高考物理冲刺专题复习课件 第11单元-磁场（大纲版）

欢迎进入物理课堂 第十一单元磁场 第十一单元 知识框架 第十一单元 知识框架 第十一单元 考纲展示 第十一单元 命题趋势 本单元是高考的重点与热点内容 其中带电粒子在复合场中的运动问题 年年必考 本单元命题通常是在磁场 电场与重力场构成的复合场中 将运动学规律 牛顿运动定律 圆周运动规律与功能关系等考点综合 以计算题 选择题的形式出现 如果是计算题 往往难度较大 需要考生具有较强的空间想象能力和扎实的数学功底 另外 高考对本单元的考查十分注重知识的实际应用 例如速度选择器 质谱仪 回旋加速器 磁流体发电机 电磁流量计 磁谱仪 霍尔效应等 第十一单元 复习策略 1 本单元首先复习磁体与电流的磁场 然后复习磁场的两个描述量 磁感应强度 磁通量 两种作用力 安培力 洛伦兹力 及三个应用 磁电式电流表 质谱仪 回旋加速器 2 复习时应注意突破下列重点或难点 1 熟记常见磁体和电流的磁场的空间分布特征 要能确定各磁场的方向 并且要熟悉其强弱分布 会画出这些磁场的平面图与立体图 其中的重点是 匀强磁场 通电螺线管的磁场 直线电流的磁场 第十一单元 复习策略 2 会分析安培力 洛伦兹力的大小与方向 掌握洛伦兹力做功的特点 会利用牛顿第二定律 动量定理 动能定理等解答有关带电粒子的复杂运动问题 3 掌握涉及安培力的力电综合题的处理方法 平衡问题 变速运动问题 实际应用问题等 4 掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的处理方法 包括画运动轨迹 在有界磁场中的运动 在圆形磁场区域的运动 带电粒子运动范围的确定 极值的求解等 5 熟记带电粒子在场中运动的常见模型 掌握带电粒子在组合场 复合场中运动的处理方法 6 知道磁电式电表 质谱仪 回旋加速器的结构与原理 第十一单元 使用建议 1 本单元涉及的内容包括五个概念 磁感应强度 磁感线 磁通量 安培力 洛伦兹力 两个定则 安培定则和左手定则 其中 磁感应强度 磁通量是电磁学的基本概念 应认真理解 通电导体在磁场中的平衡 带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动等问题要熟练掌握 由于安培力 洛伦兹力的方向与磁场 电流方向 或电荷运动方向 之间存在复杂的空间关系 要求考生具有较强的空间想象能力及对物理过程和物理规律的综合分析能力 要能够看懂立体示意图 能画出平面图并借助几何图形进行分析和计算 其中带电粒子在磁场或复合场中的运动问题既是高考的热点也是难点 需要重点突破 2 课时安排本单元建议安排8课时 第44讲 第45讲各2课时 第46讲3课时 单元训练1课时 第44讲 磁场 安培力 第44讲磁场 安培力 第44讲 编读互动 1 高考对本讲的考查主要集中在安培力的综合应用上 它综合了电路 能量守恒 牛顿运动定律 运动学规律等知识 以选择题或计算题的形式出现 此外 在近年高考题中 出现较多的是对电流的磁场 安培定则 物理学史的考查 在复习时 要求学生要熟记七种磁场 条形磁铁 蹄形磁铁的磁场 地磁场 匀强磁场 通电直导线 环形电流 通电螺线管的磁场 的空间分布 能画出它们的磁感线的平面图和立体图 能通过多种途径分析安培力的方向 能用力学规律 电学规律分析处理有关安培力的三大问题 平衡问题 匀变速运动问题 电荷流量问题 第44讲 编读互动 2 本讲例题分类安排思路 1 磁场及其描述 2 安培力及通电导体在磁场中的受力分析 3 涉及安培力的力学综合题 3 本讲建议课时安排第一课时 磁场与磁感应强度 安培力的分析 通电直导线在磁场中的平衡 第二课时 安培力的综合运用 运用动量定理求导体通过的电量 安培力在实际生活中的运用 磁电式电流表 第44讲 考点整合 N 第44讲 考点整合 BS 强弱 方向 切线 N 强弱 外部 内部 第44讲 考点整合 3 特殊磁场 1 地磁场的特点 不考虑磁偏角的影响 地磁场的N极对应地理南极 S极对应地理北极 地磁场中B的 分量总是从地球的南极指向北极 而 分量则南北相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 在赤道平面上 距离地球表面相等的各点 磁感应强度相等 且方向水平向北 2 匀强磁场的特点 磁感应强度处处相同 磁感线平行等距同向 3 电流的磁场 可用 定则 手螺旋定则 判断磁场方向 水平 竖直 安培 右 第44讲 考点整合 二 安培力1 方向 既垂直于磁场方向 又垂直于电流方向 可用 手定则判断安培力的方向 2 大小 F 为B L间的夹角 若通电导线垂直于磁场方向时 则F 最大 若通电导线与磁场方向平行时 F 3 微观原因 导体内大量定向移动的电荷受 力的宏观表现 4 应用 磁电式电流表 原理 通电线圈在均匀辐向分布的磁场中受到磁力矩的作用而转动 当 产生的阻力矩与之平衡时线圈停止转动 通过偏转的 与 就可显示电流的大小与方向 特点 高 均匀 量程很 左 BILsin BIL 0 洛伦兹 螺旋弹簧 角度 偏向 灵敏度 刻度 小 探究点一磁场及其描述 第44讲 要点探究 一 常见磁体磁场分布规律 第44讲 要点探究 第44讲 要点探究 第44讲 要点探究 第44讲 要点探究 例1如图44 1所示 a b c三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方 管内和右侧 当开关闭合 这些小磁针静止时 小磁针N极的指向是 A a b c均向左B a b c均向右C a向左 b向右 c向右D a向右 b向左 c向右 C 第44讲 要点探究 解析 由安培定则可以判断 通电螺线管的右端为N极 左端为S极 因磁体的外部的磁场是从N极指向S极 同时 任意一点的磁场方向就是该点的磁感线的切线方向 也是静止的小磁针在该点的N极指向 因a处的磁场方向是向左的 故小磁针a的N极的指向也向左 同理可得小磁针c的N极的指向向右 因磁体的内部的磁场是从S极指向N极 小磁针b的N极的指向是向右 第44讲 要点探究 点评 在磁场中任意一点 存在方向的三统一 即任意一点的磁场方向就是该点的磁感线的切线方向 也是静止在该处的小磁针N极的指向 命题意图 考查螺线管的磁场分布情况 通过本题要求学生掌握利用小磁针探究磁场方向的方法 第44讲 要点探究 变式题关于磁感线的概念和性质 下列说法中正确的是 A 磁场中任意两条磁感线可能相交B 磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强度的方向C 铁屑在磁场中分布所形成的曲线就是磁感线D 磁感线总是从磁体N极出发指向磁体的S极 B 第44讲 要点探究 解析 由磁感线的性质可知 磁感线是闭合的假想曲线 在磁体的外部磁感线由磁体的N极指向S极 而在磁体的内部磁感线由S极指向N极 第44讲 要点探究 探究点二安培力及通电导体在磁场中的受力分析 第44讲 要点探究 第44讲 要点探究 二 判断通电导体 或磁体 在安培力作用下的运动的常用方法 第44讲 要点探究 例2 2010 上海卷 如图44 3所示 水平桌面上放置一根条形磁铁 磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线 并与磁铁垂直 当直导线中通入图中所示方向的电流时 可以判断出 A 弹簧的拉力增大 条形磁铁对桌面的压力减小B 弹簧的拉力减小 条形磁铁对桌面的压力减小C 弹簧的拉力增大 条形磁铁对桌面的压力增大D 弹簧的拉力减小 条形磁铁对桌面的压力增大 A 第44讲 要点探究 解析 本题考查左手定则的应用 属较易题 A项 当直导线中通入图中所示方向的电流时 由左手定则 直导线受到向下的安培力 弹簧的拉力增大 力的作用是相互的 条形磁铁受到向上的引力 条形磁铁对桌面的压力减小 A对 其余错 第44讲 要点探究 点评 本题研究的是条形磁铁的受力情况 虽然不能直接求得通电导线对条形磁铁的作用力 但是可以求该力的反作用力 条形磁铁对通电导线的安培力 则问题得解 命题意图 通过本题意在引导学生强化以下意识 1 转换思想的应用 当不能直接求某个力时 可考虑求其反作用力来实现 2 安培力是一种性质力 和其他力一样 分析物体受力时不能丢掉安培力 第44讲 要点探究 A 第44讲 要点探究 第44讲 要点探究 探究点三涉及安培力的力学综合题 涉及安培力的力学综合题主要是以下两种形式 一 安培力与动力学知识的综合问题1 通电导体在磁场 重力场中的平衡与加速问题的处理方法和纯力学问题一样 只是多了一个安培力而已 2 解决这类问题的关键点 1 受力分析时要注意准确找出安培力的方向 安培力方向既与磁感应强度方向垂直又与电流方向垂直 2 画出导体受力平面图 往往是侧视图 3 主要涉及考点 全电路欧姆定律 安培力计算公式F BIL 物体平衡条件 牛顿第二定律 第44讲 要点探究 二 安培力与动量 能量知识相结合的综合问题安培力作为通电导线所受的一种外力 与其他力一起产生了通电导体在磁场中的平衡 加速及做功问题 这类问题与力学知识联系很紧 解题时 把安培力等同于重力 弹力 摩擦力等性质力 即安培力可以做功 安培力也可以有冲量等 第44讲 要点探究 例3如图44 5所示 金属棒ab的质量m 0 005kg 放在宽度为L 1 0m摩擦力不计的两根水平平行的金属导轨上 磁感应强度B 0 5T 方向竖直向上 电容C 200 F 电源电动势E 16V 导轨离地面的高度h 0 8m 单刀双掷开关先掷到1 然后掷到2 金属棒ab被抛到地面上 落地点距抛出点的距离s 0 064m 问电容两端的电压还有多大 第44讲 要点探究 第44讲 要点探究 点评 本题为涉及安培力的力电综合题 涉及的主要考点有电容器 平抛运动 安培力的计算 动量定理等 其中通过动量定理得到安培力的冲量和电量的关系是解决本题的关键 命题意图 通过本题意在给学生两方面信息 第一 涉及安培力的力电综合题实质与前面纯力学问题的基本方法 规律是一样的 只不过多了安培力而已 所以对此类问题首先要树立必胜的信心 第二 要记住一些典型的思路和技巧 例如本题中通过动量定理对安培力的冲量和电量的关系的建立就是一个经常使用的技巧 第44讲 要点探究 变式题如图44 6所示 水平光滑的金属框架上左端连接一个电阻R 有一金属杆在外力F的作用下沿框架向右由静止开始做匀加速直线运动 匀强磁场方向竖直向下 框架与金属杆的电阻不计并接触良好 则能反映外力F随时间t变化规律的图象是 B 第44讲 要点探究 第44讲 要点探究 第45讲 磁场对运动电荷的作用 第45讲磁场对运动电荷的作用 第45讲 编读互动 第45讲 编读互动 第45讲 考点整合 磁场 运动 左 Bqv 大小 方向 第45讲 考点整合 2 90 第45讲 考点整合 探究点一带电粒子在磁场中轨迹 圆心 半径 运动时间的确定 第45讲 要点探究 1 圆心的确定 1 已知入射方向和出射方向时 可通过入射点和出射点分别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道的圆心 如图45 1所示 图中P为入射点 M为出射点 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 例1在某平面上有一半径为R的圆形区域 区域内外均有垂直于该平面的匀强磁场 圆外磁场范围足够大 已知两部分磁场方向相反且磁感应强度都为B 方向如图45 4所示 现在圆形区域的边界上的A点有一个电荷量为q 质量为m的带电粒子以沿半径且垂直于磁场方向向圆外的速度经过该圆形边界 已知该粒子只受到磁场对它的作用力 1 若粒子经过一系列圆周运动绕O点旋转一周时恰好能回到A点 试求 粒子运动速度v的可能值 2 在粒子恰能回到A点的情况下 求该粒子回到A点所需的最短时间 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 点评 本题考查带电粒子在磁场中的圆周运动 涉及多解问题 对于多解问题的分析关键是分析清楚造成多解的原因 主要包括以下四个方面 1 带电粒子电性不确定形成多解 带电粒子可能带正电荷 也可能带负电荷 在相同的初速度下 正负粒子在磁场中运动轨迹不同 导致双解 2 磁场方向不确定形成多解 若只告知磁感应强度大小 而未说明磁感应强度方向 则应考虑因磁场方向不确定而导致的多解 第45讲 要点探究 3 临界状态不唯一形成多解 带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时 它可能穿过去 也可能偏转180 从入射界面这边反向飞出 4 运动的重复性形成多解 如带电粒子在部分是电场 部分是磁场的空间运动时 往往具有往复性 因而形成多解 命题意图 本题意在巩固学生对于带电粒子在磁场中做圆周运动的基本解题方法和技巧 并强化学生对于此类问题往往具有多解性的意识 培养学生全面细致分析物理问题的能力 第45讲 要点探究 变式题 2010 宁夏卷 如图45 5所示 在0 x a 0 y 范围内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场 磁感应强度大小为B 坐标原点O处有一个粒子源 在某时刻发射大量质量为m 电荷量为q的带正电粒子 它们的速度大小相同 速度方向均在xOy平面内 与y轴正方向的夹角分布在0 90 范围内 已知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于到a之间 从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一 求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的 1 速度的大小 2 速度方向与y轴正方向夹角的正弦 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 探究点二带电粒子在磁场中的一般运动 对带电体在洛伦兹力作用下一般运动问题的分析思路 1 确定对象 并对其进行受力分析 2 根据物体受力情况和运动情况确定每一个运动过程所适用的规律 力学规律均适用 总之解决这类问题的方法与纯力学问题一样 只是多了一个洛伦兹力 同时要特别注意 1 洛伦兹力不做功 在应用动能定理 能量守恒定律时要尤其注意这一点 2 洛伦兹力可能是恒力也可能是变力 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 点评 通过本题可以看到 1 在解决带电粒子在磁场中运动的力学问题时 对粒子进行受力分析 运动情况分析是关键 2 根据力学特征 选用相应的力学规律求解 但由于洛伦兹力与速度有关 要注意动态分析 命题意图 本题意在强化学生以下解题意识和技巧 1 洛伦兹力是一种性质力 要做好包括洛伦兹力在内的受力分析 2 注意洛伦兹力不做功的特点 3 涉及存在束缚条件的带电粒子在磁场中的变速运动要有动态分析的意识 第45讲 要点探究 变式题如图45 7所示 质量为m的带正电小球 电荷量为q 小球中间有一孔套在足够长的绝缘细杆上 杆与水平方向成 角 与球的动摩擦因数为 此装置放在沿水平方向 磁感应强度为B的匀强磁场中 若从高处将小球无初速度释放 小球在下滑过程中加速度的最大值为 运动速度的最大值为 gsin 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 探究点三带电粒子在磁场中圆周运动的科技应用 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 点评 弄清回旋加速器的原理及相关物理量的关系是解答本题的关键 在回旋加速器中运动的粒子尽管速度发生变化 但运动的周期不改变 利用回旋加速器D形盒的半径可以得出粒子获得的最大速度或最大动能 而最大动能又与加速的次数有关 加速的次数又和总运动的时间及运动的周期有关 命题意图 本题主要考查带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动在科技中的应用 要求学生必须理解好相关原理 第45讲 要点探究 D 第45讲 要点探究 第45讲 要点探究 A 质子在环形加速器中运动时 轨道所处位置的磁场会逐渐减小B 质子在环形加速器中运动时 轨道所处位置的磁场始终保持不变C 质子在对撞轨道中运动时 轨道所处位置的磁场会逐渐减小D 质子在对撞轨道中运动时 轨道所处位置的磁场始终保持不变 第45讲 要点探究 第45讲 备用习题 BD 第45讲 备用习题 第46讲 带电粒子在复合场中的运动 第46讲带电粒子在复合场中的运动 第46讲 编读互动 1 本讲内容为高考热点 常以计算题 选择题的形式出现 侧重于考查带电粒子在磁场 电场 重力场及三场所形成的组合场或复合场中的运动 有时以实际应用为载体 有时以多过程为特点 将三种场对应的典型运动 运动学规律 圆周运动规律 动能定理 功能原理等有机地结合起来 难度较大 这类考题能很好地考查考生的综合分析能力 空间想象能力 运用数学工具解决物理问题的能力 所以 复习本讲时要求学生应引起足够重视 解题时 应分清三种场力在大小 方向 做功特点及对应的典型运动上的区别 掌握带电粒子在各类场中的运动性质及常用规律 会分阶段划分组合场 能从复合场中抽象出常见的运动模型 会解答带电粒子的约束型直线运动的问题 会用动能定理或功能关系分析带电粒子的复杂运动 第46讲 编读互动 2 本讲例题分类安排思路 1 带电粒子在组合场中的运动 2 带电粒子在复合场中的运动 3 涉及带电粒子在复合场中运动的科技应用 3 本讲建议课时安排第一课时 带电粒子在组合场中的运动 第二课时 用动力学观点 功能观点分析带电粒子在复合场中的运动 第三课时 带电粒子在复合场中运动的实际应用 第46讲 考点整合 第46讲 考点整合 第46讲 考点整合 2 复合场 由两种或多种单场复合而成的空间 其特点是在同一空间存在两种或多种场 解题分成三类情况 利用复合场模型求解 利用平衡条件 牛顿第二定律等力学规律求解 利用动能定理或能量关系求解 3 带电粒子在复合场中的运动过程的分析 因带电粒子的速度变化 导致洛伦兹力的变化 致使合外力 加速度 速度 洛伦兹力等连锁变化 往往最终有 当加速度为0时 速度取最大值 带电粒子做匀速直线运动 探究点一带电粒子在组合场中的运动 第46讲 要点探究 组合场是由两个以上单场组合拼接而成的区域 则带电粒子在组合场中的整个运动过程也是由带电粒子在各个单场中运动过程的组合 所以分析此类问题的关键主要表现在两个方面 其一 要能准确分析带电粒子在各个单场中的受力情况和运动情况 有时还要涉及能量观点 其二 要特别注意带电粒子在各单场交界处的运动状态 主要是速度大小和方向 这是带电粒子在两个场中运动的衔接点 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 点评 带电粒子在组合场中的问题在高考中经常出现 应引起足够重视 这类问题的关键是对带电粒子的运动进行正确分析 绘出运动的轨迹示意图 再利用对应的单场模型进行处理并求出未知量 命题意图 本题主要考查带电粒子在电场中的偏转和在磁场中的匀速圆周运动 带电粒子在电场中的偏转并不困难 对带电粒子在磁场中的匀速圆周运动的分析 关键是找出带电粒子做圆周运动的圆心 尤其圆心不在常规点时对考生运用数学知识解决问题的能力要求较高 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 探究点二带电粒子在复合场中的运动 1 带电粒子在复合场中运动的基本分析 1 当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时 粒子将做匀速直线运动或静止 2 当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时 粒子将做变速直线运动 3 当带电粒子所受的合外力充当向心力时 粒子将做匀速圆周运动 4 当带电粒子所受的合外力的大小 方向均是不断变化的时 粒子将做变加速运动 这类问题一般只能用能量关系处理 第46讲 要点探究 2 研究带电粒子在复合场中的运动要正确地对带电粒子进行受力分析 第一 画出粒子的运动轨迹 第二 在不同的阶段 对粒子进行受力分析 根据力的独立作用原理 每个力都会在各自方向上独立地产生加速度 然后根据运动的合成和分解法则 由各个分运动的特点及其与合运动的关系入手 第三 根据从外力做功和电荷能量变化的关系入手求解 洛伦兹力永不做功 重力做功与路径无关 只取决于始末位置的高度差 电场力做功也与路径无关 只取决于始末位置的电势差 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 命题意图 本题意在强化学生以下几方面意识 1 带电粒子的运动规律遵从动力学基本规律 带电粒子做匀速直线运动则必须满足合外力为零 做匀速圆周运动时必须是其他场力的合力平衡 而粒子所受洛伦兹力提供其圆周运动的向心力 这是在此类问题中常用的基本规律 也往往是解题的突破口 2 强化学生分析此类问题规范画图的能力 第46讲 要点探究 D 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 探究点三涉及带电粒子在复合场中运动的科技应用 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 点评 本题主要是带电粒子在复合场中综合应用的考查 包括科技应用及常规问题 如边界问题 的考查 综合性较强 命题意图 本题意在提高学生两方面能力 其一 速度选择器结论的应用 其二 带电粒子在磁场中圆周运动临界问题分析 注意 切点 往往是临界点 第46讲 要点探究 BD 第46讲 要点探究 第46讲 要点探究 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全