《磁場》章末總結學案

19/19《磁場》復習學案一、常見磁場1．磁場(1)基本特性：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有磁場力的作用．(2)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向，或自由小磁針靜止時北極的指向直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強，且距導線越遠處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似，管內為勻強磁場且磁場最強，管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱安培定則立體圖橫截面圖條型磁鐵蹄型磁鐵地磁場二、描述磁場的物理量（一）．磁感應強度1．磁感應強度(1)物理意義：描述磁場的強弱和方向．由磁場本身決定.(2)大?。築＝eq\f(F,IL)(通電導線垂直于磁場)．(3)方向：小磁針靜止時N極的指向．(4)單位：特斯拉(T)．2．勻強磁場(1)定義：磁感應強度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強磁場．(2)特點：勻強磁場中的磁感線是疏密程度相同的、方向相同的平行直線．3．磁感應強度B與電場強度E的比較對應名稱比較項目磁感應強度B電場強度E物理意義描述磁場的力的性質的物理量描述電場的力的性質的物理量定義式B＝eq\f(F,IL)，通電導線與B垂直E＝eq\f(F,q)大小決定由磁場決定，與檢驗電流無關由電場決定，與檢驗電荷無關方向矢量磁感線切線方向，小磁針N極受力方向矢量電場線切線方向，放入該點的正電荷受力方向場的疊加合磁感應強度等于各磁場的磁感應強度的矢量和合場強等于各個電場的場強的矢量和1．關于磁感應強度的說法正確的是 A．一小段通電導體放在磁場A處，受到的磁場力比B處的大，說明A處的磁感應強度比B處的磁感應強度大B．由B＝eq\f(F,IL)可知，某處的磁感應強度的大小與放入該處的通電導線所受磁場力F成正比，與導線的IL成反比C．一小段通電導體在磁場中某處不受磁場力作用，則該處磁感應強度一定為零D．小磁針N極所受磁場力的方向就是該處磁感應強度的方向答案：D（二）、磁感線1．磁感線：在磁場中畫出一些有方向的曲線，使曲線上各點的切線方向跟這點的磁場方向一致．2.磁感線的特點(1)磁感線上某點的切線方向表示該點的磁場方向．(2)磁感線的疏密定性地表示磁場的強弱(3)磁感線是閉合曲線，沒有起點和終點．(4)同一磁場的磁感線不中斷、不相交、不相切．(5)磁感線是假想的曲線，客觀上不存在．2．關于磁感線的性質和概念，下列說法中正確的是 A．磁感線上某點的切線方向就是該點的磁場方向B．鐵屑在磁場中的分布曲線就是磁感線C．磁感線總是從磁體的N極指向S極D．磁場中任意兩條磁感線均不相交答案：AD（三）．磁通量(1)概念：在磁感應強度為B的勻強磁場中，與磁場方向垂直的面積S與B的乘積．(2)公式：Φ＝BS⊥.3．如圖所示，正方形線圈abcd位于紙面內，邊長為L，匝數(shù)為N，過ab中點和cd中點的連線OO′恰好位于垂直紙面向里的勻強磁場的右邊界上，磁感應強度為B，則穿過線圈的磁通量為A.eq\f(BL2,2)B.eq\f(NBL2,2)C．BL2D．NBL2答案：A三、磁場的疊加4、如圖所示，兩根相互平行的長直導線過紙面上的M、N兩點，且與紙面垂直，導線中通有大小相等、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點處的磁感應強度為零B．a、b兩點處的磁感應強度大小相等，方向相反C．c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同D．a、c兩點處磁感應強度的方向不同答案：C四、磁場對電流的作用知識點：一、安培力、安培力的方向：勻強磁場中的安培力1．安培力的大小(1)磁場和電流垂直時，F(xiàn)＝BILsinθ(2)磁場和電流垂直時，F(xiàn)＝BIL.(3)磁場和電流平行時：F＝0.2．安培力的方向(1)用左手定則判定(2)安培力的方向特點：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B和I決定的平面．1．中裝置可演示磁場對通電導線的作用．電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內固定兩條平行金屬導軌，L是置于導軌上并與導軌垂直的金屬桿．當電磁鐵線圈兩端a、b，導軌兩端e、f，分別接到兩個不同的直流電源上時，L便在導軌上滑動．下列說法正確的是（）A．若a接正極，b接負極，e接正極，f接負極，則L向右滑動B．若a接正極，b接負極，e接負極，f接正極，則L向右滑動C．若a接負極，b接正極，e接正極，f接負極，則L向左滑動D．若a接負極，b接正極，e接負極，f接正極，則L向左滑動答案：BD2、如圖所示，把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面．當線圈內通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是（）A．線圈向左運動B．線圈向右運動C．從上往下看順時針轉動D．從上往下看逆時針轉動答案：A3、如圖所示，把一根通電直導線AB放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導線可以自由移動．當導線通過電流I時，如果只考慮安培力的作用，則從上往下看，導線的運動情況是（）A．順時針方向轉動，同時下降B．順時針方向轉動，同時上升C．逆時針方向轉動，同時下降D．逆時針方向轉動，同時上升答案：C應用：1、磁電式儀表2、電流天平4、下列有關磁電式電流表的說法中，正確的是（）A．電流表的工作原理是安培力對通電導線的加速作用B．電流表的工作原理是安培力對通電線框的轉動作用C．電流表指針的偏轉角與所通電流成正比D．電流表指針的偏轉角與所通電流成反比5．圖為一測定磁感應強度B的實驗裝置，天平右端掛一矩形線圈，其匝數(shù)為5匝，底邊cd長20厘米，放在待測勻強磁場中，設磁場方向垂直于紙面向里，當線圈中通入如圖方向的電流I=100毫安時，天平平衡．如電流方向相反，則要在天平左盤加質量m=8.2克砝碼才能平衡．求磁感應強度B的量值．安培力下導體的平衡綜合分析6．(2012·天津理綜·2)如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，金屬棒中通以由M向N的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ.如果僅改變下列某一個條件，θ角的相應變化情況是（）A．金屬棒中的電流變大，θ角變大B．兩懸線等長變短，θ角變小C．金屬棒質量變大，θ角變大D．磁感應強度變大，θ角變小答案：A7、傾角為α的導電軌道間接有電源，軌道上放有一根靜止的金屬桿ab.現(xiàn)垂直軌道平面向上加一勻強磁場，如圖所示，磁感應強度B逐漸增加的過程中，ab桿受到的靜摩擦力（）A．逐漸增大B．逐漸減小C．先增大后減小D．先減小后增大答案：D8．如圖所示，傾斜導軌寬為L，與水平面成α角，處在方向豎直向上、磁感應強度為B的勻強磁場中，金屬桿ab水平放在導軌上．當回路電流強度為I時，金屬桿ab所受安培力F，斜面的支持力為FN，則（）A．安培力方向垂直ab桿沿斜面向上B．安培力方向垂直ab桿水平向右C．FN＝BILcosαD．FN＝eq\f(BIL,sinα)答案：BD五、磁場對運動電荷的作用知識點：一、洛倫茲力1．洛倫茲力：磁場對運動電荷的作用力叫洛倫茲力．方向：左手定則。F⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于B和v決定的平面(洛倫茲力不做功)．大小：F＝qvB.sinθ(1)v∥B時，洛倫茲力F＝0.(2)v⊥B時，洛倫茲力F＝qvB.(3)v＝0時，洛倫茲力F＝0.二、帶電粒子在勻強磁場中的運動1．若v∥B，帶電粒子不受洛倫茲力，在勻強磁場中做勻速直線運動．2．若v⊥B，帶電粒子僅受洛倫茲力作用，在垂直于磁感線的平面內以入射速度v做勻速圓周運動．洛倫茲力和電場力的比較內容對應力項目洛倫茲力電場力性質磁場對在其中運動的電荷的作用力電場對放入其中電荷的作用力產生條件v≠0且v不與B平行電場中的電荷一定受到電場力作用大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE力方向與場方向的關系一定是F⊥B，F(xiàn)⊥v，與電荷電性無關正電荷受力與電場方向相同，負電荷受力與電場方向相反做功情況任何情況下都不做功可能做正功、負功，也可能不做功力為零時場的情況F為零，B不一定為零F為零，E一定為零作用效果只改變電荷運動的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變電荷運動的方向對比：磁偏轉與電偏轉電偏轉磁偏轉受力特征F電＝qE：恒力做功F洛＝qvB：變力不做功運動性質勻變速曲線運動勻速圓周運動運動軌跡運動規(guī)律類平拋運動速度：vx＝v0，vy＝eq\f(qE,m)t偏轉角θ，tanθ＝eq\f(vy,v0)偏移距離y＝eq\f(1,2)eq\f(qE,m)t2勻速圓周運動軌道半徑r＝eq\f(mv,qB)周期T＝eq\f(2πm,qB)偏轉角θ＝ωt＝eq\f(qB,m)t偏移距離y＝ltaneq\f(θ,2)＝r－eq\r(r2－l2)射出邊界的速率v＝eq\r(v\o\al(2,0)＋v\o\al(2,y))>v0v＝v0運動時間t＝eq\f(l,v0)t＝eq\f(θ,2π)T帶電粒子在有界磁場中的運動(1)直線邊界(進出磁場具有對稱性，如圖所示)(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖所示)(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖所示)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的解題方法1．圓心的確定：三條線中任兩條的交點：（1）垂直入射速度（2）垂直出射速度（3）入射點、出射點的中垂線2．半徑的確定：可利用物理學公式或幾何知識(勾股定理、三角函數(shù)等)求出半徑大小．3．運動時間的確定：t＝eq\f(θ,2π)T．4、轉過的圓心角等于偏轉角1、直線有界磁場1．量和電荷量都相等的帶電粒子M和N，以不同的速率經小孔S垂直進入勻強磁場，運行的半圓軌跡如圖中虛線所示．下列表述正確的是（）A．M帶負電，N帶正電B．M的速率小于N的速率C．洛倫茲力對M、N做正功D．M的運行時間大于N的運行時間答案：A2、平行有界磁場2、如圖所示，一束電子（電量為e）以速度v垂直射入磁感強度為B，寬度為d的勻強磁場中，穿透磁場時速度方向與電子原來入射方向的夾角是30°，則電子的質量是，穿透磁場的時間是。答案：，t=πd/3v3、圓形有界磁場3．如圖所示，半徑為r的圓形空間內，存在著垂直于紙面向里的勻強磁場，一個帶電粒子(不計重力)從A點以速度v0垂直于磁場方向射入磁場中，并從B點射出，若∠AOB＝120°，則該帶電粒子在磁場中運動的時間為（）A.eq\f(2πr,3v0)B.eq\f(2\r(3)πr,3v0)C.eq\f(πr,3v0)D.eq\f(\r(3)πr,3v0)答案：D軌跡問題4、如圖所示，水平導線中有恒定電流I通過，導線正下方的電子初速度方向與電流方向相同，則電子的可能運動情況是（）A．沿路徑a運動；B．沿路徑b運動；C．沿路徑c運動；D．沿路徑d運動．答案：D綜合問題1、交變場5．(2012·海南單科·16)圖(a)所示的xOy平面處于勻強磁場中，磁場方向與xOy平面(紙面)垂直，磁感應強度B隨時間t變化的周期為T，變化圖線如圖(b)所示．當B為＋B0時，磁感應強度方向指向紙外．在坐標原點O有一帶正電的粒子P，其電荷量與質量之比恰好等于eq\f(2π,TB0).不計重力．設P在某時刻t0以某一初速度沿y軸正向從O點開始運動，將它經過時間T到達的點記為A.(1)若t0＝0，則直線OA與x軸的夾角是多少？(2)若t0＝eq\f(T,4)，則直線OA與x軸的夾角是多少？答案：(1)0(2)eq\f(π,2)2、臨界或極值6、兩極板M、N相距為d，板長為5d，兩板未帶電，板間有垂直于紙面的勻強磁場，如圖所示，一大群電子沿平行于板的方向從各個位置以速度v射入板間，為了使電子都不從板間穿出，磁感應強度B的范圍怎樣？(設電子電荷量為e，質量為m)答案：eq\f(mv,13ed)≤B≤eq\f(2mv,ed)六、帶電粒子在復合場中的運動知識點：一、復合場1．復合場的分類：(1)疊加場：電場、磁場、重力場共存，或其中某兩場共存．(2)組合場：電場、磁場交替出現(xiàn)．2．三種場的比較項目名稱：：力的特點功和能的特點重力場大?。篏＝mg方向：豎直向下重力做功與路徑無關重力做功改變物體的重力勢能靜電場大?。篎＝qE方向：a.正電荷受力方向與場強方向相同b.負電荷受力方向與場強方向相反電場力做功與路徑無關W＝qU電場力做功改變電勢能磁場洛倫茲力F＝qvB方向可用左手定則判斷洛倫茲力不做功，不改變帶電粒子的動能二、帶電粒子在復合場中的運動形式1．帶電粒子在疊加場中無約束情況下的運動情況分類(1)磁場力、重力并存①若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動．②若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，故機械能守恒．(2)電場力、磁場力并存(不計重力的微觀粒子)①若電場力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運動．②若電場力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復雜的曲線運動，因洛倫茲力不做功，可用動能定理求解問題．(3)電場力、磁場力、重力并存①若三力平衡，一定做勻速直線運動．②若重力與電場力平衡，一定做勻速圓周運動．③若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復雜的曲線運動，可以用分運動的思想分析運動，因洛倫茲力不做功，可用能量守恒或動能定理求解問題．2．帶電粒子在疊加場中有約束情況下的運動帶電體在復合場中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，常見的運動形式有直線運動和圓周運動，此時解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點，運用動能定理、能量守恒定律結合牛頓運動定律求解．3．分階段運動帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的組合場區(qū)域，其運動情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運動過程由幾種不同的運動階段組成．帶電粒子在疊加場中運動1.如圖所示，在水平勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場中，有一豎直足夠長固定絕緣桿MN，小球P套在桿上，已知P的質量為m，電荷量為＋q，電場強度為E，磁感應強度為B，P與桿間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g.小球由靜止開始下滑直到穩(wěn)定的過程中（）A．小球的加速度一直減小B．小球的機械能和電勢能的總和保持不變C．下滑加速度為最大加速度一半時的速度可能是v＝eq\f(2μqE－mg,2μqB)D．下滑加速度為最大加速度一半時的速度可能是v＝eq\f(2μqE＋mg,2μqB)2．如圖所示，已知一帶電小球在光滑絕緣的水平面上從靜止開始經電壓U加速后，水平進入互相垂直的勻強電場E和勻強磁場B的復合場中(E和B已知)，小球在此空間的豎直面內做勻速圓周運動，則（）A．小球可能帶正電B．小球做勻速圓周運動的半徑為r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2UE,g))C．小球做勻速圓周運動的周期為T＝eq\f(2πE,Bg)D．若電壓U增大，則小球做勻速圓周運動的周期增加答案：BC帶電粒子在組合場中運動3.如圖所示，坐標平面第Ⅰ象限內存在大小為E＝4×105N/C、方向水平向左的勻強電場，在第Ⅱ象限內存在方向垂直紙面向里的勻強磁場．質荷比為eq\f(m,q)＝4×10－10N/C的帶正電粒子從x軸上的A點以初速度v0＝2×107m/s垂直x軸射入電場，OA＝0.2m，不計重力．求：(1)粒子經過y軸時的位置到原點O的距離；(2)若要求粒子不能進入第三象限，求磁感應強度B的取值范圍(不考慮粒子第二次進入電場后的運動情況．)答案：(1)0.4m：(2)B≥(2eq\r(2)＋2)×10－2T七、現(xiàn)代技術應用現(xiàn)代科技應用1．速度選擇器(如圖所示)(1)平行板中電場強度E和磁感應強度B互相垂直．這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器．(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qE＝qvB，即v＝eq\f(E,B)2．質譜儀(1)構造：如圖所示，由粒子源、加速電場、偏轉磁場和照相底片等構成(2)原理：粒子由靜止被加速電場加速，根據(jù)動能定理可得關系式qU＝eq\f(1,2)mv2.粒子在磁場中受洛倫茲力作