培力,.,9,(3) 分析非勻強磁場中通電導(dǎo)體受力方向的方法將導(dǎo)體分段分析粗分析可將方向“理想化”注意將穿過紙面的磁場或電流抽象表示，并理解,考點37 磁場 安培力,.,10,考法3安培力的計算(1) 應(yīng)用安培力公式FBIL時，注意在電磁感應(yīng)中磁場來自于電流I的變化，B與I成正比，而F與I2成正比,考點37 磁場 安培力,.,11,考點37 磁場 安培力,.,12,由于安培力的方向與電流的方向、磁場的方向之間存在著較復(fù)雜的空間方位關(guān)系，所以要做到以下兩點：(1)牢記安培力方向既跟磁感應(yīng)強度方向垂直又跟電流方向垂直；(2)善于選擇適當(dāng)?shù)慕嵌葘⒖臻g圖形轉(zhuǎn)化為平面受力圖,考點37 磁場 安培力,.,13,安培力與以前各章節(jié)知識均能綜合到一起，其分析與解決問題的方法與力學(xué)方法相同，只不過是在分析受力時再加一個安培力即可2安培力與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的問題(1) 安培力作用下的物體平衡與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的題目，以電流為橋梁，將安培力與電路結(jié)合到一起這類題目主要應(yīng)用：閉合電路歐姆定律EI(Rr)；安培力求解公式FBIL；物體的平衡條件(2) 安培力的大小與電流有關(guān)，而電流的大小又與電壓、電阻有關(guān)所以當(dāng)電路中電阻發(fā)生變化時，導(dǎo)體所受安培力會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致導(dǎo)體所受靜摩擦力發(fā)生變化，形成安培力作用下物體的臨界問題求解這類問題時，要把握靜摩擦力的大小和方向隨安培力變化而變化的特點，并能從動態(tài)分析中找到摩擦力轉(zhuǎn)折的臨界點(如最大值、零值、方向變化點等),考點37 磁場 安培力,.,14,3安培力與功、能結(jié)合的綜合問題安培力與重力、彈力、摩擦力一樣，會使通電導(dǎo)體在磁場中運動，也會涉及做功問題不同性質(zhì)的力做功機理不同，但做功的本質(zhì)都是由一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能求解這類問題時，首先弄清安培力是恒力還是變力，其次結(jié)合動能定理和能量守恒定律求解,返回專題首頁,考點37 磁場 安培力,.,15,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,1洛倫茲力(1) 安培力的微觀表示：設(shè)垂直于磁場的通電導(dǎo)線長為L，導(dǎo)體中單位體積內(nèi)定向移動電荷數(shù)為n，單位電荷帶電荷量為q，運動速度為v，橫截面積為S，則電流InqSv，安培力FnSLBqvnSLF洛(2) 洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向垂直時，洛倫茲力大小為fqvB；當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向平行時，f0；當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向成一定夾角時，f 在0和最大值(qvB)之間,.,16,.,17,.,18,考法5帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的公式的應(yīng)用帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動，半徑公式 ，周期公式 ，高考常圍繞這兩個公式，考查影響它們的各物理量間的關(guān)系一般以改變一個變量看變化或比較兩個不同粒子的各項指標(biāo)的方式進行考查(1) 與半徑或軌跡有關(guān)問題的分析，核心為半徑公式 ，可知r與比荷 成反比，與v成正比，與磁感應(yīng)強度B成反比特別地，設(shè)粒子垂直磁場方向運動的動能為Ek，那么 ，則 ，r與成正比設(shè)mv為動量p(見選修35)，則 ，r與動量p成正比(2) 與時間有關(guān)的問題分析，核心為周期公式 .,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,19,考法6帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的分析與計算1研究帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的規(guī)律時，主要面臨三個問題：定圓心，求半徑，求運動時間,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,20,(1) 圓心的確定，主要有兩類：已知粒子運動軌跡上兩點的速度方向，作這兩個速度的垂線，交點即為圓心，如圖甲所示，在兩速度方向的垂線的夾角的角平分線上已知粒子入射點、入射方向及運動軌跡對應(yīng)的一條弦，作速度方向的垂線及弦的垂直平分線，交點即為圓心，如圖乙所示,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,21,(2) 半徑的計算：圓心確定后，尋找與半徑和已知量相關(guān)的直角三角形，利用幾何知識求解圓軌跡的半徑常用解三角形法，如圖所示 或由R2L2(Rd)2求得 .(3) 運動時間的求解：由t可知 .所以求運動時間的關(guān)鍵是找到回旋角,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,22,如圖，在粒子運動的圓軌跡上任取兩點A、B，粒子從A經(jīng)N運動到B過程中回旋角為，則 ；粒子從B經(jīng)M運動到A過程中回旋角為2，則 ，同時還滿足tABtBAT.以上判斷，在考題中常依據(jù)以上幾何關(guān)系計算，請熟練掌握偏向角也叫偏轉(zhuǎn)角、回旋角、弦切角：如圖所示，偏向角()是指末速度與初速度之間的夾角；一段圓弧所對應(yīng)的圓心角叫回旋角()；圓弧的弦與過弦的端點處的切線之間的夾角叫弦切角()；由幾何知識可知：2.,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,23,2熟悉帶電粒子在磁場中運動的幾種常見的情形與分析(1) 直線邊界：一般求運動時間、偏轉(zhuǎn)角及必須滿足的條件如下圖甲、乙、丙所示，粒子進出磁場具有對稱性，且粒子以多大的角度進入磁場，就以多大的角度出磁場；粒子進入磁場時的速度v垂直邊界時，出射點距離入射點最遠，且smax2r，如圖甲所示；同一出射點，可能對應(yīng)粒子的兩個入射方向，且一個“優(yōu)弧”，回旋角為22；一個“劣弧”，回旋角為2.如圖乙、丙中的出射點A.,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,24,(2) 平行邊界：一般求運動時間、偏轉(zhuǎn)角及偏轉(zhuǎn)條件，常見的臨界情景、幾何關(guān)系如下圖所示dr(1cos )或d2r，drsin ，dr(1cos )臨界條件：如圖甲所示，帶正電荷粒子沿磁場下邊界射入，則 ，則滿足 時，粒子在上邊界射出如圖乙所示，帶負電荷粒子垂直于邊界射入磁場， ，v越小，r越小，粒子偏轉(zhuǎn)角越大當(dāng)90時，rd，粒子恰不能在右邊界偏出,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,25,如圖丙所示，帶負電荷粒子以不同的速度射入磁場時，圖示情況dr(1cos)，當(dāng)v不變，入射角大于時，粒子不會在右邊界射出注意：臨界條件常常是粒子運動軌跡與邊界相切(3) 圓形邊界：帶電粒子沿指向圓心的方向進入磁場，則出磁場時速度矢量的反向延長線一定過圓心，即兩速度矢量相交于圓心，如圖甲所示， ，B和v可調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)角.一束相同速度的粒子平行射入磁場，從同一點射出磁場，如圖乙所示,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,26,反之：從邊界上同一點以相同速度大小、不同方向射入磁場的粒子，出磁場時，方向一定平行3帶電粒子在磁場中做圓周運動的解題思路與程序(1) 明確帶電粒子的電性、入射速度方向，磁場的方向入射速度方向不確定時，要依據(jù)已知條件確定一個大概的方向電性不確定時，要依據(jù)已知的偏轉(zhuǎn)軌跡或速度偏轉(zhuǎn)方向等條件判定(2) 依據(jù)左手定則判定帶電粒子受到的洛倫茲力方向，粗略描繪粒子圓周運動的軌跡對于特別的磁場，如上述直線邊界磁場、圓形邊界磁場等要分析粒子運動的回旋角、出射點和出射方向特征(3) 依據(jù)已知的入射點、入射速度方向，通過上述分析或者已知條件，找到對應(yīng)的出射點或出射方向，通過這些條件確定圓周運動圓心、回旋角以及半徑與角度的關(guān)系等,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,27,(4) 依據(jù)幾何條件和帶電粒子在磁場中做圓周運動的規(guī)律公式求解考法7帶電粒子在磁場中做圓周運動的多解問題帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動時，由于條件的不確定性，常常形成多解問題有以下幾個方面：(1) 帶電粒子電性不確定形成多解：受洛倫茲力作用的帶電粒子，可能帶正電，也可能帶負電，在初速度相同的條件下，正、負粒子在磁場中運動軌跡不同，形成多解如圖甲所示，帶電粒子以速率v垂直進入勻強磁場，若帶正電，其軌跡為a；若帶負電，其軌跡為b.,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,28,(2) 磁場方向不確定形成多解：磁感應(yīng)強度是矢量，有時題目中只告訴了磁感應(yīng)強度的大小，而未具體指出磁感應(yīng)強度的方向此時必須要考慮磁感應(yīng)強度方向的不確定性而形成的多解如圖乙所示，帶正電粒子以速率v垂直進入勻強磁場，若B垂直紙面向里，其軌跡為a；若B垂直紙面向外，其軌跡為b.(3) 臨界狀態(tài)不唯一形成多解：帶電粒子在洛倫茲力作用下穿越有界磁場時，由于帶電粒子的運動軌跡是圓周的一部分，因此帶電粒子可能穿越了有界磁場，也可能轉(zhuǎn)過180能夠從入射的那一邊反向飛出，就形成多解如圖丙所示，詳見考法6.(4) 帶電粒子運動的重復(fù)性形成多解：帶電粒子在部分是電場、部分是磁場的空間中運動時，往往具有重復(fù)性的運動，形成了多解,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,29,返回專題首頁,考點38 帶電粒子在磁場中的圓周運動,.,30,考點39 帶電粒子在復(fù)合場中的運動,“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的區(qū)別,.,31,考法8帶電粒子在組合場中的運動組合場指的是：兩種場不疊加，分布在不同區(qū)域，粒子在兩種場中穿梭運動，分別受到兩種場的作用組合場常見的是電場與磁場的組合，也可以是兩個不同磁場的組合(這個意義上說，交變電流引起的磁場也可以看做是組合場)帶電粒子在組合場中運動，解題思路注意：(1) 總體思路是分階段分析處理粒子在不同場中的問題，腦子里要有大概輪廓，粒子在不同場中會做什么樣的運動(2) 分析帶電粒子在電場或磁場中的運動，就是分析每個場中粒子受到的力的作用，找到相應(yīng)的運動規(guī)律，從而列式解題,考點39 帶電粒子在復(fù)合場中的運動,.,32,粒子受到電場力的作用，不外乎勻速或勻變速直線運動，以及類平拋運動，可應(yīng)用牛頓運動定律或偏轉(zhuǎn)運動規(guī)律求解粒子受到磁場力的作用，一般是垂直磁場入射，做勻速圓周運動，進行判別受力方向，描繪軌跡，依據(jù)幾何關(guān)系，求出運動的回旋角和運動半徑，可求解(3) 首先要注意粒子的入射條件，這決定了粒子入射第一個場的運動情況；關(guān)鍵是分析帶電粒子射出第一個場的運動情況，這是進入第二個場中運動的初始條件，這個時候注意運動規(guī)律的轉(zhuǎn)變通常這個進入第二個場的條件，會是符合解題的基本條件，例如一般會垂直或平行于場的方向進入,考點39 帶電粒子在復(fù)合場中的運動,.,33,有些情況下，帶電粒子可能在兩種場中往復(fù)運動，這種問題一般具有周期性，注意找到周期規(guī)律，例如回旋加速器中，帶電粒子在磁場中的運動時間與運動速度無關(guān)，呈現(xiàn)周期性，所以可以加一個周期相同的交變電場加速考法9帶電粒子在疊加場中的運動疊加場指的是：重力場、電場、磁場，其中兩個或三個在空間的重合存在帶電粒子在疊加場中，例如電場與磁場或重力場與磁場，受到多個力的共同作用此時，單獨受到洛倫茲力而做圓周運動的規(guī)律會發(fā)生改變所以應(yīng)對本類考題的方法仍是對帶電粒子進行受力分析，結(jié)合牛頓運動定律和已知條件解題注意以下情況：,考點39 帶電粒子在復(fù)合場中的運動,.,34,無論什么情況下，洛倫茲力總是與帶電粒子的運動方向和磁場方向垂直，總是改變帶電粒子速度方向，且不對帶電粒子做功所以，若帶電粒子未受軌道約束，在有磁場參與的疊加場中做直線運動，要么帶電粒子沿著磁感線運動，要么出現(xiàn)重力或電場力與洛倫茲力的平衡若帶電粒子在疊加場中還做勻速圓周運動，向心力大小不變，方向不斷變化，這說明粒子受到的重力和電場力應(yīng)當(dāng)平衡帶電粒子在磁場中的運動問題，其本質(zhì)是幾何知識與物理知識的綜合應(yīng)用由于這類問題靈活多變，最能體現(xiàn)學(xué)生數(shù)理結(jié)合的綜合應(yīng)用能力，高考常見的壓軸大題,返回專題首頁,考點39 帶電粒子在復(fù)合場中的運動,.,35,考點40 洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題,考法10對洛倫茲力應(yīng)用模型的考查運動電荷在復(fù)合場(磁場、電場)中的運動，在科學(xué)技術(shù)中有重要的應(yīng)用，下述應(yīng)用須熟知1速度選擇器如圖所示，粒子以一定的速度v0進入正交的電場和磁場，受到的電場力與洛倫茲力方向相反,.,36,若使粒子沿直線從右邊孔中出去，則有qv0BqE， ，若 ，粒子做勻速直線運動，與粒子的電荷量、電性、質(zhì)量無關(guān)2磁流體發(fā)電機與電磁流量計磁流體發(fā)電機：如圖所示，正、負離子(等離子體)以速度v進入磁場B中，在洛倫茲力作用下，正、負離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在板間形成一個向下的電場，兩板間形成一定的電勢差當(dāng) 時電勢差穩(wěn)定，UdvB，這就相當(dāng)于一個可以對外供電的電源,考點40 洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題,.,37,考點40 洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題,.,38,3質(zhì)譜儀組成：如圖所示，離子源O，加速電場U，速度選擇器(E、B1)，偏轉(zhuǎn)磁場B2，膠片原理：加速場中 ，選擇器中 ，偏轉(zhuǎn)場中d2r， .可得比荷 ，質(zhì)量 .4回旋加速器組成：如圖所示，兩個D形盒(靜電屏蔽作用)，大型電磁鐵，高頻振蕩交變電壓，兩縫間可形成電場,考點40 洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題,.,39,作用：電場用來對粒子(質(zhì)子、粒子等)加速，磁場用來使粒子回旋從而能反復(fù)加速加速原理：(1) 回旋加速器中所加交變電壓的頻率f，與帶電粒子做勻速圓周運動的頻率相等， ；(2) 回旋加速器最后使粒子得到的能量，可由公式 來計算，在粒子電荷量、質(zhì)量m和磁感應(yīng)強度B一定的情況下，回旋加速器的半徑R越大，粒子的能量就越大而粒子最終得到的能量與極間加速電壓的大小無關(guān)電壓大，粒子在盒中回旋的次數(shù)少；電壓小，粒子回旋次數(shù)多，但最后能量一定,返回專題首頁,考點40 洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題,.,40,考點41 帶電物體在復(fù)合場中的運動,帶電物體在復(fù)合場中運動時，從軌跡看主要有直線運動和圓周運動兩種，從運動的條件看又分為有軌道約束和無軌道約束考法11帶電物體在復(fù)合場中的運動問題1分析帶電物體在復(fù)合場中運動的三種觀點(1) 力的觀點：在力學(xué)中我們知道力是物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的原因，在分析帶電物體在復(fù)合場中運動時，同樣要把握住“力以及力的變化”這一根本一般而言，重力大小、方向不變(有時明確要求不計重力)；勻強電場中帶電物體受電場力大小、方向都不變；洛倫茲力隨帶電粒子運動狀態(tài)的改變而發(fā)生變化,.,41,(2) 運動的觀點：帶電物體在復(fù)合場中可以設(shè)計出多階段、多形式、多變化、具有周期性的運動過程在分析物體的運動過程時，主要把握住以下幾個方面：在全面把握粒子受力以及力的變化特點的基礎(chǔ)上，始終抓住力和運動之間相互促進、相互制約的關(guān)系如速度的變化引起洛倫茲力變化，洛倫茲力變化又可能引起彈力和摩擦力的變化，從而引起合外力的變化，合外力的變化又引起加速度和速度的變化，速度變化反過來又引起洛倫茲力的變化，在這一系列變化中，力和運動相互促進、相互制約,考點41 帶電物體在復(fù)合場中的運動,.,42,準(zhǔn)確劃分粒子運動過程中的不同運動階段、不同運動形式，以及不同運動階段、不同運動形式之間的轉(zhuǎn)折點和臨界點，只有明確粒子在某一階段的運動形式后，才能確定解題所用到的物理規(guī)律明確不同運動階段