高考物理二轮复习【专题09】磁场与带电粒子在磁场中的运动(讲)(原卷版).pdf
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1、2015 年高三二轮复习讲练测之讲案【新课标版物理】 专题 01 磁场与带电粒子在磁场中的运动 考向 01 磁场的描述磁场对电流的作用 1. 讲高考 (1)考纲要求 知道磁感应强度的概念及定义式,并能理解与应用; 会用安培定则判断电流周围的磁场方向.3. 会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题 (2)命题规律 磁感应强度、磁感线、安培力及安培定则和左手定则的运用,一般以选择题的形式出现;安 培力的综合应用是高考的热点,题型有选择题,也有综合性的计算题 案例 1 【2014新课标全国卷】关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正 确的是() A.安培力的方向可以不垂直于直
2、导线 B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半 案例 2 (多选)【 2014海南卷】如图,两根平行长直导线相距2l,通有大小相等、方向相同 的恒定电流:a、b、c 是导线所在平面内的三点,左侧导线与它们的距离分别为 2 l 、l 和 3l。 关于这三点处的磁感应强度,下列判断正确的是() Aa 处的磁感应强度大小比c 处的大 Bb、c 两处的磁感应强度大小相等 Ca、c 两处的磁感应强度方向相同 Db 处的磁感应强度为零 案例 3 (2013 安徽卷) 图中 a、b、c、d为四根与纸面垂
3、直的长直导线,其横截面位于正方 形的四个顶点上,导线中通有大小相同的电流,方向如图所示。一带正电的粒子从正方形中心 O 点沿垂直于纸面的方向向外运动,它所受洛伦兹力的方向是() A向上B向下C向左D向右 2. 讲基础 (1)磁场、磁感应强度 磁感应强度:定义式 IL F B( 通电导线垂直于磁场) ;方向:小磁针静止时N极的指向 匀强磁场:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场 (2)磁感线 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布 电流的磁场:直线电流的磁场;通电螺线管的磁场;环形电流的磁场; (1)安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力 安培力公式:sinBILF;磁场和电流垂
4、直时,FBIL;磁场和电流平行时:F0. 安培力的方向:左手定则 安培力的方向特点:FB,FI,即F垂直于B和I决定的平面 3. 讲典例 案例 1 【 2014?北京市大兴区高三第一学期期末试卷】如图所示,两根相互平行的长直导线过 纸面上的M、N 两点, 且与纸面垂直, 导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、O、b 在 M、 N 的连线上, O 为 MN 的中点。 c、d 位于 MN 的中垂线上,且a、 b、c、d 到 O 点的距离均相 等。关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是() AO 点处的磁感应强度为零 Ba、c 两点处的磁感应强度的方向不同 Cc、d 两点处的磁感应强度大小相等,方
5、向相反 Da、b 两点处的磁感应强度大小相等,方向相同 【趁热打铁】【2014?北京市朝阳区高三年级第一学期期末统一考试】如图所示,a、 b、c 为 纸面内等边三角形的三个顶点,在a、b 两顶点处,各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中 通有大小相等的恒定电流,方向垂直于纸面向里,则c 点的磁感应强度B 的方向为() A与 ab 边平行,竖直向上B与 ab 边平行,竖直向下 C与 ab 边垂直,水平向右D与 ab 边垂直,水平向左 案例 2 【2014河南濮阳高三二模】如图所示,两根平行放置、长度均为L 的直导线a 和 b,放置在与导线所在平面垂直的匀强磁场中。当a 导线通有电流强度为I、b 导
6、线通有电流强 度为 2I、且电流方向相反时,a导线受到磁场力大小为 1 F,b 导线受到磁场力大小为 2 F则 a 通电导线的电流在b 导线处产生的磁感应强度大小为:() A. 2 2 F IL B. 1 F IL C. 12 2 2 FF IL - D. 12 2FF IL - 【趁热打铁】(多选)【2014 辽宁省沈阳市市级重点高中协作校上学期期中】如图,质量为用、 长为 L 的直导线用两绝缘细线悬挂于O、 O,并处于匀强磁场中,当导线中通以沿X 正方向 的电流 I 且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角为则磁感应强度方向和大小可能为 () A.z方向,tan IL mg B.y 方向, I
7、L mg Cz负向,tan IL mg D.沿悬线向上,sin IL mg 4. 讲方法 (1)安培定则的应用 在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”. 原因 ( 电流方向 )结果 ( 磁场绕向 ) 直线电流的磁场大拇指四指 环形电流的磁场四指大拇指 (2)判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势,首 先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况,然后利用左手定则准确判定导体的受力情况, 进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。现对五种常用的方法列表如下: 电流元法 把整段弯曲导线分为多段直线电流元,先用左手 定则判断每段电流元受力的方向,然后判断整段 导线所受合力的方向
8、,从而确定导线运动方向 特殊位置法在特殊位置 安培力方向 运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效 成条形磁铁或多个环形电流,反过来等效也成立。 等效后再确定相互作用情况 结论法 同向电流互相吸引,异向电流互相排斥;两不平 行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方 向相同的趋势 转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动 趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的 安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电 流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动 方向 (3)与安培力有关的力学综合问题 安培力的综合应用,一般有两种情形:一是安培力作用下导体的平衡和加速
9、;二是与安培 力有关的功能关系问题 处理这类问题,需弄清楚电流所在处的磁场分布情况,要做好受力分析,搞清物体的受力 情况,然后利用牛顿运动定律或者功能关系求解 在受力分析时,有时要把立体图转换成平面图,即三维变二维转换时要标明磁感应强度B 的方向,以便于确定安培力的方向. 安培力做功的特点和实质 安培力做功与路径有关,不像重力、电场力做功与路径无关;安培力做功的实质:起传递 能量的作用; (安培力做正功:是将电源的能量传递给通电导线后转化为导线的动能或转化为其他形式的 能;安培力做负功:是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能) 5. 讲易错 【题目】【2014?北京市东城区普
10、通校2013-2014 学年第一学期联考】在赤道上,地磁场的磁感 应强度大小是T105.0 4 。沿东西方向放置长为20m 的直导线,通有由西向东30A 的电流, 该导线受地磁场作用力的大小为_ _N,方向为 _ _(填“竖直向下” 或“竖直向上” ) 。 考向 02 磁场对运动电荷的作用 1. 讲高考 (1)考纲要求 会计算洛伦兹力的大小,并能判断其方向;掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动,并 能解决确定圆心、半径、运动轨迹、周期、运动时间等相关问题 (2)命题规律 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析与计算一般以计算题的形式出现 案例 1 【2014新课标全国卷】如图,MN 为铝质薄平
11、板,铝板上方和下方分别有垂直于 图平面的匀强磁场(未画出)。一带电粒子从紧贴铝板上表面的P 点垂直于铝板向上射出,从 Q 点穿过铝板后到达PQ 的中点 O,已知粒子穿越铝板时,其动能损失一半,速度方向和电荷 量不变,不计重力。铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为() A. 2 B.2C. 1 D. 2 2 案例 2 (多选)(2013 广东卷) 如图所示,两个初速度大小相同的同种离子a 和 b,从 O 点 沿垂直磁场方向进人匀强磁场,最后打到屏P 上。不计重力。下列说法正确的有() Aa、b 均带正电Ba 在磁场中飞行的时间比b 的短 Ca 在磁场中飞行的路程比b 的短Da 在 P 上的落点与
12、O 点的距离比b 的近 案例 3 (2013新课标卷 )空间有一圆柱形匀强磁场区域,该区域的横截面的半径为R, 磁场方向垂直横截面。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以速率v0沿横截面的某直径射 入磁场,离开磁场时速度方向偏离入射方向60 。不计重力,该磁场的磁感应强度大小为 () A. qR mv 3 3 0 B. qR mv0 C. qR mv03 D. qR mv03 2. 讲基础 (1)洛伦兹力 洛伦兹力的方向:左手定则;方向特点:FB,Fv,即F垂直于B和v决定的平面 ( 注意: 洛伦兹力不做功) 3洛伦兹力的公式:sinqvBF(vB时,洛伦兹力F0.( 0或 180) ;vB时
13、, 洛伦兹力FqvB.( 90) ) (2)带电粒子在匀强磁场中的运动 若vB,带电粒子不受洛伦兹力,在匀强磁场中做匀速直线运动 若vB,带电粒子仅受洛伦兹力作用,在垂直于磁感线的平面内以入射速度v 做匀速圆周 运动 基本公式: a向心力公式: r mv qvB 2 b轨道半径公式: qB mv r c周期公式: qB m T 2 3. 讲典例 案例 1 (多选)【 2015?浙江省嘉兴市第一中学高三上学期期中】如图,在半径为R=mv0/qB 的 圆形区域内有水平向里的匀强磁场,磁感应强度为B圆形区域右侧有一竖直感光板MN带 正电粒子从圆弧顶点P 以速率 v0平行于纸面进入磁场,已知粒子质量为
14、m,电量为q,粒子 重力不计若粒子对准圆心射入,则下列说法中正确的是() A粒子一定沿半径方向射出 B粒子在磁场中运动的时间为m /2qB C若粒子速率变为2v0,穿出磁场后一定垂直打到感光板 MN 上 D粒子以速度v0从 P点以任意方向射入磁场,离开磁场后一定垂直打在感光板 MN 上 【趁热打铁】【2014 河南焦作高三一模】 (18 分)在平面直角坐标系的第一象限内存在一有 界匀强磁场,该磁场的磁感应强度大小为B 01T,方向垂直于xOy 平面向里,在坐标原点 O 处有一正离子放射源,放射出的正离子的比荷都为 q m 1106Ckg,且速度方向与磁场方 向垂直。若各离子间的相互作用和离子的
15、重力都可以忽略不计。 (1)如图甲所示,若第一象限存在直角三角形AOC 的有界磁场,OAC 30,AO 边的长 度 l 03m,正离子从O 点沿 x 轴正方向以某一速度射入,要使离子恰好能从AC 边射出, 求离子的速度大小及离子在磁场中运动的时间。 (2)如图乙所示,若第一象限存在一未知位置的有界匀强磁场,正离子放射源放射出不同速 度的离子, 所有正离子入射磁场的方向均沿x 轴正方向, 且最大速度vm 4010 4ms,为 保证所有离子离开磁场的时候,速度方向都沿y 轴正方向,试求磁场的最小面积,并在图乙 中画出它的形状。 案例 2 【2015?玉溪一中高三上学期期中考试】如图所示,正方形区域
16、ABCD 内存在方向垂 直纸面向里的匀强磁场,三个完全相同的带电粒子a、 b、 c 分别以大小不同的初速度 abc vvv、 从 A 点沿图示方向射入该磁场区域,经磁场偏转后粒子a、b、c 分别从 BC 边中点、 CD 边中 点、 AD 边中点射出。若 abc ttt、 、分别表示粒子a、b、c 在磁场中的运动时间。则以下判断 正确的是() A abc vvvB abc vvv C abc tttD abc ttt 【趁热打铁】【2014?北京市名校联盟高三试卷】如图所示,在x 轴上方存在垂直于纸面 向里的匀强磁场,磁感应强度为B。在 xOy 平面内,从原点O 处沿与 x 轴正方向成 角(0)
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- 专题09 高考 物理 二轮 复习 专题 09 磁场 带电 粒子 中的 运动 原卷版
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