高中物理知识精讲17_专题十 磁场

专题十磁场２９专题十磁场?（２）当磁场Ｂ的方向与导线的方向垂直时：Ｆ＝ＢＩＬ。?考点1磁场的描述、安培力（３）当磁场Ｂ的方向与导线的方向平行时：Ｆ＝０。?２．安培力的方向?一、磁场的描述（１）用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并?１．磁感应强度Ｂ与电场强度Ｅ的比较且都与手掌在一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向?磁感应强度Ｂ电场强度Ｅ?电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受描述磁场力的性质?安培力的方向。物理意义描述电场力的性质的物理量的物理量?（２）安培力的方向特点：Ｆ⊥Ｂ，Ｆ⊥Ｉ，即Ｆ垂直于Ｂ和Ｉ决Ｆ定的平面。Ｂ＝，通电导线与Ｆ?定义式ＩＬＥ＝３．安培力作用下的平衡问题ｑ?Ｂ垂直（１）安培力作用下的平衡问题与力学中的平衡问题分析方?大小决定由磁场本身决定，与由电场本身决定，与试探电荷法是相同的，只不过多了安培力，关键仍是受力分析。因素试探电流无关无关?（２）视图转换：对于安培力作用下的力学问题，导体的电流矢量?矢量方向及其受力方向往往分布在三维空间的不同方向上，这时应方向为磁感线切线?标矢性方向为电场线切线方向，即放利用俯视图、剖面图或侧视图等，变立体图为二维平面图。方向，即小磁针Ｎ极?入该点的正电荷受力方向（３）在剖面图中，垂直剖面方向的电流可用“⊗”或“☉”表受力方向?示，垂直剖面方向的磁场可用“×”或“·”表示，但垂直剖面方向合磁感应强度等于?合场强等于各个电场的场强的的力不能用“×”或“·”表示。场的叠加各磁场的磁感应强?矢量和４．安培力作用下导体或磁体运动情况的判断方法度的矢量和?（１）判定导体运动情况的基本思路单位１Ｔ＝１Ｎ／（Ａ·ｍ）１Ｖ／ｍ＝１Ｎ／Ｃ?判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必２．磁感线与电场线的比较?须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况，然后利用左手定则磁感线电场线（静电场）?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为形象地描述磁场方向为形象地描述电场方向和相?势的方向。意义和相对强弱而假想的线对强弱而假想的线?（２）五种常用判定方法线上各点的切线方向即线上各点的切线方向即该点?左手定则相方向该点的磁场方向，是小磁的电场方向，是正电荷所受?电流元法分割为电流元→安培力方向→整段导体所受似点针Ｎ极受力方向电场力的方向?合力方向→运动方向疏密表示磁场强弱表示电场强弱?特殊位置法在特殊位置→安培力方向→运动方向除场源电荷处外，在空间不?等效法环形电流→小磁针，通电螺线管→条形磁铁特点在空间不相交、不中断相交、不中断?同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直电场线始于正电荷，止于负电?结论法线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的荷或无穷远处；或始于无穷远?趋势不同点是闭合曲线处，止于负电荷。不是闭合?定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势曲线?转换研究的问题时，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，?对象法然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用二、安培力?力，从而确定磁体所受合力及运动方向１．安培力的大小?如图所示：??考点2洛伦兹力、带电粒子在磁场中的运动??一、洛伦兹力?１．洛伦兹力的特点?（１）利用左手定则判断洛伦兹力的方向，注意区分正、负（１）一般情况下：Ｆ＝ＢＩＬｓｉｎθ，其中θ为Ｂ与导线方向间的?电荷。夹角。（２）运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。 ３０５年高考３年模拟Ｂ版高考物理?（３）洛伦兹力一定不做功。２．几何知识求半径?２．洛伦兹力与安培力的联系及区别利用平面几何关系，求出轨迹圆的半径（或圆心角），求解时?（１）安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，注意以下几个重要的几何特点。?都是磁场力。（１）粒子速度的偏向角（φ）等于圆心角（α），并等于ＡＢ弦?（２）安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。与切线的夹角（弦切角θ）的２倍（如图所示），即φ＝α＝２θ＝ωｔ。?（３）由安培力公式Ｆ＝ＢＩＬ推导洛伦兹力公式Ｆ洛＝ｑｖＢ。?如图所示，直导线长为Ｌ，电流为Ｉ，导体中运动电荷数为ｎ，?横截面积为Ｓ，电荷的电荷量为ｑ，运动速度为ｖ，则??????（２）直角三角形的应用（勾股定理）安培力Ｆ＝ＢＩＬ＝ｎＦ洛，?找到ＡＢ的中点Ｃ，连接ＯＣ，则△ＡＯＣ、△ＢＯＣ都是直角三角形。ＦＢＩＬ?３．两个观点算时间所以洛伦兹力Ｆ洛＝＝。ｎｎ?ｌ观点一：由运动弧长计算，ｔ＝（ｌ为弧长）。因为Ｉ＝ＮｑＳｖ（Ｎ为单位体积内的自由电荷数），?ｖＮｑＳｖ·ＬＢＮＳＬ?αα所以Ｆ洛＝＝·ｑｖＢ，式中ｎ＝ＮＳＬ，故Ｆ洛＝ｑｖＢ。观点二：由旋转角度计算，ｔ＝３６０°Ｔ（或ｔ＝２πＴ）。ｎｎ?３．洛伦兹力与电场力的比较?４．三类边界磁场中的轨迹特点（１）直线边界：进出磁场具有对称性。比较项目洛伦兹力Ｆ电场力Ｆ??大小Ｆ＝ｑｖＢ（ｖ⊥Ｂ）Ｆ＝ｑＥ?与速度的关系ｖ＝０或ｖ∥Ｂ时，Ｆ＝０与速度无关??力的方向与正电荷与电场方向相?场方向的一定是Ｆ⊥Ｂ，Ｆ⊥ｖ同，负电荷与电场方向?（２）平行边界：存在临界条件。关系相反?可能做正功、负功，也可做功情况任何情况下都不做功?能不做功?力Ｆ为零时Ｆ为零，Ｂ不一定为零Ｆ为零，Ｅ一定为零?场的情况?既可以改变电荷运动的只改变电荷运动的速度?作用效果速度大小，也可以改变方向，不改变速度大小?（３）圆形边界：等角进出，沿径向射入必沿径向射出。电荷运动的方向?二、带电粒子在匀强磁场中的运动?１．两种方法定圆心?方法一已知入射点、入射方向和出射点、出射方向时，可?通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两?条直线的交点就是圆弧轨迹的圆心（如图甲所示）。???①②?备注：无论带电粒子在哪类边界磁场中做匀速圆周运动，解?题时要抓住三个步骤。????方法二已知入射方向和入射点、出射点的位置时，可以通?过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂?线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心（如图乙所示）。 专题十磁场３１?５．解答带电粒子在匀强磁场中运动的三种模型方法?三、带电粒子在磁场中运动的多解问题（１）“放缩圆”模型的应用?带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于多种因素的影响，使问题形成多解。多解形成原因一般包含４个速度?方面。方向粒子源发射速度方向一定，大小不同的带电粒?一定，子进入匀强磁场时，这些带电粒子在磁场中做?类型分析图例大小匀速圆周运动的轨迹半径随速度的变化而变化?受洛伦兹力作用的带电粒子，可能不同?带正电荷，也可能带负电荷，在相?如图所示（图中只画出粒子带正电的情景），速带电粒同的初速度下，正、负粒子在磁场度ｖ越大，运动半径也越大。可以发现这些带电?子电性中运动轨迹不同，形成多解。适用条件粒子射入磁场后，它们运动轨迹的圆心在垂直?不确定如图所示，带电粒子以速度ｖ垂轨迹初速度方向的直线ＰＰ′上?直进入匀强磁场，如带正电，其圆圆?轨迹为ａ；如带负电，其轨迹为ｂ心?共线?在只知道磁感应强度大小，而未?具体指出磁感应强度方向，此时?必须要考虑磁感应强度方向不磁场方?确定而形成多解。向不?如图所示，带正电粒子以速度ｖ界定以入射点Ｐ为定点，圆心位于ＰＰ′直线上，将半径放缩作确定?垂直进入匀强磁场，若Ｂ垂直纸方法轨迹圆，从而探索出临界条件，这种方法称为“放缩圆”法?面向里，其轨迹为ａ，若Ｂ垂直纸面向外，其轨迹为ｂ（２）“旋转圆”模型的应用??粒子源发射速度大小一定、方向不同的带电粒子进?带电粒子在洛伦兹力作用下飞入匀强磁场时，它们在磁场中做匀速圆周运动的半?越有界磁场时，由于粒子运动轨ｍｖ临界状０迹是圆弧状，因此，它可能穿过径相同，若射入初速度为ｖ，则轨迹半径为Ｒ＝。０?态不ｑＢ速度大小磁场飞出，也可能转过１８０°从入如图所示?唯一一定，方射界面这边反向飞出，于是形成适?向不同多解用?条?件?运动具带电粒子在部分是电场、部分是?有周磁场的空间运动时，运动往往具带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心在以入射?期性有周期性，因而形成多解轨迹圆ｍｖ０?圆心共圆点Ｐ为圆心、半径Ｒ＝的圆上ｑＢ?四、带电粒子在磁场中运动的临界与极值问题?ｍｖ０界定将一半径为Ｒ＝ｑＢ的圆以入射点为圆心进行旋转，?（１）以定理、定律为依据，首先求出所研究问题的一般规律方法从而探索粒子运动的临界条件，这种方法称为“旋转?和一般解的形式，然后分析、讨论处于临界条件时的特殊规两种圆”法?律和特殊解。思路?（２）直接分析、讨论临界状态，找出临界条件，从而通过临界（３）“平移圆”模型的应用?条件求出临界值速度大小粒子源发射速度大小、方向一定，入?物理（１）利用临界条件求极值；（２）利用边界条件求极一定，方射点不同，但在同一直线的带电粒子?方法值；（３）利用矢量图求极值适向一定，进入匀强磁场时，它们做匀速圆周运动的半径相同，?两种但入射点ｍｖ（１）用三角函数求极值；（２）用二次方程的判别式用０方法数学若入射速度大小为ｖ０，则半径Ｒ＝，如图所示（粒?在同一直ｑＢ求极值；（３）用不等式的性质求极值；（４）图像条?方法线上子带负电）法等件?轨迹圆圆带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心在同一直许多临界问题，题干中常用“恰好”“最大”“至少”“不相撞”?从关键词心共线线上，该直线与入射点的连线平行或共线“不脱离”等词语对临界状态加以暗示，审题时，一定要抓住?找突破口这些特定的词语挖掘其隐藏的规律，找出临界条件ｍｖ０?将半径为Ｒ＝的圆进行平移，从而探索粒子运动界定方法ｑＢ?的临界条件，这种方法叫“平移圆”法? ３２５年高考３年模拟Ｂ版高考物理?２．带电粒子在叠加场中运动的分析方法?考点3带电粒子在复合场中的运动（１）弄清叠加场的组成。?（２）进行受力分析。?一、带电粒子在组合场中的运动（３）确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的?１．三种场的比较结合。?场力的特点功和能的特点（４）画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律。?重（５）解题要点：能够正确对叠加场中的带电粒子从受力、运大小：Ｇ＝ｍｇ重力做功与路径无关?力动、能量三个方面进行分析。方向：竖直向下重力做功改变物体的重力势能?场（６）巧用等效思想解决叠加场中的动力学问题：可以根据力?的独立作用原理分别研究每种场力对物体的作用效果，也可同大小：Ｆ＝ｑＥ?电方向：正电荷受力方向与场强电场力做功与路径无关时研究几种场力共同作用效果。将叠加场等效为一个简单场，Ｗ＝ｑＵ?场方向相同，负电荷受力方向与然后与重力场中的力学问题进行类比，利用力学规律和方法进电场力做功改变电势能?场强方向相反行分析与解答。?磁大小：Ｆ＝ｑｖＢ（ｖ⊥Ｂ）洛伦兹力不做功，不改变带电?三、带电粒子在复合场中运动的应用实例场方向：可用左手定则判断粒子的动能?装置原理图规律２．关于是否考虑粒子重力的三种情况?（１）对于微观粒子，如电子、质子、离子等，其重力一般情况带电粒子由静止被加速电场加?１下与静电力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物２速，ｑＵ＝ｍｖ，在磁场中做匀速?２体，如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力。质谱仪２?ｖ（２）在题目中有明确说明是否要考虑重力的，按题目要求圆周运动，ｑｖＢ＝ｍ，则比荷?ｒ处理。?ｑ２Ｕ＝（３）不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运ｍ２２Ｂｒ?动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力。?３．带电粒子在电场和磁场的组合场中运动，实际上是将粒Ｅ?速度若ｑｖ０Ｂ＝Ｅｑ，即ｖ０＝，粒子做子在电场中的加速与偏转，跟在磁场中的偏转两种运动有效组Ｂ?选择器合在一起，有效区别电偏转和磁偏转，寻找两种运动的联系和几匀速直线运动?何关系是解题的关键。当带电粒子连续通过几个不同的场区?时，粒子的受力情况和运动情况也发生相应的变化，其运动过程等离子体射入，受洛伦兹力偏?由几种不同的运动阶段组成。转，使两极板分别带正、负电，两?磁流体Ｕ?发电机极板间电压为Ｕ时稳定，ｑ＝ｄ?ｑｖ０Ｂ，Ｕ＝ｖ０Ｂｄ?ＵＵ?当ｑ＝ｑｖＢ时，有ｖ＝，流量电磁流ｄＢｄ?量计２ｄＵπｄＵＱ＝Ｓｖ＝π()＝?２Ｂｄ４Ｂ?在匀强磁场中放置一个矩形截?面的载流导体，当磁场方向与电二、带电粒子在叠加场中的运动?霍尔流方向垂直时，导体在与磁场、１．带电粒子在叠加场中的运动基本类型?元件电流方向都垂直的方向上出现?了电势差。这个现象称为霍尔?效应?????