2022高考物理第一輪復(fù)習(xí) 專題 磁場(chǎng)學(xué)案 魯科版

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1、2022高考物理第一輪復(fù)習(xí) 專題 磁場(chǎng)學(xué)案 魯科版 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容: 磁場(chǎng) [本章的知識(shí)點(diǎn)] (一)描述磁場(chǎng)的基本概念 1. 磁場(chǎng)具有物質(zhì)性、方向性,最基本的性質(zhì)是對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。磁現(xiàn)象的電本質(zhì)是由于電荷的運(yùn)動(dòng)。 2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度是從力的角度描述磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量,是矢量。 ⑴定義式: ⑵B的方向與磁場(chǎng)的方向一致,即小磁針N極所受磁場(chǎng)力的方向。 ⑶若有數(shù)個(gè)磁場(chǎng)互相疊加,則合磁場(chǎng)中某點(diǎn)的B應(yīng)根據(jù)矢量合成法則來確定。 3. 磁感線是用來形象描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的一些假想曲線。幾種典型磁場(chǎng)的磁感線分布具有立體性和對(duì)稱性的特點(diǎn)。勻強(qiáng)磁

2、場(chǎng)中的磁感線是平行等距的直線。 4. 磁通量表示穿過磁場(chǎng)中某一面積的磁感線條數(shù)。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,垂直穿過面積S的磁通量為。 (二)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 1. 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力也叫安培力,大小為。在應(yīng)用時(shí)要注意: ⑴B與l垂直; ⑵l是有效長(zhǎng)度; ⑶B并非一定為勻強(qiáng)磁場(chǎng),但它應(yīng)該是l所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 2. 安培力的方向由左手定則判定,安培力垂直于電流方向和磁場(chǎng)方向決定的平面,B和I可以有任意的夾角。 3. 安培力做功的實(shí)質(zhì):起傳遞能量的作用,將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線,而磁場(chǎng)本身并不提供能量,這個(gè)特點(diǎn)與靜摩擦力做功相似。 (三)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 1. 洛侖茲力

3、大?。寒?dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)速度時(shí),;當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)速度∥B時(shí),F(xiàn)=0。 方向:由左手定則判定。當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷為負(fù)電荷時(shí),相當(dāng)于正電荷反向運(yùn)動(dòng),仍可用安培力方向的判斷方法進(jìn)行判斷。 特點(diǎn):洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功。 2. 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 物理情景:帶電粒子以速度垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 受力情況:只受洛侖茲力作用(帶電粒子重力忽略不計(jì))。 運(yùn)動(dòng)情況:帶電粒子在與B垂直的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。洛侖茲力F提供向心力。圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,運(yùn)動(dòng)周期。 (四)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1. 復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)并存的場(chǎng)。 2. 復(fù)合場(chǎng)中各種場(chǎng)的特點(diǎn): ⑴電場(chǎng)力和重力做功與路徑無關(guān)。

4、⑵磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功。 3. 處理復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的三個(gè)軟科學(xué)觀點(diǎn): ⑴動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn):包括牛頓三大定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律。 ⑵動(dòng)量觀點(diǎn):動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律。 ⑶能量觀點(diǎn):包括動(dòng)能定理和能量守恒定律。 對(duì)于單個(gè)物體的討論,宜用兩大定理。涉及時(shí)間優(yōu)先考慮動(dòng)量定理;涉及位移優(yōu)先考慮動(dòng)能定理。對(duì)于多個(gè)物體組成的系統(tǒng)的討論,則優(yōu)先考慮兩大定律,涉及到加速度的力學(xué)問題必定用牛頓第二定律,必要時(shí)還要用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式。 [本章的疑難點(diǎn)辨析] 1. 磁場(chǎng)和電場(chǎng) 磁   場(chǎng) 電   場(chǎng) 磁體或電流周圍的一種特殊物質(zhì) 電荷周圍的一種特殊物質(zhì) 磁感應(yīng)強(qiáng)度(稱試驗(yàn)電流元) 電場(chǎng)強(qiáng)度(q稱為試驗(yàn)電荷)

5、 磁場(chǎng)方向規(guī)定為小磁針N極受力方向 電場(chǎng)方向規(guī)定為正電荷受力方向 用磁感線可以形象化表示磁場(chǎng)分布 (磁感線為閉合曲線) 用電場(chǎng)線形象化表示電場(chǎng)分布 (電場(chǎng)線有頭有尾) 合磁場(chǎng)(矢量和) 合電場(chǎng)(矢量和) 磁通量(表示垂直磁感線的平面面積) 2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電場(chǎng)強(qiáng)度E: 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 電場(chǎng)強(qiáng)度E 物理意義 描述磁場(chǎng)的性質(zhì) 描述電場(chǎng)的性質(zhì) 定義式 B=F/Il通電導(dǎo)線與B垂直 E=F/q 場(chǎng)線的 定義 1. 閉合曲線 2. 不相交 3. 疏密表示B的大小 4. 切線方向表示B的方向 1. 不閉合 2. 不相交 3. 疏密表示E的

6、大小 4. 切線方向表示E的方向 場(chǎng)的疊加 合磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于各磁場(chǎng)的B的矢量和 合場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E的矢量和 單位 1T=1N/A·m,1T=1Wb/m2 1N/C=1V/m 3. 洛侖茲力與電場(chǎng)力: 洛侖茲力 電場(chǎng)力 作用對(duì)象 運(yùn)動(dòng)電荷 靜止或運(yùn)動(dòng)的電荷 公式 ⑴勻強(qiáng)磁場(chǎng) ⑵ F=Eq 方向 與v垂直,與B垂直 與場(chǎng)強(qiáng)E平行 做功特點(diǎn) 只改變速度方向,不改變速度的大小,不對(duì)電荷做功 ⑴在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷,電場(chǎng)力不做功 ⑵在不同等勢(shì)面間移動(dòng)電荷,電場(chǎng)力做功 實(shí)例比較 帶電粒子以進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng): , 等效環(huán)形電流:

7、 氫原子中電子受庫侖力做勻速圓周運(yùn)動(dòng): , 等效環(huán)形電流: 注意事項(xiàng) ⑴B=0時(shí),F(xiàn)=0;F=0時(shí),B不一定為零 ⑵電荷的正負(fù) ⑴E=0時(shí),F(xiàn)=0;F=0時(shí),E=0⑵電荷的正負(fù) 【典型例題】 (一)磁通量的大小比較與磁通量的變化 例題1. 如圖所示,a、b為兩同心圓線圈,且線圈平面均垂直于條形磁鐵,a的半徑大于b,兩線圈中的磁通量較大的是線圈___________。 解析:b 部分學(xué)生由于對(duì)所有磁感線均通過磁鐵內(nèi)部形成閉合曲線理解不深,容易出錯(cuò)。 例題2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向水平向右,一面積為S的線圈abcd如圖所示放置,平面abcd與豎直面

8、成θ角。將abcd繞ad軸轉(zhuǎn)180o角,則穿過線圈的磁通量的變化量為( C?。? A. 0  B. 2BS  C. 2BScosθ  D. 2BSsinθ 解析:部分學(xué)生由于不理解關(guān)于穿過一個(gè)面的磁通量正負(fù)的規(guī)定而出現(xiàn)錯(cuò)誤。 (二)等效分析法在空間問題中的應(yīng)用 例題3. 一個(gè)可自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個(gè)圓線圈的圓心重合,當(dāng)兩線圈都通過如圖所示的電流時(shí),則從左向右看,線圈L1將( C?。? A. 不動(dòng) B. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) C. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D. 向紙外平動(dòng) 解析:本題可把L1、L2等效成兩個(gè)條形磁鐵,利用同名磁極相斥,異名磁極相吸,即可

9、判斷出L1將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 (三)安培力作用下的平衡問題 例題4. 一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,下端掛有一匝數(shù)為n的矩形線框abcd,bc邊長(zhǎng)為l。線框的下半部處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與線框平面垂直,在圖中垂直于紙面向里。線框中通以電流I,方向如圖所示。開始時(shí)線框處于平衡狀態(tài)。令磁場(chǎng)反向,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小仍為B,線框達(dá)到新的平衡。在此過程中線框位移的大?。絖_________,方向_____________。 解析:,向下。本題為靜力學(xué)與安培力綜合,把安培力看成靜力學(xué)中按性質(zhì)來命名的一個(gè)力進(jìn)行受力分析,是本題解答的基本思路。 例題5. 如圖所示,兩平行光滑導(dǎo)軌相

10、距為20cm,金屬棒MN質(zhì)量為10g,電阻R=8Ω,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向豎直向下,大小為0.8T,電源電動(dòng)勢(shì)為10V,內(nèi)阻為1Ω。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),MN處于平衡狀態(tài)時(shí)變阻器R1多大?(已知θ=45o) 解析:R1=7Ω。本題考查的知識(shí)點(diǎn)有三個(gè):安培力的大小和方向、閉合電路歐姆定律、物體受力平衡。關(guān)鍵在于畫出通電導(dǎo)線受力的平面圖。 (四)洛侖茲力作用下的勻速圓周運(yùn)動(dòng)(有界磁場(chǎng)) 例題6. 如圖所示,一束電子(電量為e)以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,穿過磁場(chǎng)后速度方向與電子原來入射方向的夾角為30o,則電子的質(zhì)量是_________,穿過磁場(chǎng)的時(shí)間___

11、________。 解析:。求解本題的關(guān)鍵是找出圓心位置,確定半徑。 (五)洛侖茲力作用下的多解問題 例題7. 如圖所示,在某裝置中有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于Oxy所在的紙面向外。某時(shí)刻在x=l0,y=0處,一質(zhì)子沿y軸的負(fù)方向進(jìn)入磁場(chǎng);同一時(shí)刻,在x=-l0,y=0處,一個(gè)粒子進(jìn)入磁場(chǎng),速度方向與磁場(chǎng)垂直。不考慮質(zhì)子與粒子的相互作用。設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m、電量為e。 ⑴如果質(zhì)子經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)O,它的速度為多大? ⑵如果粒子與質(zhì)子在坐標(biāo)原點(diǎn)相遇,粒子的速度應(yīng)為何值?方向如何? 解析:⑴; ⑵,方向有兩個(gè),與+x方向間夾角分別為、 出現(xiàn)多解問題的因素是: ⑴

12、帶電性質(zhì)的不明確;⑵磁場(chǎng)方向的不明確;⑶臨界狀態(tài)的不唯一;⑷運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性。 (六)復(fù)合場(chǎng)中的帶電粒子的運(yùn)動(dòng) ⑴不考慮帶電粒子重力的情況: 例題8. 如圖所示,在x軸上方有垂直于xy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B;在x軸下方有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)為E。一質(zhì)量為m、電量為-q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿著y軸正方向射出,射出之后,第三次到達(dá)x軸時(shí),它與點(diǎn)O的距離為L(zhǎng),求此粒子射出時(shí)的速度v和運(yùn)動(dòng)的總路程s(重力不計(jì))。 解析:;。求解本題的關(guān)鍵在于從分析帶電粒子受力情況、運(yùn)動(dòng)情況入手,判斷、描繪出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)圖景。 ⑵考慮帶電粒子重力時(shí)的直線運(yùn)動(dòng): 例9. 空間存在

13、水平方向互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度E=10N/C,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T,方向如圖所示。有一個(gè)質(zhì)量m=2.0×10-6kg、帶正電荷q=2.0×10-6C的微粒在空間作直線運(yùn)動(dòng),試求其速度的大小和方向(g取10m/s2) 解析:v=20m/s,與電場(chǎng)方向成60o角斜向上作勻速直線運(yùn)動(dòng)。 ⑶考慮帶電粒子重力時(shí)的圓周運(yùn)動(dòng): 例題10. 如圖所示,在真空中同時(shí)存在著相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),且電場(chǎng)方向豎直向下,有甲、乙兩個(gè)帶電微粒,甲帶負(fù)電,電量為q1,恰好靜止于A點(diǎn);乙也帶負(fù)電,電量為q2,正在過A點(diǎn)的豎直平面內(nèi)做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng);運(yùn)動(dòng)中乙與甲發(fā)生碰撞并粘在一起,試

14、分析它們以后的運(yùn)動(dòng)。 解析:勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑為 (七)幾種近代物理實(shí)驗(yàn)裝置 速度選擇器:如圖所示,在正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)中,由qE=qvB得,即經(jīng)過速度選擇器后的粒子,其質(zhì)量、電量、電性可能會(huì)有不同,但運(yùn)動(dòng)速度相同,即均做勻速直線運(yùn)動(dòng)。速度選擇器常作為儀器的一個(gè)單元。 質(zhì)譜儀:經(jīng)速度選擇器的各種帶電粒子,射入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B’,不同電性、不同荷質(zhì)比的粒子就會(huì)沉積在不同的地方。 例題11. 如圖所示是質(zhì)譜儀工作原理圖。質(zhì)譜儀由離子源O、加速電場(chǎng)U、速度選擇器E和B1、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B2和核乳膠片組成。試問: ⑴怎樣測(cè)定同位素荷質(zhì)比? ⑵怎樣用質(zhì)譜儀確定同位素種數(shù)和含量? 解

15、析:⑴; ⑵由于不同荷質(zhì)比的同位素離子打在乳膠片上的位置不同,即d不同,根據(jù)膠片上譜線的條數(shù)就可確定同位素的種數(shù),根據(jù)譜線的強(qiáng)弱可判斷出同位素含量的多少。 例題12. 如圖所示,有a、b、c、d四個(gè)離子,它們帶等量同種電荷,質(zhì)量不等,其質(zhì)量關(guān)系為ma=mb<mc=md,以不等的速率va<vb=vc<vd進(jìn)入速度選拔器后,有兩種離子從速度選拔器中射出,進(jìn)入B2磁場(chǎng),由此可判定  ( A?。? A. 射向P1的是a離子 B. 射向P2的是b離子 C. 射向A1的是c離子 D. 射向A2的是d離子 磁流體發(fā)電機(jī):如圖所示,等離子體射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,受洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn),使兩極板帶正、負(fù)電,兩極電壓穩(wěn)定時(shí),U=Bdv0 例題13. 如圖所示是等離子體發(fā)電機(jī)示意圖。磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T,兩極間的距離為d=20cm,要使輸出電壓為220V,則等離子體的速度為________,a是電源的_______極。 解析:2200m/s;正

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