三维设计高考物理二轮复习广东专 专题磁场

会计学1三维设计高考物理二轮复习广东专三维设计高考物理二轮复习广东专 专题专题 磁场磁场备考方向要明了备考方向要明了主要问题主要问题综合应用动力学知识和功能关系解决带电粒子在磁场、电综合应用动力学知识和功能关系解决带电粒子在磁场、电场与磁场的组合场、复合场中的运动问题场与磁场的组合场、复合场中的运动问题主要考点主要考点带电粒子在磁场中的匀速圆周运动问题。带电粒子在磁场中的匀速圆周运动问题。带电粒子在带电粒子在有界磁场中的运动问题。有界磁场中的运动问题。带电粒子在电场和磁场的组合带电粒子在电场和磁场的组合场或复合场中的运动问题。场或复合场中的运动问题。带电粒子在磁场中运动的临带电粒子在磁场中运动的临界问题界问题主要方法主要方法比值定义法比值定义法(磁感应强度磁感应强度)。建立物理模型的方法。建立物理模型的方法。用数学知识用数学知识(几何图形、三角函数几何图形、三角函数)解决物理问题的方法。解决物理问题的方法。第1页/共80页主要策略主要策略复习时应掌握有关磁场的基本概念和规律，能够熟练应用复习时应掌握有关磁场的基本概念和规律，能够熟练应用安培力的公式解决通电导线的平衡问题，对粒子只在磁场安培力的公式解决通电导线的平衡问题，对粒子只在磁场力作用下的圆周运动问题，要熟练掌握圆心、半径、圆心力作用下的圆周运动问题，要熟练掌握圆心、半径、圆心角的确定，对带电粒子在复合场中的运动，要注意运动学角的确定，对带电粒子在复合场中的运动，要注意运动学与动力学相结合，分析粒子运动规律特点与动力学相结合，分析粒子运动规律特点第2页/共80页第3页/共80页第4页/共80页一、安培力和洛伦兹力的比较一、安培力和洛伦兹力的比较名称名称项目项目安培力安培力洛伦兹力洛伦兹力作用对象作用对象通电导体通电导体运动电荷运动电荷力的大小力的大小F安安BIL(IB) F安安0(IB)F洛洛qvB(vB) F洛洛0(vB)第5页/共80页名称名称项目项目安培力安培力洛伦兹力洛伦兹力力的力的方向方向左手定则左手定则(F安安垂直于垂直于I与与B所决所决定的平面定的平面)左手定则左手定则(F洛洛垂直于垂直于v与与B所决所决定的平面，且需区分正负电荷定的平面，且需区分正负电荷)作用作用效果效果改变导体棒的运动状态，对改变导体棒的运动状态，对导体棒做功，实现电能和其导体棒做功，实现电能和其他形式的能的相互转化他形式的能的相互转化只改变速度的方向，不改变速只改变速度的方向，不改变速度的大小；洛伦兹力永远不对度的大小；洛伦兹力永远不对电荷做功电荷做功本质本质联系联系安培力实际上是在导线中定向移动的电荷所受到的洛伦兹力安培力实际上是在导线中定向移动的电荷所受到的洛伦兹力的宏观表现的宏观表现第6页/共80页二、两种场的模型及三种场力二、两种场的模型及三种场力1两种场模型两种场模型(1)组合场模型：电场、磁场、重力场组合场模型：电场、磁场、重力场(或其中两种场或其中两种场)并存，并存，但各位于一定区域，并且互不重叠的情况。但各位于一定区域，并且互不重叠的情况。(2)复合场模型：电场、磁场、重力场复合场模型：电场、磁场、重力场(或其中两种场或其中两种场)并存并存于同一区域的情况。于同一区域的情况。第7页/共80页2三种场力三种场力(1)重力：重力：Gmg，总是竖直向下，恒力，做功只取决于初，总是竖直向下，恒力，做功只取决于初末位置的高度差。末位置的高度差。(2)电场力：电场力：FqE，方向与场强方向及电性有关，做功只，方向与场强方向及电性有关，做功只取决于初末位置的电势差。取决于初末位置的电势差。(3)洛伦兹力：洛伦兹力：F洛洛qvB(vB)，方向用左手定则判定，洛，方向用左手定则判定，洛伦兹力永不做功。伦兹力永不做功。第8页/共80页第9页/共80页第10页/共80页第11页/共80页(1)正确地对研究对象进行受力分析，特别注意通电导体正确地对研究对象进行受力分析，特别注意通电导体受到安培力的方向与磁感应强度的方向垂直。受到安培力的方向与磁感应强度的方向垂直。(2)画出辅助图画出辅助图(如斜面如斜面)，标明辅助方向，标明辅助方向(如如B、I的方向的方向)是是画好受力图的关键。画好受力图的关键。(3)由于安培力、电流由于安培力、电流I、磁感应强度、磁感应强度B的方向之间涉及三的方向之间涉及三维空间，所以在受力分析时要善于把立体图转化为维空间，所以在受力分析时要善于把立体图转化为平面图。平面图。第12页/共80页第13页/共80页解析：解析：对导体棒进行受力分析，如图所示，受到竖直向对导体棒进行受力分析，如图所示，受到竖直向下的重力、竖直向上的支持力、与运动方向相反的摩擦下的重力、竖直向上的支持力、与运动方向相反的摩擦力，故要使导体棒匀速直线运动，则安培力需为动力，力，故要使导体棒匀速直线运动，则安培力需为动力，则设磁场方向与轨道平面成则设磁场方向与轨道平面成角向左斜向上，由左手定角向左斜向上，由左手定则可知安培力方向与磁场垂直斜向右上方，如图所示，则可知安培力方向与磁场垂直斜向右上方，如图所示，则则BIlsinFNFNBIlcosmg第14页/共80页答案：答案： C第15页/共80页第16页/共80页第17页/共80页第18页/共80页2双选双选 (2011浙江高考浙江高考)利用如图利用如图73 所示装置可以选择一定速度范围内的所示装置可以选择一定速度范围内的 带电粒子。图中板带电粒子。图中板 MN 上方是磁感应上方是磁感应强度大小为强度大小为 B、方向垂直纸面向里、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别的匀强磁场，板上有两条宽度分别 图图73为为 2d 和和 d 的缝，两缝近端相距为的缝，两缝近端相距为L。一群质量为。一群质量为 m、电荷量为电荷量为 q，具有不同速度的粒子从宽度为，具有不同速度的粒子从宽度为 2d 的缝垂的缝垂直于板直于板 MN 进入磁场，对于能够从宽度为进入磁场，对于能够从宽度为 d 的缝射出的缝射出的粒子，下列说法正确的是的粒子，下列说法正确的是 ()第19页/共80页第20页/共80页答案：答案：BC第21页/共80页第22页/共80页1.基本解题思路基本解题思路(1)要弄清是一个怎样的混合场，是磁场与电场的混合，是要弄清是一个怎样的混合场，是磁场与电场的混合，是磁场、重力场的混合，还是磁场、电场、重力场的混磁场、重力场的混合，还是磁场、电场、重力场的混合；合；(2)要正确地对带电粒子进行受力分析和运动过程分析；要正确地对带电粒子进行受力分析和运动过程分析；(3)选择合适的动力学方程进行求解。选择合适的动力学方程进行求解。第23页/共80页2运动情况分析运动情况分析带电粒子在混合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的带电粒子在混合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度，因此应把带电粒子的运动情合外力及其初始状态的速度，因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析。况和受力情况结合起来进行分析。(1)当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，做匀速直线运当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，做匀速直线运动动(如速度选择器如速度选择器)。(2)当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供当带电粒子所受的重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。动。第24页/共80页3受力分析及解题观点受力分析及解题观点(1)带电粒子在混合场中的运动问题是电磁学知识和力学知识带电粒子在混合场中的运动问题是电磁学知识和力学知识的结合，分析方法和力学问题的分析方法基本相同，不的结合，分析方法和力学问题的分析方法基本相同，不同之处是多了电场力、洛伦兹力。同之处是多了电场力、洛伦兹力。(2)带电粒子在混合场中的运动问题除了利用力学即动力学观带电粒子在混合场中的运动问题除了利用力学即动力学观点、能量观点来分析外，还要注意电场和磁场对带电粒点、能量观点来分析外，还要注意电场和磁场对带电粒子的作用特点，如电场力做功与路径无关，洛伦兹力方子的作用特点，如电场力做功与路径无关，洛伦兹力方向始终和运动速度方向垂直永不做功等。向始终和运动速度方向垂直永不做功等。第25页/共80页3双选双选(2011南京模拟南京模拟)某空间存在水平某空间存在水平 方向的匀强电场方向的匀强电场(图中未画出图中未画出)，带电小球，带电小球 沿如图沿如图74所示的直线斜向下由所示的直线斜向下由A点沿直点沿直 线向线向B点运动，此空间同时存在由点运动，此空间同时存在由A指向指向 图图74 B的匀强磁场，则下列说法正确的是的匀强磁场，则下列说法正确的是 ()A小球一定带正电小球一定带正电B小球可能做匀速直线运动小球可能做匀速直线运动C带电小球一定做匀加速直线运动带电小球一定做匀加速直线运动D运动过程中，小球的机械能增大运动过程中，小球的机械能增大第26页/共80页解析：解析：由于重力方向竖直向下，空间存在磁场，且直线由于重力方向竖直向下，空间存在磁场，且直线运动方向斜向下，与磁场方向相同，故不受磁场力作用，运动方向斜向下，与磁场方向相同，故不受磁场力作用，电场力必水平向右，但电场具体方向未知，故不能判断电场力必水平向右，但电场具体方向未知，故不能判断带电小球的电性，选项带电小球的电性，选项A错误；重力和电场力的合力不错误；重力和电场力的合力不为零，故不是匀速直线运动，所以选项为零，故不是匀速直线运动，所以选项B错误；因为重错误；因为重力与电场力的合力方向与运动方向相同，故小球一定做力与电场力的合力方向与运动方向相同，故小球一定做匀加速运动，选项匀加速运动，选项C正确；运动过程中由于电场力做正正确；运动过程中由于电场力做正功，故机械能增大，选项功，故机械能增大，选项D正确。正确。答案：答案：CD第27页/共80页第28页/共80页第29页/共80页命题视角命题视角1 如图如图75所示，有一个正方形的匀强磁场所示，有一个正方形的匀强磁场区域区域abcd，e是是ad的中点，的中点，f是是cd的中点，如果的中点，如果在在a点沿对角线方向以速度点沿对角线方向以速度v射入一带负电的粒射入一带负电的粒子，恰好从子，恰好从e点射出，则点射出，则 () 图图75A如果粒子的速度增大为原来的二倍，将从如果粒子的速度增大为原来的二倍，将从d点射出点射出B如果粒子的速度增大为原来的三倍，将从如果粒子的速度增大为原来的三倍，将从f点射出点射出C如果粒子的速度不变，磁场的磁感应强度变为原来的二如果粒子的速度不变，磁场的磁感应强度变为原来的二倍，也将从倍，也将从d点射出点射出D只改变粒子的速度使其分别从只改变粒子的速度使其分别从e、d、f点射出时，从点射出时，从e点点射射出所用时间最短出所用时间最短第30页/共80页第31页/共80页命题视角命题视角2 (2011新课标全国卷新课标全国卷)如图如图67，在区域，在区域(0 xd)和区域和区域 (d0)的粒子的粒子a于某时刻从于某时刻从y轴上的轴上的P点射入点射入 图图67区域区域，其速度方向沿，其速度方向沿x轴正向。已知轴正向。已知 a在离开区域在离开区域时，速时，速度方向与度方向与x轴正向的夹角为轴正向的夹角为30；此时，另一质量和电荷量均；此时，另一质量和电荷量均与与a相同的粒子相同的粒子b也从也从P点沿点沿x轴正向射入区域轴正向射入区域，其速度大小是，其速度大小是a的的1/3。不计重力和两粒子之间的相互作用力。求。不计重力和两粒子之间的相互作用力。求第32页/共80页(1)粒子粒子a射入区域射入区域时速度的大小；时速度的大小；(2)当当a离开区域离开区域时，时，a、b两粒子的两粒子的y坐标之差。坐标之差。第33页/共80页自主尝试自主尝试(1)设粒子设粒子a在在内做匀速圆周运动的圆心为内做匀速圆周运动的圆心为C(在在y轴上轴上)，半径为，半径为Ra1，粒子速率为，粒子速率为va，运动轨迹与两磁，运动轨迹与两磁场区域边界的交点为场区域边界的交点为P，如图。由洛伦兹力公式和牛顿第，如图。由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得二定律得第34页/共80页第35页/共80页第36页/共80页第37页/共80页第38页/共80页第39页/共80页冲关锦囊冲关锦囊处理该类问题常用的几个几何关系处理该类问题常用的几个几何关系(1)四个点：分别是入射点、出射点、轨迹圆心和入射速度四个点：分别是入射点、出射点、轨迹圆心和入射速度直直线与出射速度直线的交点。线与出射速度直线的交点。(2)六条线：两段轨迹半径，入射速度直线和出射速度直线，六条线：两段轨迹半径，入射速度直线和出射速度直线，入射点与出射点的连线，圆心与两条速度直线交点的连入射点与出射点的连线，圆心与两条速度直线交点的连线。前面四条边构成一个四边形，后面两条为对角线。线。前面四条边构成一个四边形，后面两条为对角线。(3)三个角：速度偏转角、圆心角、弦切角，其中偏转角等三个角：速度偏转角、圆心角、弦切角，其中偏转角等于于圆心角，也等于弦切角的两倍。圆心角，也等于弦切角的两倍。第40页/共80页第41页/共80页命题视角命题视角1 如图如图78所示，在所示，在xOy坐标系中有虚坐标系中有虚线线OA，OA与与x轴的夹角轴的夹角30，OA与与y轴之间的区域有垂直纸面向外的匀强磁场，轴之间的区域有垂直纸面向外的匀强磁场，OA与与x轴之间的区域有沿轴之间的区域有沿x轴正方向的匀轴正方向的匀 图图78强电场，已知匀强磁场的磁感应强度强电场，已知匀强磁场的磁感应强度B0.25 T，匀强电场，匀强电场的电场强度的电场强度E5105 N/C。现从。现从y轴上的轴上的P点沿与点沿与y轴正方轴正方向夹角向夹角60的方向以初速度的方向以初速度v05105 m/s射入一个质量射入一个质量m第42页/共80页第43页/共80页第44页/共80页第45页/共80页答案答案(1)0.2 m(3)1.19106s(3)x0.6 m第46页/共80页第47页/共80页(1)两金属板间所加电场的场强大小；两金属板间所加电场的场强大小；(2)匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度B的大小。的大小。第48页/共80页第49页/共80页第50页/共80页冲关锦囊冲关锦囊(1)根据区域和运动规律的不同，将粒子运动的过程划分为根据区域和运动规律的不同，将粒子运动的过程划分为 几个不同的阶段，对不同的阶段选取不同的规律处理。几个不同的阶段，对不同的阶段选取不同的规律处理。(2)联系粒子在不同阶段的运动的物理量是速度，因此确定联系粒子在不同阶段的运动的物理量是速度，因此确定带电粒子在场区边界的速度带电粒子在场区边界的速度(包括大小和方向包括大小和方向)是解决是解决该类问题的关键。该类问题的关键。第51页/共80页第52页/共80页第53页/共80页(1)带电粒子在带电粒子在xOy平面内做匀速直线运动的速度平面内做匀速直线运动的速度v0的大的大小和方向；小和方向；(2)带电粒子在带电粒子在xOy平面内做匀速圆周运动时电场强度的平面内做匀速圆周运动时电场强度的大小和方向；大小和方向；(3)若匀速圆周运动时恰好未离开第若匀速圆周运动时恰好未离开第象限，象限，x轴上入射轴上入射点点P应满足何条件？应满足何条件？第54页/共80页第55页/共80页第56页/共80页第57页/共80页整理并代入数据得整理并代入数据得R0.2 m由几何知识得由几何知识得OPRRsin60PQcos600.27 m即即x轴上入射点轴上入射点P离离O点距离至少为点距离至少为0.27 m。答案答案(1)2 m/s方向斜向上与方向斜向上与x轴夹角为轴夹角为60(2)1 N/C方向竖直向上方向竖直向上(3)P离离O的距离至少为的距离至少为0.27 m第58页/共80页第59页/共80页(1)小球运动到小球运动到O点时的速度大小；点时的速度大小；(2)悬线断裂前瞬间拉力的大小；悬线断裂前瞬间拉力的大小；(3)ON间的距离。间的距离。第60页/共80页第61页/共80页答案答案(1)2 m/s(2)8.2 N(3)3.2 m第62页/共80页冲关锦囊冲关锦囊处理带电体在复合场中的运动问题应注意以下几点处理带电体在复合场中的运动问题应注意以下几点(1)受力分析是基础，在受力分析时要注意题目的条件如重受力分析是基础，在受力分析时要注意题目的条件如重力力是否考虑等。是否考虑等。(2)运动分析是关键。在运动分析过程中要注意物体做直线运动分析是关键。在运动分析过程中要注意物体做直线运运动、曲线运动及圆周运动、类平抛运动的条件。比如不动、曲线运动及圆周运动、类平抛运动的条件。比如不计重力的带电粒子在电场和磁场中做直线运动时一定是计重力的带电粒子在电场和磁场中做直线运动时一定是匀速直线运动；在混合场内做匀速圆周运动时电场力与匀速直线运动；在混合场内做匀速圆周运动时电场力与重力的合力一定为零。重力的合力一定为零。第63页/共80页(3)根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方方程求解。程求解。(4)常用的物理规律有：共点力平衡条件、运动学公式、动常用的物理规律有：共点力平衡条件、运动学公式、动能能定理、能量守恒定律及功能关系等。定理、能量守恒定律及功能关系等。(5)常用方法有等效法、假设法、类比法等。常用方法有等效法、假设法、类比法等。第64页/共80页第65页/共80页命题视角命题视角1 如图如图715甲所示，竖直放置的金属板甲所示，竖直放置的金属板AB中间开有小孔，中间开有小孔，小孔的连线沿水平放置的金属板小孔的连线沿水平放置的金属板CD的中轴线。粒子源的中轴线。粒子源P可以连续地产生质量为可以连续地产生质量为m、电荷量为、电荷量为q的带正电粒子，粒子的带正电粒子，粒子以极小的初速度进入以极小的初速度进入A、B板间，其初速度忽略不计。粒子板间，其初速度忽略不计。粒子在在A、B板间被加速后，再进入板间被加速后，再进入C、D板间偏转，均能从此电板间偏转，均能从此电场中射出，且粒子射出偏转电场时速度方向的反向延长线场中射出，且粒子射出偏转电场时速度方向的反向延长线通过通过O点。点。第66页/共80页第67页/共80页图图715(1)求粒子离开偏转电场时，在垂直于板方向偏移的最大距离；求粒子离开偏转电场时，在垂直于板方向偏移的最大距离；(2)若所有粒子均不能从环形带磁场的右侧穿出，求环形带磁若所有粒子均不能从环形带磁场的右侧穿出，求环形带磁场的最小宽度。场的最小宽度。第68页/共80页第69页/共80页第70页/共80页第71页/共80页第72页/共80页命题视角命题视角2 水平放置的平行金属板水平放置的平行金属板M、N之间存在竖直向上的匀之间存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面的交变磁场强电场和垂直纸面的交变磁场(如图如图716甲所示，垂直纸甲所示，垂直纸面向里为正面向里为正)，磁感应强度，磁感应强度B0100 T。已知两板间距离。已知两板间距离d0.3 m，电场强度，电场强度E50 V/m，M板上有一小孔板上有一小孔P，在，在P正上方正上方h5 cm处的处的O点，一带电油滴自由下落，穿过小点，一带电油滴自由下落，穿过小孔后进入两板间，最后落在孔后进入两板间，最后落在N板上的板上的Q点如图乙所示。如点如图乙所示。如果油滴的质量果油滴的质量m104 kg，带电荷量，带电荷量|q|2105 C求：求：第73页/共80页图图716(1)在在P点的速度点的速度v为多少？为多少？(2)若油滴在若油滴在t0时刻进入两板间，最后恰好垂直向下落在时刻进入两板间，最后恰好垂直向下落在N板上的板上的Q点，油滴的电性及交变磁场的变化周期点，油滴的电性及交变磁场的变化周期T。(3)Q、O两点的水平距离。两点的水平距离。(不计空气阻力，重力加速度不计空气阻力，重力加速度g取取10 m/s2)第74页/共80页第75页/共80页第76页/共80页答案答案(1)1 m/s(2)正正0.05 s(3)0.3 m第77页/共80页冲关锦囊冲关锦囊 带电粒子在交变电场或磁场中运动情况比较复杂，其带电粒子在交变电场或磁场中运动情况比较复杂，其运动情况不仅与场变化的规律有关，还与粒子进入场的时运动情况不仅与场变化的规律有关，还与粒子进入场的时刻有关，一定要从粒子的受力情况入手，分析清楚粒子在刻有关，一定要从粒子的受力情况入手，分析清楚粒子在不同时间间隔内的运动情况。若交变电压的变化周期远大不同时间间隔内的运动情况。若交变电压的变化周期远大于粒子穿越电场的时间，则在粒子穿越电场过程中，电场于粒子穿越电场的时间，则在粒子穿越电场过程中，电场可作匀强电场处理。可作匀强电场处理。第78页/共80页点击下图进入点击下图进入第79页/共80页