高考物理二輪復習課件專題10磁場

1、專題十 磁場專題十磁場2022/9/261場力比較項目電場力洛倫茲力重力力的大小FEq與電荷的運動情況無關，在勻強電場中為恒力與速度大小和方向有關，電荷靜止或速度方向平行于磁場方向時不受洛倫茲力電荷運動方向與磁場方向垂直時洛倫茲力最大，fqBvGmg與物體的運動狀態(tài)無關，在地球表面附近可以看成一個恒力主干知識整合專題十 主干知識整合一、三種場力的綜合比較2022/9/262專題十 主干知識整合場力比較項目電場力洛倫茲力重力力的方向正電荷受到電場力方向與E方向相同負電荷受到電場力方向與E方向相反F與E方向互相平行洛倫茲力方向垂直于磁場方向和速度方向所確定的平面用左手定則確定洛倫茲力的方向，應注意

2、電荷的正負方向總是豎直向下與重力加速度方向相同2022/9/263專題十 主干知識整合場力比較項目電場力洛倫茲力重力作用效果可以改變速度的大小和方向只能改變速度的方向，而不能改變速度的大小可以改變速度的大小和方向做功特點做多少功與路徑無關，而與初末位置之間的電勢差有關電場力做正功，電勢能減少；電場力做負功，電勢能增加洛倫茲力對電荷不做功，因為洛倫茲力方向總是和速度方向垂直做多少功與路徑無關，而與初末位置之間的高度差有關重力做正功，重力勢能減少；重力做負功，重力勢能增加2022/9/264專題十 主干知識整合場力比較項目電場力洛倫茲力重力沖量特點都會對受力的帶電粒子產(chǎn)生沖量：對勻強電場，則電場力

3、為恒力，其沖量與電場力方向相同，可用IFt計算洛倫茲力往往是一個變力，其沖量一般不用IFt計算重力為恒力，其沖量與重力方向相同，可用IFt計算2022/9/265專題十 主干知識整合二、帶電粒子在電場和磁場中運動的比較運動形式比較項目帶電粒子在勻強電場中加速(v0與電場線平行或為零)帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)(v0E)帶電粒子在勻強磁場中勻速運動(v0與磁感線平行)帶電粒子在勻強磁場中偏轉(zhuǎn)(v0與磁感線垂直)受力特點受到恒定的電場力；電場力做功不受磁場力作用受磁場力作用；但磁場力不做功運動特征勻變速直線運動類平拋運動勻速直線運動勻速圓周運動2022/9/266專題十 主干知識整合運動形式比較項目

4、帶電粒子在勻強電場中加速(v0與電場線平行或為零)帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)(v0E)帶電粒子在勻強磁場中勻速運動(v0與磁感線平行)帶電粒子在勻強磁場中偏轉(zhuǎn)(v0與磁感線垂直)研究方法牛頓運動定律勻變速運動規(guī)律牛頓運動定律勻變速運動公式正交分解法勻速直線運動公式牛頓運動定律向心力公式圓的幾何知識2022/9/267專題十 主干知識整合表達方式如何求運動時間、速度和位移如何求飛行時間、偏移量和偏轉(zhuǎn)角如何求時間和偏轉(zhuǎn)角用勻變速直線運動的基本公式、導出公式和推論求解時間：飛出電場t打在極板上t偏移量：yat2偏轉(zhuǎn)角：tan 時間tT(是圓心角，T是周期)偏轉(zhuǎn)角sin (l是磁場寬度，R是粒子軌道半徑

5、)2022/9/268專題十 主干知識整合運動形式比較項目帶電粒子在勻強電場中加速(v0與電場線平行或為零)帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)(v0E)帶電粒子在勻強磁場中勻速運動(v0與磁感線平行)帶電粒子在勻強磁場中偏轉(zhuǎn)(v0與磁感線垂直)運動情景2022/9/269專題十 主干知識整合三、帶電粒子(質(zhì)點)在復合場中的運動1帶電質(zhì)點(考慮重力)在復合場中的運動(1)帶點質(zhì)點在復合場中的運動有兩種情況：一是“疊加式”復合場，即重力場、電場和磁場三者或其中任意兩者共存于同一區(qū)域的場；一是“組合式”復合場，指電場與磁場同時存在，但不重疊出現(xiàn)在同一區(qū)域的情況帶電質(zhì)點在復合場中的運動(包括平衡)，說到底仍然是

6、一個力學問題，只要掌握好不同的場對帶電體作用力的特點，從分析帶電體的受力情況和運動情況著手，充分發(fā)掘隱含條件，建立清晰的物理情景，最終把物理模型轉(zhuǎn)化成數(shù)學表達式，即可求解(2)解決復合場中帶電質(zhì)點運動的問題可從以下三個方面入手：動力學觀點(牛頓運動定律結合運動學方程)；2022/9/2610專題十 主干知識整合能量觀點(動能定理和機械能守恒定律或能量守恒定律)；動量觀點(動量定理和動量守恒定律)2帶電粒子(不計重力)在復合場中的運動(1)帶電粒子在復合場中只受電場力和洛倫茲力的作用，電場力的方向由電性和電場方向共同決定，洛倫茲力方向要用左手定則準確判斷(2)對于“組合式”的復合場中帶電粒子的運

7、動問題，往往是由粒子在電場和磁場中的兩個運動“連接”而成，因此對粒子經(jīng)過連接點的速度大小和方向的分析是銜接兩個運動的關鍵，一般是解題的突破口(3)“對稱性”是帶電粒子在復合場中運動問題經(jīng)常呈現(xiàn)的一個特點，成為解題的另一突破口2022/9/2611要點熱點探究專題十 要點熱點探究探究點一帶電體在磁場中的運動解帶電粒子在磁場中運動的題，除了運用常規(guī)的解題思路(畫示意圖、找“圓心”、定“半徑”)之外，往往更側(cè)重于運用數(shù)學知識(尤其是幾何和三角知識)進行分析一般情況下，在題目涉及的眾多的物理量和數(shù)學量中，“角度”是最最關鍵的一個量，它可以幫助我們找圓心、定方向、求時間，所以角度既是建立幾何量與物理量之

8、間關系式的一個紐帶，又是溝通幾何圖形與物理模型的橋梁；其次是半徑，在審題過程中首先計算出帶電粒子的運動半徑，有利于進一步發(fā)現(xiàn)題中隱含的幾何關系，同時，半徑也是關聯(lián)速度的重要物理量2022/9/2612專題十 要點熱點探究例1可控熱核聚變反應堆產(chǎn)生能量的方式和太陽類似，因此，它被俗稱為“人造太陽”熱核反應的發(fā)生，需要幾千萬度以上的高溫，因而反應中的大量帶電粒子沒有通常意義上的容器可裝人類正在積極探索各種約束裝置，磁約束托卡馬克裝置就是其中一種如圖3101所示為該裝置的簡化模型有一個圓環(huán)形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，已知其截面內(nèi)半徑為R11.0 m，磁感應強度為B1.0 T，被約束粒子的

9、比荷為4.0107 C/kg，該帶電粒子從中空域與磁場交界面的P點以速度v04.0107 m/s，沿環(huán)的半徑方向射入磁場(不計帶電粒子在運動過程中的相互作用，不計帶電粒子的重力)2022/9/2613專題十 要點熱點探究(1)為約束該粒子不穿越磁場外邊界，求磁場區(qū)域的最小外半徑R2.(2)若改變該粒子的入射速度v，使vv0，求該粒子從P點進入磁場開始到第一次回到P點所需要的時間t.2022/9/2614專題十 要點熱點探究【點撥】(1)粒子射出內(nèi)圓的方向如何？進入磁場后做什么性質(zhì)的運動？運動過程中能離開內(nèi)圓圓心的最大距離是多少？(2)改變粒子速度后的運動情況如何？到再一次回到P點需要經(jīng)歷什么過

10、程？為解決這一問題你需要進行哪些定量計算呢？2022/9/2615專題十 要點熱點探究例1(1)2.41 m(2)5.74107【解析】 (1)設粒子在磁場中做圓周運動的半徑為R，則qv0BR1.0 m如圖所示，由幾何關系得R2RR2(1)m2.41 m2022/9/2616專題十 要點熱點探究(2)設粒子此時在磁場中做圓運動的半徑為r，則如圖所示，由幾何關系得R2RR2(1)m2.41 m設粒子此時在磁場中做圓周運動的半徑為r，則如圖所示，由幾何關系得arctan30，POP602022/9/2617專題十 要點熱點探究故帶電粒子進入磁場繞圓心O轉(zhuǎn)過360(18060)240又回到中空部分，

11、粒子的運動軌跡如圖所示，故粒子從P點進入磁場到第一次回到P點時，粒子在磁場中運動時間為t132TT粒子在中空部分運動時間為t2，粒子運動總時間為tt1t25.74107s2022/9/2618專題十 要點熱點探究【點評】 為準確分析帶電粒子在勻強磁場中的運動問題，通常必須通過定量運算才能深入審題，結合畫幾何圖示找出空間定量關系和隱含條件同時要特別注意理解并熟練應用以下結論：1一個方程：洛倫茲力提供向心力，即qvB2兩個角度：(1)帶電粒子與勻強磁場規(guī)則邊界(直線邊界或圓周邊界)以多大夾角射入，就將以多大夾角射出；(2)帶電粒子在勻強磁場中完成一段圓弧所引起的偏向角(速度方向偏轉(zhuǎn)的角度)等于這段

12、圓弧所對應的圓心角2022/9/2619專題十 要點熱點探究3三個確定：(1)定圓心O粒子在其圓周軌跡上不同位置的兩點A、B處所受洛倫茲力f洛作用線的交點為圓心，或弦AB的中垂線OO與任一洛倫茲力f洛作用線的交點即為圓心；(2)定半徑由r計算，或借助軌跡圖示由幾何關系、三角關系求解；(3)定時間由tT (為圓弧對應的圓心，T為圓周運動的周期)來求，或由t(s為圓弧弧長，v為圓周運動的線速度)來求2022/9/2620專題十 要點熱點探究廣東卷 如圖3102甲所示，在以O為圓心，內(nèi)外半徑分別為R1和R2的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)，存在輻射狀電場和垂直紙面的勻強磁場，內(nèi)外圓間的電勢差U為常量，R1R0，R23R

13、0，一電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子從內(nèi)圓上的A點進入該區(qū)域，不計重力(1)已知粒子從外圓上以速度v1射出，求粒子在A點的初速度v0的大小(2)若撤去電場，如圖乙所示，已知粒子從OA延長線與外圓的交點C以速度v2射出，方向與OA延長線成45角，求磁感應強度的大小及粒子在磁場中運動的時間(3) 在圖乙中，若粒子從A點進入磁場，速度大小為v3，方向不確定，要使粒子一定能夠從外圓射出，磁感應強度應小于多少？變式題2022/9/2621專題十 要點熱點探究2022/9/2622專題十 要點熱點探究2022/9/2623專題十 要點熱點探究(2)由牛頓第二定律qBv2如圖所示，由幾何關系確定粒子運動軌跡的圓

14、心O和半徑RR2R2(R2R1)2聯(lián)立得磁感應強度大小B粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期T由幾何關系確定粒子在磁場中運動的時間t聯(lián)立得t2022/9/2624專題十 要點熱點探究(3)如圖所示，為使粒子射出，則粒子在磁場內(nèi)的運動半徑應大于過A點的最大內(nèi)切圓半徑，該半徑為Rc磁感應強度應小于Bc2022/9/2625專題十 要點熱點探究探究點二帶電粒子在復合場中的運動帶電粒子在復合場中的運動問題是高考持續(xù)熱點，一般從動力學和能量兩個角度命題，有時要涉及動量觀點處理帶電粒子在復合場中的運動，必須畫示意圖，在畫圖的基礎上注意適當作輔助線，運用幾何知識尋找關系.2022/9/2626專題十 要點熱點探

15、究例2如圖3103所示，在空間范圍足夠大的區(qū)域內(nèi)存在著水平向右的勻強電場和垂直于紙面向里的勻強磁場，一段光滑且絕緣的圓弧軌道AC固定在復合場內(nèi)，其圓心為O點，半徑R45 m，OA連線在豎直方向上，AC弧對應的圓心角37.有一質(zhì)量為m3.6104 kg、電荷量大小q9.0106C的帶電小球，以v020 m/s的初速度沿水平方向從A點射入圓弧軌道，從C點離開軌道后做勻速直線運動不計空氣阻力，取g10 m/s2，sin370.6，cos370.8，求：(1)請分析判斷小球帶正電還是帶負電；(2)勻強電場的場強大??；(3)小球在圓弧軌道A點時對軌道的壓力2022/9/2627專題十 要點熱點探究【點撥

16、】(1)考慮小球所受重力嗎？(2)根據(jù)小球離開軌道后做直線運動的信息你能判斷其具體運動性質(zhì)(勻速、加速或減速)嗎？小球電性如何？進行以上判斷的依據(jù)是什么？2022/9/2628專題十 要點熱點探究例2(1)正電(2)3102V/m(3)3.2103N，方向豎直向下【解析】 (1)小球從C點離開軌道后，做勻速直線運動，必受平衡力作用，如圖所示，由此判定小球帶正電(2)由平衡條件有qEmgtan則場強大小為E3102V/m2022/9/2629專題十 要點熱點探究(3)小球從A到C過程，由動能定理有qERsinmgR(1cos)解得v25 m/s在勻速運動過程中有qvBcosmg解得磁感應強度B2

17、0 T故在A點有Nqv0Bmgm解得N3.2103N根據(jù)牛頓第三定律，小球射入圓弧軌道A點時對軌道的壓力NN3.2103N，方向豎直向下2022/9/2630專題十 要點熱點探究【點評】對于復合場問題的分析要注意以下幾點：(1)幾乎所有力學規(guī)律和運動狀態(tài)都可能出現(xiàn)在復合場問題中，要注重典型力學問題解題方法和思路的遷移；(2)等效法和對稱法是兩個非常有效的分析方法，例如在三場疊加環(huán)境中，若電場力與重力的合力為零，則在進行動力學分析時可等效為物體只受洛倫茲力對稱性規(guī)律常為解題提供快捷途徑，這在類豎直上拋運動、類平拋運動、勻速圓周運動、簡諧運動等運動形式中都有很好的體現(xiàn)；(3)要善于進行過程和狀態(tài)的

18、推理和判斷依據(jù)依然是力學規(guī)律例如上面例2的分析，根據(jù)小球的直線運動結合直線運動條件即可確定小球應帶正電，再根據(jù)洛倫茲力決定式可知小球速度不能發(fā)生變化，否則會打破其直線運動的條件2022/9/2631專題十 要點熱點探究海南卷 圖3104中左邊有一對平行金屬板，兩板相距為d，電壓為U；兩板之間有勻強磁場，磁感應強度大小為B0，方向與金屬板面平行并垂直于紙面向里，圖中右邊有一半徑為R、圓心為O的圓形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)也存在勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直于紙面向里一電荷量為q的正離子沿平行于金屬板面、垂直于磁場的方向射入平行金屬板之間，沿同一方向射出平行金屬板之間的區(qū)域，并沿直徑EF方向射入磁場區(qū)

19、域，最后從圓形區(qū)域邊界上的G點射出，已知弧所對應的圓心角為.不計重力，求：(1)離子速度的大小；(2)離子的質(zhì)量。變式題2022/9/2632專題十 要點熱點探究2022/9/2633專題十 要點熱點探究【解析】(1)由題設知，離子在平行金屬板之間做勻速直線運動，它所受到的向上的磁場力和向下的電場力平衡qvB0qE0 式中，v是離子運動速度的大小， E0是平行金屬板之間的勻強電場的強度，有E0聯(lián)立以上兩式得v 2022/9/2634專題十 要點熱點探究(2)在圓形磁場區(qū)域，離子做勻速圓周運動，其半徑為r根據(jù)下圖和幾何關系得rRtan又 2 聯(lián)立以上各式解得 m2022/9/2635專題十 要點

20、熱點探究【高考命題者說】本題主要考查考生的綜合分析能力，考核內(nèi)容為帶電粒子在電場、磁場中的運動規(guī)律根據(jù)題意，離子在平行金屬板之間做勻速直線運動，它受到平衡力的作用，進入圓形區(qū)域時做勻速圓周運動，從G點射出根據(jù)題意畫出離子的運動軌跡，通過題目所給出的離子在磁場中運動軌跡上的幾個點之間的幾何關系找出半徑，根據(jù)公式即可求解出離子的質(zhì)量2022/9/2636專題十 要點熱點探究本題物理情景較為簡單，考生只要能夠掌握帶電粒子在電場、磁場中的運動規(guī)律，一般應能順利得到正確答案試題抽樣統(tǒng)計難度為0.158，區(qū)分度為0.701，對25分以上的考生都有較好的區(qū)分度有61%的考生得0分，13%的考生得1分，7%的

21、考生得4分，只有3%的考生得滿分(引自教育部考試中心2011課程標準實驗版高考理科試題分析第210頁)2022/9/2637專題十 要點熱點探究探究點三與磁場有關的實際應用問題與磁場、復合場相關的實際應用問題很多，如回旋加速器、速度選擇器、質(zhì)譜儀、電磁流量計、等離子發(fā)電機、霍爾效應等，對這類問題的分析首先要清楚相關儀器的結構，進而理解其原理，其核心原理都是帶電粒子在磁場、復合場中運動規(guī)律的應用2022/9/2638專題十 要點熱點探究例3 江蘇卷 某種加速器的理想模型如圖3105甲所示，兩塊相距很近的平行小極板中間各開一個有一小孔a、b，兩極板間電壓uab的變化圖象如圖乙所示，電壓的最大值為U0、周期為T0，在兩極板外有垂直紙面向里的勻強磁場若將一質(zhì)量為m0、電荷量為q的帶正電的粒子從板內(nèi)a孔處靜止釋放，經(jīng)電場加速后進入磁場，在磁場中運行時間T0后恰能再次從a孔進入電場加速現(xiàn)該粒子的質(zhì)量增加了m0.(