高考物理磁场复习.pdf

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1、高考物理磁场复习 复习要点 1掌握磁场、磁场、磁性、磁极等概念、了解磁场的力特性，掌握磁感应强度概念，并理解其物理意义 2了解奥斯特实验，掌握电流的磁场及安培定则。3了解典型磁场的磁感线分布情况，了解地磁场分布特征。4了解磁场材料，理解分子电流假说，掌握磁现象的电本质。5 掌握安培力大小的计算及判断安培力方向的左手定则，理解磁电式电表的工作原理。6掌握洛仑兹力，掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律。7了解速度选择器，质谱仪，回旋加速器的工作原理。二、难点剖析 1磁场及特性 和电场一样，磁场是一种以特殊形态场的形态存在着的物质；和电场不一样，电场是存在于电荷或带电体周围的物质，而磁场的场源则可以是

2、如下三种特殊物体之一：磁体，电流，运动电荷，此三种磁场的场源都可以归结为同一种类型运动电荷。作为一种特殊形态的物质，磁场应具备各种特性，物理学最为关心的是所谓的力的特性，即：磁场能对处在磁场中的磁极、电流及运动电荷施加力的作用。为了量化磁场的力特性，我们引入磁感强度的概念，其定义方式为：取检验电流，长为l，电流强度为 I，并将其垂直于磁场放置，若所受到的磁场力大小为 F，则电流所在处的磁感强度为 B=F/(Il).而对 B 的形象描绘是用磁感线：疏密反映 B 的大小，切线方向描绘了 B 的方向。2磁场的作用规律（1）磁场对磁极的作用。N(S)极处在磁场中，所受到的磁场力方向与磁极所在处的磁场方

3、向相同（反）；同一磁极所在处磁感强度越大，所受磁场力越大；不同磁极处在磁场中同一处时，所受磁场力一般不同。（2）磁场对电流的作用。电流强度为 I、长度为 l 的电流处在磁感强度为 B 的匀强磁场中时，所受到的作用称为安培力，其大小 FB的取值范围为 0FBIlB 当电流与磁场方向平行时，安培力取值最小，为零；当电流与磁场方向垂直时，安培力取值最大，为 IlB。如果电流与磁场方向夹角为，可采用正交分解的方式来处理安培力大小的计算问题，而安培力的方向则是用所谓的“左手定则”来判断的。（3）磁场对运动电荷的作用。带电量为 q、以速度在磁感强度为 B 的均强磁场中运动的带电粒子所受到的作用为称为洛仑兹

4、力，其大小 fB的取值范围为 0fBqB.当速度方向与磁场方向平行时，洛仑兹力取值最小，为零；当速度方向与磁场方向垂直时，洛仑兹力取值最大，为 qB.如果速度方向与磁场方向夹角为，可采用正交分解的方式来处理洛仑兹力大小的计算问题。而洛仑兹力的方向则是用所谓的“左手定则”来判断的。磁场对运动电荷的洛仑兹力作用具备着如下特征，即洛仑兹力必与运动电荷的速度方向垂直，这一特征保证了“洛仑兹力总不做功”，把握住这一特征，对带电粒子在更为复杂的磁场中做复杂运动时的有关问题的分析是极有帮助的。3带电粒子在磁场中的运动（1）电荷的匀强磁场中的三种运动形式。如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略不计（或

5、均被平衡），则其运动有如下三种形式：当B 时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；当B 时，所受洛仑力充分向心力，做半径和周期分别为 R=qBm，T=qBm2 的匀速圆周运动；当与 B 夹一般角度时，由于可以将正交分解为和（分别平行于和垂直于）B，因此电荷一方向以的速度在平行于 B 的方向上做匀速直线运动，另一方向以的速度在垂直于 B 的平面内做匀速圆周运动。此时，电荷的合运动在中学阶段一般不要求定量掌握。（2）电荷垂直进入匀强磁场和匀强电场时运动的比较。由于和电场相比，磁场的基本特征以及对运动电荷的作用特征存在着较大的差异，因此电荷垂直进入匀强磁场和匀强电场时所做的所谓“磁偏转”和“电偏转”运

6、动，有着如下诸方面的差异：“电偏转”中偏转力 fe=qE 与运动速度无关，“磁偏转”中偏转力 fB=qB 随运动速度变化。“电偏转”时做的是类平抛运动，其运动规律为 x=0t，y=22tmqE；“磁偏转”时做的是匀速圆周运动，其运动规律是从时、空两个角度反映了运动的特征：T=qBm2，B=qBm。“电偏转”中偏转角度受到e21的限制；“磁偏转”中偏转角度B=tmqB，则可取任意值。“电偏转”中偏转的快慢程度越来越慢（单位长时间内偏转角越来越小），“磁偏转”中偏转的快慢程度则保持恒定（任意相等的时间内偏转的角度均相等）。“电偏转”中由于偏转力 fe做功，因而兼有加速功能，动能将增加；“磁偏转”中

7、由于偏转力 fB总不做功，动能保护定值。“电偏转”最常见的是应用于示波管中，“磁偏转”则常被应用于回旋加速器中。三、典型例题 例 1把电流强度均为 I，长度均为 l 的两小段通电直导线分别置于磁场中的 1、2 两点处时，两小段通电直导线所受磁场力的大小分别为 F1和 F2，若已知 1、2 两点处磁感应强度的大小关系为 B1B2，则必有（）AB1=IlF1 BB2=IlF2 CF1F2 D以上都不对 分析：注意到磁场对通电导线的作用与直线和磁场方向的夹角有关。解答：磁感强度 B 的定义式 B=IlF中的F，应理解为检验电流（Il）垂直于 B 的方向放置时所受到的最大磁场力，而此题中两小段通电导线

8、在 1、2 两点处是否垂直于 B 未能确定，因此 A、B 两选项中的等式不一定成立；另外，正因为磁场对电流的作用力大小除与 B、I、l 有关外，还与导线放置时与 B 的方向间关系有关，因此，无法比较 F1和 F2的大小，所以应选 D。例 2如图1 所示，直导线 MN 与矩形 线框 abcd 在同一平面内，直导线中通有向上的电 流 I，矩形线框中通有沿递时针方向的电流 I0，则 直导线中电流 I 的磁场对通电矩形线框各边的安 培力合力（）A大小为零 B大小不为零，方向向左 C 大小不为零，方向向右 D 大小不为零，方向向上 图1 分析：应了解直线电流周围磁场的分布情况同时要了解安培力大小计算公式

9、和方向判断方法。解答：由安培定则可知：通电直导线右侧的磁场方向是垂直于纸面向里，且靠近直导线处磁场列强些。根据左手定则 Q 可判断。通电矩形线框的 ab 边受力向右，cd 边受力向左，bc 边受力向上，da 边受力向下，且 ab 边受力比 cd 边受力大，bc 边受力与 da 边受力大小相等。由此可知：通电矩形线框各边所受安培力的合力大小不为零，且方向向右。即应选 C。例 3如图2 所示，有 a、b、c、d 四个离子，它们带等量同种电荷，质量不等，有 ma=mbmc=md，以不等的速度abcd进入速度选择器后，有两种离子从速度选择器中射出，进入 B2磁场，由 此可判定（）A射向 P1的是 a

10、离子 B射向 P2的是 b 离子 C射到 A1的是 c 离子 D射到 A2的是 d 离子 图2 分析：比例解答要求了解“速度选择器”和“质谱仪”的基本原理。解答：从离子在磁场 B2中的偏转方向可知离子带正电，而正离子在速度选择器中受到磁场 B1的洛仑兹力方向又可由左手定则判断为向右，电极 P1、P2间的电场方向必向左，因bMNIc0Iad为 qbB1=qcB1=qE，所以能沿直线穿过速度选择器的必然是速度相等的 b、c 两离子；因为 qaB1qE，所以 a 离子穿过速度选择器必向左偏；因为 qdB1qE，所以 d 离子穿过速度器时必向右偏；因为2qBmbb2qBmcc，所以在 B2中偏转半径较

11、小而射到 A1的是 b 离子，在 B2中偏转半径较大而射到 A2的是 C 离子。即经例应选 A。例 4氢原子的核外电子质量为 m，电量为e，在 离核最近的轨道上运动，轨道半径为 r1，试回答下列问题：（1）电子运动的动能 EK是多少？（2）电子绕核转动频率是多少？（3）氢原子核在电子轨道处产生的电场强度 E 是多大？（4）电子绕核在如图3 所示的 xy 平面上沿 A BCD 方向转动，电子转动相当于环形电流，则此电流方 向如何？电流强度为多大？（5）如果沿 Ox 方向加一匀强磁场，则整个原子将怎样运动？图3 分析：注意到圆周震动，电场、电流，磁场等方向知识的综合运用。解答：此题是把匀速圆周运动

12、的规律运用到卢瑟福的核式结构模型上来，提供电子绕核运动的向心力是核对它的库仑力；转动频率是匀速圆周运动的转率 n；电流 i 就在单位时间内通过轨道上一点的电量，即 i=e.（1）k212re=m12r，EK=21m2，EK=122rke.（2）=2r1 联立上述三式得 =12 re1mrk.（3）由点电荷电场强度公式可得 E=k21re（4）电流方向为 ADCBA，电流强度 i=e=122 re1mrk.（5）根据左手定则，圆的 x0 的一半，电子受磁场垂直纸面向纸面外的力，x0 的一半，电子受到垂直纸面向内的力。因此，整个原子以 Oy 为轴，从 Oy 方向看为逆时针方向转动。例 5如图4 所

13、示，空间存在一个如图 194（a）所示的变化电场和变化磁场，电场方向 水平向右，即沿（b）图中的 BC 方向，磁场方向垂 直于纸面。从 t=1s 末开始，从 A 点每隔 2s 有一个 重力可以忽略的相同带电粒子沿 AB 方向以速度0 射出，且均能击中 C 点，若AC=2BC，且粒子从 A 到 C 历时均小于 1s，则 E0与 B0的比值为多大？分析：电偏转做的是类平抛运动，而磁偏转 做的是匀速圆周运动。解答：取BC=l，则AC=2l，AB=3l。图4 由奇数秒末从 A 射出的粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径可由（rl）2+(3l)2=r2 求得为 r=2l=m0/(qB0).由偶数秒

14、末从 A 射出的粒子在匀强电场中做类平抛运动，于是又有 l=mqE20t2，3l=0t.在此基础上便可求得00BE=340.例 6如图5 所示，在 y0 的区域内 存在匀强磁场，磁场方向垂直于 xy 平面并指向 纸面外，磁感应强度为 B.一带正电的粒子以速 度0从 O 点射入磁场，入射方向在 xy 平面内，与 x 轴正向的夹角为.若粒子射出磁场的位置 与 O 点的距离为 l，求该粒子的电量和质量之比mq。图5 分析：注意到几何关系的确认。解答：如图6 所示，带电粒子射入磁 场后，由于受到洛仑兹力的作用，粒子将沿图示的 轨迹运动，从 A 点射出磁场，O、A 间的距离为 l.射出方向与 x 轴的夹角仍为，由洛仑兹力公 式和牛顿定律可得，q0B=mR20 图6 式中 R 为圆轨道的半径 解得 R=qBm0 圆轨道的圆心位于 OA 的中垂线上，由几何关系可得2l=Rsin 联立上述两式，解得mq=lBsin20