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1、物理选修成才之路课件磁场章末第1页，共36页，编辑于2022年，星期日第2页，共36页，编辑于2022年，星期日第3页，共36页，编辑于2022年，星期日1判断安培力作用下通电导体和通电线圈运动方向判断安培力作用下通电导体和通电线圈运动方向(1)电电流流元元法法：即即把把整整段段电电流流等等效效为为多多段段直直线线电电流流元元，先先用用左左手手定定则则判判断断出出每每小小段段电电流流元元所所受受安安培培力力的的方方向向，从从而而判断出整段判断出整段电电流所受合力的方向，最后确定运流所受合力的方向，最后确定运动动方向方向(2)特特殊殊位位置置法法：把把电电流流或或磁磁铁铁转转到到一一个个便便于于
2、分分析析的的特特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动动方向方向第4页，共36页，编辑于2022年，星期日(3)等等效效法法：环环形形电电流流和和通通电电螺螺线线管管都都可可以以等等效效成成条条形形磁磁铁铁，条条形形磁磁铁铁也也可可等等效效成成环环形形电电流流或或通通电电螺螺线线管管，通通电电螺螺线线管也可以等效成很多匝的管也可以等效成很多匝的环环形形电电流来分析流来分析(4)利利用用结结论论法法：两两电电流流相相互互平平行行时时无无转转动动趋趋势势，同同向向电电流流相相互互吸吸引引，反反向向电电流流相相互互排排斥斥；两两电电流流不不平平行行时时，有有转转动
3、动到到相相互互平平行行且且电电流流方方向向相相同同的的趋趋势势，利利用用这这些些结结论论分分析，可以事半功倍析，可以事半功倍第5页，共36页，编辑于2022年，星期日2安培力的计算安培力的计算当当通通电电导导线线与与磁磁场场垂垂直直时时，安安培培力力FILB，当当I B时时，安培力安培力F0.安安培培力力可可以以使使通通电电导导体体静静止止、运运动动或或转转动动，安安培培力力还还可可以以做做功功，解解题题的的基基本本思思路路和和力力学学问问题题一一样样，先先取取研研究究对对象象进进行行受受力力分分析析，然然后后根根据据题题中中条条件件，运运用用平平衡衡条条件件、牛牛顿顿定定律律等规律列式求解等
4、规律列式求解第6页，共36页，编辑于2022年，星期日3带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动(1)圆圆心心的的确确定定：洛洛伦伦兹兹力力F指指向向圆圆心心，F和和v垂垂直直，为为确定圆心位置提供了依据确定圆心位置提供了依据(2)半半径径的的确确定定和和计计算算方方法法：一一方方面面由由磁磁场场边边界界条条件件和和几几何何关关系系可可确确定定半半径径的的大大小小，另另一一方方面面由由洛洛伦伦兹兹力力提提供供向向心心力可得力可得r.(3)周周期期和和时时间间的的确确定定：周周期期公公式式为为T，已已知知带带电电粒子在磁场中运动的圆心角粒子在磁场中运动的圆心角(弧度弧度)，则，则tT
5、.第7页，共36页，编辑于2022年，星期日4带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动(1)电电子子、质质子子、粒粒子子、离离子子等等微微观观粒粒子子在在复复合合场场中中运运动动时时，一一般般都都不不计计重重力力，但但质质量量较较大大的的质质点点(如如带带电电尘尘粒粒)在在复合场中运动时，不能忽略重力复合场中运动时，不能忽略重力第8页，共36页，编辑于2022年，星期日(2)带电带电粒子在复合粒子在复合场场中运中运动动的的处处理方法理方法正正确确分分析析带带电电粒粒子子的的受受力力及及运运动动特特征征是是解解决决问问题题的的前前提提灵活灵活选选用力学用力学规规律是解决律是解决问题问题的
6、关的关键键当当带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中做做匀匀速速运运动动时时，应应根根据据平平衡衡条条件件列方程求解列方程求解当当带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中做做匀匀速速圆圆周周运运动动时时，往往往往同同时时应应用牛用牛顿顿第二定律和平衡条件列方程第二定律和平衡条件列方程联联立求解立求解当当带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中做做非非匀匀速速曲曲线线运运动动时时，应应选选用用动动能定理或能量守恒定律列方程求解能定理或能量守恒定律列方程求解第9页，共36页，编辑于2022年，星期日本本章章是是高高考考的的热热点点，也也是是难难点点，在在历历年年高高考考试试卷卷中中多多次次涉涉及及本本章章知
7、知识识，且且本本章章知知识识与与科科技技应应用用联联系系紧紧密密，在在生生活活、生生产产中中常常有有体体现现，考考题题载载体体较较新新由由于于安安培培力力、洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向与与磁磁场场、电电流流方方向向及及电电荷荷运运动动方方向向之之间间存存在在着着较较复复杂杂的的空空间间方方位位关关系系，要要求求考考生生具具有有较较强强的的空空间间想想象象能能力力及及对对物物理理过过程程和和物物理理规规律律的的综综合合分分析析能能力力，能能够够看看懂懂有有关关的的立立体体示示意意图图，并并借借助助于于几几何何图图形形进进行行物物理理、数数学学方方面面的的分分析析推推理理本本章章知知识识单单独独考
8、考查查多多以以选选择择题题、填填空空题题出出现现，但但应应用用知知识识多多以以解答解答题题出出现现，难难度度较较大在学大在学习习中，我中，我们应们应多加努力多加努力第10页，共36页，编辑于2022年，星期日 1(2009北北京京)如如图图所所示示的的虚虚线线区区域域内内，充充满满垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场和和竖竖直直向向下下的的匀匀强强电电场场一一带带电电粒粒子子a(不不计计重重力力)以以一一定定的的初初速速度度由由左左边边界界的的O点点射射入入磁磁场场、电电场场区区域域，恰恰好好沿沿直直线线由由区区域域右右边边界界的的O点点(图图中中未未标标出出)穿穿出出若若撤撤去去
9、该该区区域域的的磁磁场场而而保保留留电电场场不不变变，另另一一个个同同样样的的粒粒子子b(不不计计重重力力)仍仍以以相相同同的的初初速速度度由由O点点射入，从区域右射入，从区域右边边界穿出，界穿出，则则粒子粒子b()第11页，共36页，编辑于2022年，星期日A穿出位置一定在穿出位置一定在O点下方点下方B穿出位置一定在穿出位置一定在O点上方点上方C运运动时动时，在，在电场电场中的中的电势电势能一定减小能一定减小D在在电场电场中运中运动时动时，动动能一定减小能一定减小第12页，共36页，编辑于2022年，星期日解解析析：最最初初时时刻刻粒粒子子所所受受洛洛伦伦兹兹力力与与电电场场力力方方向向相相
10、反反，若若qEqvB，则则洛洛伦伦兹兹力力将将随随着着粒粒子子速速度度方方向向和和大大小小的的不不断断改改变变而而改改变变粒粒子子所所受受电电场场力力qE和和洛洛伦伦兹兹力力qvB的的合合力力不不可可能能与与速速度度方方向向在在同同一一直直线线上上，而而做做直直线线运运动动，既既然然在在复复合合场场中中粒粒子子做做直直线线运运动动，说说明明qEqvB，OO连连线线与与电电场场线线垂垂直直，当当撤撤去去磁磁场场时时，粒粒子子仅仅受受电电场场力力，做做类类平平抛抛运运动动，因因不不知知粒粒子子的的电电性性所所以以无无法法判判定定粒粒子子穿穿出出电电场场时时是是在在O的的上上方方还还是是下下方，但电
11、场力一定做正功，电势能减少，动能增加，故选方，但电场力一定做正功，电势能减少，动能增加，故选C.答案：答案：C第13页，共36页，编辑于2022年，星期日2(2009山山东东)如如图图甲甲所所示示，建建立立Oxy坐坐标标系系，两两平平行行极极板板P、Q垂垂直直于于y轴轴且且关关于于x轴轴对对称称，极极板板长长度度和和板板间间距距均均为为l，在在第第一一、四四象象限限有有磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场，方方向向垂垂直直于于Oxy平平面面向向里里位位于于极极板板左左侧侧的的粒粒子子源源沿沿x轴轴向向右右连连续续发发射射质质量量为为m、电电量量为为q、速速度度相相同同、重重力力不不计
12、计的的带带电电粒粒子子在在03t0时时间间内内两两板板间间加加上上如如图图乙乙所所示示的的电电压压(不不考考虑虑极极板板边边缘缘的的影影响响)已已知知t0时时刻刻进进入入两两板板间间的的带带电电粒粒子子恰恰好好在在t0时时刻刻经经极极板板边边缘缘射射入入磁磁场场上上述述m、q、l、t0、B为为已已知知量量(不不考考虑虑粒子粒子间间相互影响及返回极板相互影响及返回极板间间的情况的情况)第14页，共36页，编辑于2022年，星期日第15页，共36页，编辑于2022年，星期日(1)求求电压电压U0的大小的大小(2)求求 t0 时时刻刻进进入入两两板板间间的的带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中做做圆圆周
13、周运运动动的半径的半径(3)何何时时进进入入两两板板间间的的带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中的的运运动动时时间间最最短？求此最短短？求此最短时间时间第16页，共36页，编辑于2022年，星期日解解析析：(1)t0时时刻刻进进入入两两板板间间的的带带电电粒粒子子在在电电场场中中做做匀匀变变速速曲曲线线运运动动，t0时时刻刻从从极极板板边边缘缘射射出出，在在y轴轴负负方方向向偏偏移移的的距离为距离为 l，则有，则有第17页，共36页，编辑于2022年，星期日(2)t0时时刻刻进进入入两两板板间间的的带带电电粒粒子子，前前 t0时时间间在在电电场场中中偏偏转转，后后 t0时间两板间没有电场，带电粒子
14、做匀速直线运动时间两板间没有电场，带电粒子做匀速直线运动带电粒子沿带电粒子沿x轴方向的分速度大小为轴方向的分速度大小为v0 带电粒子离开电场时沿带电粒子离开电场时沿y轴负方向的分速度大小为轴负方向的分速度大小为 带电粒子离开电场时的速度大小为带电粒子离开电场时的速度大小为 第18页，共36页，编辑于2022年，星期日设设带带电电粒粒子子离离开开电电场场进进入入磁磁场场做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的半半径径为为R，则有，则有 联立联立式解得式解得 第19页，共36页，编辑于2022年，星期日(3)2t0时时刻刻进进入入两两板板间间的的带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动时时间间最最短带电粒
15、子离开电场时沿短带电粒子离开电场时沿y轴正方向的分速度为轴正方向的分速度为vyat0 设设带带电电粒粒子子离离开开电电场场时时速速度度方方向向与与y轴轴正正方方向向的的夹夹角角为为，则，则tan 联立联立式解得式解得 第20页，共36页，编辑于2022年，星期日带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动轨轨迹迹如如图图所所示示，圆圆弧弧所所对对的的圆圆心心角角2 所求最短时间为所求最短时间为tmin=T 第21页，共36页，编辑于2022年，星期日带电粒子在磁场中运动的周期为带电粒子在磁场中运动的周期为第22页，共36页，编辑于2022年，星期日1(2009广广东东理理基基)带带电电粒粒子子垂垂
16、直直匀匀强强磁磁场场方方向向运运动动时时，会受到洛会受到洛伦兹伦兹力的作用下列表述正确的是力的作用下列表述正确的是 ()A洛洛伦兹伦兹力力对带电对带电粒子做功粒子做功B洛洛伦兹伦兹力不改力不改变带电变带电粒子的粒子的动动能能C洛洛伦兹伦兹力的大小与速度无关力的大小与速度无关D洛洛伦兹伦兹力不改力不改变带电变带电粒子的速度方向粒子的速度方向答案：答案：B解解析析：洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向总总跟跟速速度度方方向向垂垂直直，所所以以洛洛伦伦兹兹力永不做功，不会改变粒子的动能，因此力永不做功，不会改变粒子的动能，因此B正确正确第23页，共36页，编辑于2022年，星期日2(2009安安徽徽)右右图
17、图是是科科学学史史上上一一张张著著名名的的实实验验照照片片，显显示示一一个个带带电电粒粒子子在在云云室室中中穿穿过过某某种种金金属属板板运运动动的的径径迹迹云云室室放放置置在在匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直照照片片向向里里云云室室中中横横放放的的金金属属板板对对粒粒子子的的运运动动起起阻阻碍碍作作用用分分析析此此径径迹迹可可知知粒粒子子()A带带正正电电，由下往上运，由下往上运动动B带带正正电电，由上往下运，由上往下运动动C带负电带负电，由上往下运，由上往下运动动D带负电带负电，由下往上运，由下往上运动动答案：答案：A第24页，共36页，编辑于2022年，星期日解解析析：从从照
18、照片片上上看看，径径迹迹的的轨轨道道半半径径是是不不同同的的，下下部部半半径径大大，上上部部半半径径小小，根根据据半半径径公公式式R 可可知知，下下部部速速度度大大，上上部部速速度度小小，这这一一定定是是粒粒子子从从下下到到上上穿穿越越了了金金属属板板而而损损失失了了动动能能，再再根根据据左左手手定定则则，可可知知粒粒子子带带正正电电，因因此此，正正确确的的选选项是项是A.第25页，共36页，编辑于2022年，星期日3(2009重重庆庆)在在下下图图所所示示电电路路中中，电电池池均均相相同同，当当电电键键S分分别别置置于于a、b两两处处时时，导导线线MM与与NN之之间间的的安安培培力力的的大大
19、小小为为fa、fb，可判断，可判断这这两段两段导线导线()A相互吸引，相互吸引，fafbB相互排斥，相互排斥，fafbC相互吸引，相互吸引，fafb D相互排斥，相互排斥，fafb答案：答案：D第26页，共36页，编辑于2022年，星期日解解析析：无无论论开开关关置置于于a还还是是置置于于b，两两导导线线中中通通过过的的都都是是反反向向电电流流，相相互互间间作作用用力力为为斥斥力力，A、C错错误误开开关关置置于于位位置置b时时电电路路中中电电流流较较大大，导导线线间间相相互互作作用用力力也也较较大大，故故D正正确确第27页，共36页，编辑于2022年，星期日4(2009广广东东)下下图图是是质
20、质谱谱仪仪的的工工作作原原理理示示意意图图带带电电粒粒子子被被加加速速电电场场加加速速后后，进进入入速速度度选选择择器器速速度度选选择择器器内内相相互互正正交交的的匀匀强强磁磁场场和和匀匀强强电电场场的的强强度度分分别别为为B和和E.平平板板S上上有有可可让让粒粒子子通通过过的的狭狭缝缝P和和记记录录粒粒子子位位置置的的胶胶片片A1A2.平平板板S下下方有方有强强度度为为B0的匀的匀强强磁磁场场下列表述正确的是下列表述正确的是()第28页，共36页，编辑于2022年，星期日A质谱仪质谱仪是分析同位素的重要工具是分析同位素的重要工具B速度速度选择选择器中的磁器中的磁场场方向垂直方向垂直纸纸面向外
21、面向外C能通能通过过狭狭缝缝P的的带电带电粒子的速率等于粒子的速率等于E/BD粒粒子子打打在在胶胶片片上上的的位位置置越越靠靠近近狭狭缝缝P，粒粒子子的的荷荷质质比越小比越小答案：答案：ABC第29页，共36页，编辑于2022年，星期日解解析析：因因同同位位素素原原子子的的化化学学性性质质完完全全相相同同，无无法法用用化化学学方方法法进进行行分分析析，故故质质谱谱仪仪就就成成为为同同位位素素分分析析的的重重要要工工具具，A正正确确在在速速度度选选择择器器中中，带带电电粒粒子子所所受受电电场场力力和和洛洛伦伦兹兹力力在在粒粒子子沿沿直直线线运运动动时时应应等等大大反反向向，结结合合左左手手定定则
22、则可可知知B正正确确再由再由qEqvB有有vE/B，C正确在匀强磁场正确在匀强磁场B0中中R 第30页，共36页，编辑于2022年，星期日5(2009海海南南)一一根根容容易易形形变变的的弹弹性性导导线线，两两端端固固定定导导线线中中通通有有电电流流，方方向向如如图图中中箭箭头头所所示示当当没没有有磁磁场场时时，导导线线呈呈直直线线状状态态；当当分分别别加加上上方方向向竖竖直直向向上上、水水平平向向右右或或垂垂直直于于纸纸面面向向外外的的匀匀强强磁磁场场时时，描描述述导导线线状状态态的的四四个个图图示示中中正正确确的是的是()答案：答案：D解析：解析：由左手定则知由左手定则知D正确正确 第31
23、页，共36页，编辑于2022年，星期日6(2009天天津津)如如图图所所示示，直直角角坐坐标标系系xOy位位于于竖竖直直平平面面内内，在在水水平平的的x轴轴下下方方存存在在匀匀强强磁磁场场和和匀匀强强电电场场，磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为B，方方向向垂垂直直xOy平平面面向向里里，电电场场线线平平行行于于y轴轴一一质质量量为为m、电电荷荷量量为为q的的带带正正电电荷荷的的小小球球，从从y轴轴上上的的A点点水水平平向向右右抛抛出出经经x轴轴上上的的M点点进进入入电电场场和和磁磁场场，恰恰能能做做匀匀速速圆圆周周运运动动，从从x轴轴上上的的N点点第第一一次次离离开开电电场场和和磁磁场场，M
24、N之之间间的的距距离离为为L，小小球球过过M点点时时的的速速度度方方向向与与x轴轴正正方方向向夹夹角角为为.不不计计空气阻力，重力加速度空气阻力，重力加速度为为g，求：，求：第32页，共36页，编辑于2022年，星期日(1)电场电场强强度度E的大小和方向；的大小和方向；(2)小球从小球从A点抛出点抛出时时初速度初速度v0的大小；的大小；(3)A点到点到x轴轴的高度的高度h.解解析析：(1)小小球球在在电电场场、磁磁场场中中恰恰能能做做匀匀速速圆圆周周运运动动，其所受电场力必须与重力平衡，有其所受电场力必须与重力平衡，有qEmg重重力力的的方方向向是是竖竖直直向向下下，电电场场力力的的方方向向则
25、则应应为为竖竖直直向向上上，由于小球带正电，所以电场强度方向竖直向上由于小球带正电，所以电场强度方向竖直向上第33页，共36页，编辑于2022年，星期日(2)小小球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动，O为为圆圆心心，MN为为弦弦长长，MOP，如图所示设半径为，如图所示设半径为r，由几何关系知，由几何关系知第34页，共36页，编辑于2022年，星期日小小球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的向向心心力力由由洛洛伦伦兹兹力力提提供供，设设小小球球做圆周运动的速率为做圆周运动的速率为v，有，有第35页，共36页，编辑于2022年，星期日(3)设设小小球球到到M点点时时的的竖竖直直分分速速度度为为vy，它它与与水水平平分分速速度度的关系为的关系为vyv0tan由匀变速直线运动规律由匀变速直线运动规律 第36页，共36页，编辑于2022年，星期日