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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载磁黑龙江省哈尔滨市第一零九中学20XX年高考物理二轮专题复习场教案一、基本概念1磁场的产生磁极四周有磁场；电流四周有磁场（奥斯特）；安培提出分子电流假说（又叫磁 荷的运动产生的；性起源假说） ,认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电变化的电场在四周空间产生磁场（麦克斯韦）；2磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用（对磁极肯定有力的作用；对电流可能有力的作用,当电流和磁感线平行时不受磁场力作用）；3磁感应强度BF（条件是 LB；在匀强磁场中或 L 很小；）s2 IL磁感应强度是矢量；单位是特斯拉,符号为T,1T=1N
2、/A m=1kg/A4磁感线 用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线；磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向,也就是在该点小磁针静止时N极的指向；磁感线的疏密表示磁场的强弱；磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）；要熟记常见的几种磁场的磁感线：+ N S 地磁场的特点：两极的磁感线垂直于地面；赤道上方的 条形磁铁磁感线平行于地面；除两极外,地球磁场磁感线的水平重量总是指向北方；南半球的磁感线的竖直重量向上,北半球的磁感线的竖直重量向下；通电直导线四周磁场通电环行导线四周磁场通电长直螺线管内部磁场 电流的磁场方向由安培定就（右手螺旋定就）确定：对直导线,四指指磁感线方向；对环行电流
3、, 大拇指指中心轴线上的磁感线方向；线方向；二、安培力（磁场对电流的作用力）1安培力方向的判定 用左手定就；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感名师归纳总结 用“ 同向电流相吸,反向电流相斥”（适用于两电流相互平行时）；可以把条形磁铁等第 1 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载效为长直螺线管（不要把长直螺线管等效为条形磁铁）；只要两导线不是相互垂直的,都可以用“ 同向电流相吸,反向电流相斥” 判定相互作用的磁场力的方向；当两导线相互垂直时,用左手定就分别判定每半根导线所受的安培力；例 1如下列图,可以自由移动的竖直导线中
4、通有向下的电流,不计通电N I S S F2 导线的重力,仅在磁场力作用下,导线将如何移动？解：先画出导线所在处的磁感线,上下两部分导线所受安培力的方向相反,N 使导线从左向右看顺时针转动；同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动（不要说成先转90o后平移）；分析的关键是画出相关的磁感线；F例 2条形磁铁放在粗糙水平面上,正中的正上方有一导线,通有图示方向的电流后,磁铁对水平面的压力将会_ _（增大、减小F1 仍是不变？） ；水平面对磁铁的摩擦力大小为_；F解：此题有多种分析方法；画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线（如图中下方的虚线所示）的合力竖直向上； 磁铁对水平面的压力减小,过
5、通电导线的那一条（如图中上方的虚线所示）,可看出两极受的磁场力 但不受摩擦力； 画出条形磁铁的磁感线中通,可看出导线受到的安培力竖直向下,因此条形磁铁受的反作用力竖直向上；把条形磁铁等效为通电螺线管,上方的电流是向里的,与通电导线中的电流是同向电流,所以相互吸引；例 3电视机显象管的偏转线圈示意图如右,即时电流方向如下列图；该时刻由里向外 射出的电子流将向哪个方向偏转？解：画出偏转线圈内侧的电流,是左半线圈靠电子流的一侧为向里,右半线圈靠电子 流的一侧为向外；电子流的等效电流方向是向里的,依据“ 同向电流相互吸引,反向电流 相互排斥” , 可判定电子流向左偏转；2安培力大小的运算 =0（不受安
6、培力）和 =90o两i F=BLIsin （ 为 B、L 间的夹角）高中要求会运算种情形；例 4如下列图,光滑导轨与水平面成 角,导轨宽L；金属杆长也为L ,质量为 m,水平放在导轨上；匀强磁场磁感应强度为B,方向垂直于金属杆；当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止； 求：B 至少多大？这时B 的方向如何？B 如保持B 的大小不变而将B 的方向改为竖直向上,应把回路总电流I 2 调到多大才能使金属杆保持静止？解：画出金属杆的截面图；由三角形定就可知,只有当安培力方向沿导轨平面对上时安培力才最小,B也最小；依据左手定就,这时B 应垂直于导轨平面对上,大小满意： BI 1L=mgsin ,B=mg
7、sin / I 1L；当 B 的方向改为竖直向上时,这时安培力的方向变为水平向右,沿导轨方向合力为零,得 BI2Lcos =mgsin ,I2=I1/cos ；解这类题时必需画出截面图,从平面图中弄清各矢量方向间的关系；例 5如下列图, 质量为 m的铜棒搭在U形导线框右端, 棒长和框宽均为L,磁B 感应强度为B 的匀强磁场方向竖直向下；电键闭合后,在磁场力作用下铜棒被平抛Q；出去,下落h 后落在水平面上,水平位移为s；求闭合电键后通过铜棒的电荷量解：闭合电键后的极短时间内,铜棒受安培力向右的冲量F t =mv0而被平抛出名师归纳总结 去,其中 F=BIL,而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量QQ=
8、I t ,由平抛规律可算铜h s 第 2 页,共 8 页棒离开导线框时的初速度v0ssg,最终可得msg；t2 hBL2 h- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载三、洛伦兹力 1洛伦兹力的大小 运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力,它是安培力的微观表现；运算公式的推导： 如下列图, 整个导线受到的磁场力 （安培力） 为 F安=BIL；F B F安其中 I=nesv ；设导线中共有N个自由电子N=nsL；每个电子受的磁场力为f ,就 F 安=Nf；由以上四式得f=qvB；条件是 v 与 B垂直；（v 与 B 平行时洛伦兹I 力为零；）2洛
9、伦兹力的方向在用左手定就时,四指必需指电流方向（不是速度方向）向；对负电荷,四指应指负电荷定向移动方向的反方向；,即正电荷定向移动的方例 6磁流体发电机原理图如右；等离子体高速从左向右喷射,两极板间有如图方向的 匀强磁场；该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？解：由左手定就,正、负离子受的洛伦兹力分别向上、向下；所以上极板为正；正、负极板间会产生电场；当刚进入的正负离子受的洛伦兹力与电+ + + + + R 场力等值反向时,达到最大电压：U=Bdv；当外电路断开时,这也就是电动势B E；当外电路接通时,极板上的电荷量减小,板间场强减小,洛伦兹力将大于电场力, 进入的正负离子又将发生偏转
10、；这时电动势仍是E=Bdv,但路端电压将小于 Bdv；留意：正负离 子速度方向相同时,在同一磁场中受洛伦兹力方向相反；无论外电路是否接通,电动势 Bdv保持不变；外电路接通时,电路中有电流,肯定有洛伦兹力大于电场力,因此两板间的路端电压将小于电动势 Bdv；留意对带电粒子偏转集合在极板上以后新产生的电场的分析；例 7半导体靠自由电子（带负电）和空穴（相当于带正电）导电,分为 p 型和 n型两种； p 型半导体中空穴为多数载流子；n 型半导体中自由电子为多数载流子；用以下试验可以判定一块半导体材料是 p 型仍是 n 型：将材料放在匀强磁场中,通以图示方向的电流 I ,用电压表比较上下两个表面的电
11、势高低,如上极板电势高,就是 p 型半导体； 如下极板电势高,就是 n 型半导体；试分析缘由；解：分别判定空穴和自由电子所受的洛伦兹力的方向,由于四指指电流I 方向,都向右,所以洛伦兹力方向都向上,它们都将向上偏转；p 型半导体中空穴多,上极板的电势高；留意：n 型半导体中自由电子多,上极板电势低；当电流方向相同时,正、负离子在同一个磁场中的所受的洛伦兹力方向相同,所以偏转方向相同；3洛伦兹力的应用有：带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时,洛伦兹力充当向心力,因此qvBmv 2 ,由此可以推导出该圆周运动的半径公式和周期公式：rm v,T2m；rBqBq留意：运算题中,必需先写出
12、原始方程,再写半径公式和周期公式；例 8如图直线 MN上方有磁感应强度为 B 的匀强磁场；正、负电子同时从同一点 O以与 MN成 30 角的同样速度 v 射入磁场（电子质量为 m,电荷为 e）,它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？（不考虑正、负电子间的相互作用）解：正负电子的半径和周期是相同的；只是偏转方向相反；先确定圆心,B v 名师归纳总结 M O 第 3 页,共 8 页 N - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载画出半径,由对称性知：射入、射出点和圆心恰好组成正三角形；所以两个射出点相距 2r ,由图仍看出经受时间相差2
13、T/3 ；O v L y v 由evBmv2 得轨道半径r 和周期 T分别为rmv,T2m,BeBer因此两个射出点相距s2mv,时间差为t4m；Be3Bq解题关键是画好示意图,画图中特殊留意找圆心、找半径和用对称；4带电粒子在匀强磁场中的偏转穿过矩形磁场区；要先画好帮助线 （半径、 速度及延长线） ；偏转角由 sin =L/ RR B 求出；侧移由R 2=L2- R-y2 解出；经受时间由tm得出；Bq留意,这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交点不再是宽度线段的中点,这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同！由穿过圆形磁场区；画好帮助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）；偏角可r v
14、 Ov tan2r求出；经受时间由tm得出；RBq留意：由对称性,射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心；例 9在真空中半径为r= 3.0 10-2m的圆形区域内；有磁感应强度B=0.20T ,方向B v b 垂直于纸面对外的匀强磁场；一带电粒子以速度v0=1.2 106m/s 的初速度,从圆的直O径 ab 的一个端点a 射入圆形区域；已知该带电粒子的荷质比为q/ m=10 8C/kg ,不计重a 力；就粒子在该圆形区域内运动的时间最长为_s,与此对应的在a 点入射时的速O 度方向与直径ab 的夹角应当是 _；解：先运算出带电粒子在该磁场中的轨道半径Rmv=6.0 10-2m=2r ,因此在磁Bq
15、场圆中的轨迹肯定是一段劣弧；在同圆中劣弧越长所对的弦也越长,而圆内最长的弦就是直径,因此该粒子应从b 点射出； 又由于 R=2r ,因此轨迹两端与圆心恰组成正三角形,偏转角为B 60o,时间是tT3m=5.2 10-8s；a 点入射时的速度方向与直径ab 的夹角是 30o；6Bq例 10一个质量为m电荷量为 q的带电粒子从 x 轴上的 P a,0 点以速度 v,沿与v y x 正方向成 60o的方向射入第一象限内的匀强磁场中,并恰好垂直于 y 轴射出第一象限；S 求匀强磁场的磁感应强度B和射出点 S的坐标；解：依据已知画出粒子在磁场中的运动轨迹,其圆心肯定在y 轴上,半径是rao,由qvBm
16、v 2 得rmv,因此B3mv；射出点 S 到原点 O的距Q cos30rqB2 aqO P x 离是 1.5 r,因此坐标为（0,3a）；四、带电粒子在混合场中的运动名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载+ + + + + + 1空间同时存在正交的匀强电场和匀强磁场；带电粒子（不计重力）必需正交的匀强磁场和匀强电场组成“ 速度挑选器”以唯独确定的速度（包括大小、 方向） 才能匀速 （或者说沿直线）通过速度挑选器；v 否就将发生偏转；这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平稳得出：qvB=Eq,vE；在本
17、图中,速度方向必需向右；B这个结论与带电粒子的电性、电量都无关；如速度小于该速度,电场力将大于洛伦兹力,粒子向电场力方向偏转,穿越混合场过程电场力做正功, 动能增大, 洛伦兹力也增大, 粒子的轨迹是一条复杂曲线；如大于该速度,粒子将向洛伦兹力方向偏转,穿越混合场过程电场力将做负功,动能减小, 洛伦兹力也减小,轨迹也是一条复杂曲线；例 11某带电粒子从图中速度挑选器左端由中点O以垂直于电场和磁场的O + + + + + + c v0 速度 v0 向右射去, 从右端中心a 下方的 b 点以速度 v1 射出；如增大磁感应强度B,该粒子将打到a 点上方的 c 点,且有 ac=ab,就该粒子带 _电；其
18、次次a b 射出时的速度为_；解： B 增大后向上偏,说明洛伦兹力向上,所以为带正电；由于洛伦兹力总不做功, 所以两次都是只有电场力做功,第一次为正功,其次次为负功,但功的肯定值相同,因此12 mv 112 mv 012 mv 012 mv 2,v22 2 v 02 v 122222带电粒子分别通过匀强电场和匀强磁场例 12如下列图,一个带电粒子两次以同样的垂直于场线的初速度v0v0 L E 分别穿越匀强电场区和匀强磁场区,场区的宽度均为L 偏转角度均为 ,求 E B解：分别利用带电粒子的偏角公式；在电场中偏转：B tanEqL,在磁场中偏转：sinLBq,由以上两式可得mv2 0mv 0Ev
19、 0；可以证明：当偏转角相同时,侧移不同（电场中侧移大）；当侧移相同时,偏Bcos转角不同（磁场中偏转角大）；3带电粒子依次在电场、磁场中做连续运动例 13如下列图, 在 xOy平面内的第象限中有沿- y 方向的匀强电场,场M v0 O y B x 强大小为 E；在第和第象限有匀强磁场,方向垂直于坐标平面对里；有一个P 质量为 m,电荷量为e 的电子,从y 轴的 P 点以初速度v0垂直于电场方向进入电场（不计重力） ,经电场偏转后,沿着与x 轴负方向成45o角进入磁场,并能返回到原动身点P；简要说明电子的运动情形,并画出电子运动轨迹的示意图；E 求 P点距坐标原点的距离；电子从P点动身经多长时
20、间再次返回P点？解：设OP=x,在电场中偏转45o,说明在M点进入磁场时的速率y 名师归纳总结 2 v0 M R OO B v0 N x E 第 5 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 是2v0,由动能定理知电场力做功学习必备欢迎下载xmv 0；由于这段时间内水平、竖Eex=1 mv 0 22,因此2 eE直方向平均速度之比为 21,因此 OM=2x；依据电子在磁场中做圆周运动轨道的对称性,从N点射出磁场时速度与 x 轴也成 45o,又恰好能回到 P 点,因此 ON=x；可知在磁场中做圆周运动的半径 R=1.5 2x；轨迹如右图中红线所示；
21、 P 点距坐标原点的距离为 mv 0；x2 eE电 子 在 第 象 限 的 平 抛 运 动 时 间t 1 2 x mv 0, 在 第 象 限 直 线 运 动 的 时 间v 0 eEt 32 2v x0 mv2 eE 0,在第、象限运动的时间是t 2 342 2v 0 R,而R 32 x2 34 2eE mv 0 2,带入得t 2 9 mv 0,因此 t=t 1+ t 2+ t 3=4 3 3 mv 0；8 eE 8 eE4带电微粒在重力、电场力、磁场力共同作用下的运动（电场、磁场均为匀强场）带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动；必定是电场力和重力平稳,而洛伦兹力充当向心力；例 14一个带电
22、微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动；就该带电微粒必定带_,旋转方向为 _；如已知圆半径为r,电场强度为E 磁感应强度为B,就线速度为 _；解：由于必需有电场力与重力平稳,所以必为负电；由左手定就得逆时针转动；再由Eqmg 和rmv得vBrgBqE带电微粒在三种场共存区域中做直线运动；当其速度始终平行于磁场时,不受洛伦兹力, 因此可能做匀速运动也可能做匀变速运动；当带其速度垂直于磁场时,只能做匀速运动；例 15如下列图,空间某一区域内同时存在竖直向下的匀强电场、垂直纸面对里的匀强磁场；带电微粒 a、b、c 所带电荷电性和电量都相同, 以相同的速率在此空间分a c B b
23、 别向右、向左、向里做匀速运动； 有以下判定： 它们都带负电； 它们都带正电；b的质量最大； a 的质量最大；以上判定正确选项A B C DE 解： 由 c 知电性必需为负；在竖直方向它们所受合力都为零,其中电场力方向都向上,大小也相等,但a 受的洛伦兹力向下,b 受的洛伦兹力向上,c 不受洛伦 兹力,而重力向下,因此b 的重力最大,质量最大；选A；五、质谱仪加速器1质谱仪下图的两种装置都可以用来测定带电粒子的荷质比,质量；或者在已知电量的情形下测定粒子名师归纳总结 带电粒子质量m,电荷量 q,由电压 U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀M NU O B 第 6 页,共 8 页- - - - -
24、 - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载强磁场,测得在该磁场中做圆周运动的轨道半径为 r ,就有：qU1 mv 22,qvBmv 2 ,可得q2 U2EOB1 mB2rr带电粒子质量m,电荷量 q,以某一速度恰好能沿直线穿过速度挑选器（电场强度E,磁感应强度B1）,垂直进入磁感应强度为B2 的匀强磁场；测得在该磁场中做圆周运动的轨道M N半径为 r ,就有： qE=qvB1,qvB22 m v,可得：qEB2 rmB 1B 2rB / A2回旋加速器利用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关的特 点,可以作成回旋加速器；在 AA和 A /A
25、/ 间加交变电压, 其周期与粒子运动周期相A/ 同；带电粒子在两个D形金属盒之间运动时,被电场加速；在D形金属盒内运动A0 时,由于 D形金属盒可以屏蔽电场,因此带电粒子只受洛伦兹力作用而作匀速圆A A 周运动； D形金属 盒的半径与粒子的最大动能对应；用此装置可以将质子加速到约 20MeV；B 例 16在高能物理讨论中,粒子回旋加速器起着重要作用,下左图为它的示意图； 它由两个铝制的D形盒组成, 两个 D形盒正中间开有一条狭缝；两个 D形盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压；右图为俯视图, 在 D形盒上半面中心S处有已正离子源, 它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入D形盒中； 在磁场力的作用
26、下运动半周,再经狭缝电压加速；如此周而复始,最终到达D形盒的边缘,获得最大速度,由导出装置导出；已知正B S 离子电荷量为q,质量为 m,加速时电极间电压大小为U,磁场的磁感应强度为B,D形盒的半径为R；每次加速的时间极短,可忽B 略不计；正离子从离子源动身时的初速度为零；为了使正离子 每经过狭缝都被加速,求交变电压的频率；求离子能获得的最大动能；求离子第1 次与第 n 次在下半盒中运动的轨道半径之比； 解：交变电压的周期跟离子在磁场中做圆周运动的周期相同：T2m,因此qBfqB；2m由半径公式rmv知,半径越大,当半径为R时动能最大：E kmp2q2B2R2；qB2 m2m从静止开头运动到第
27、n 次在下半盒中运动,肯定是经过 （2n-1 ）次加速,因此第1 次与第n 次在下半盒中运动时动能之比为1（ 2n-1 ）,因此半径之比为r 11；r n2 n13直线加速器；名师归纳总结 如下列图,质子源和2、4、6 金属圆筒接交变电源上端,1、3、5 金属圆筒接第 7 页,共 8 页交变电源下端；质子从质子源由静止动身,被源、1 间的电场加速后进入1 圆筒内（筒把电场屏蔽,质子在筒内做匀速运动）出1 筒后交变电源极性恰好转变,于是质子在1、2 筒间- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载再次加速 ； 由于质子在金属圆筒内作匀速运动的速度越来越大,因此圆筒要求越来越长；名师归纳总结 1 2 3 4 5 6 第 8 页,共 8 页- - - - - - -