(新课标)2020年高考物理考点汇总考点9磁场
- 格式:docx
- 大小:413.10 KB
- 文档页数:24
磁场一、磁场:1、基本性质:对放入其中的磁极、电流有力的作用。
磁极间、电流间的作用通过磁场产生,磁场是客观存在的一种特殊形态的物质。
2、方向:放入其中小磁针N极的受力方向(静止时N极的指向)放入其中小磁针S极的受力的反方向(静止时S极的反指向)3、磁感线:形象描述磁场强弱和方向的假想的曲线。
磁体外部:N极到S极;磁体内部:S极到N极。
磁感线上某点的切线方向为该点的磁场方向;磁感线的疏密表示磁场的强弱。
4、安培定则:(右手四指为环绕方向,大拇指为单独走向)导体的种类磁场形状判断方法通电直导线以导线为中心的各簇互相平行的右手握住导线,大拇指指向与电流方向一致,四指绕同心圆。
向为磁感线的方向。
矩形、环形电流各簇围绕环形导线的闭合曲线,中心轴上,磁感垂直环形平面。
右手绕向与环形电流方向一致,大拇指方向为环形电流内部的磁场方向。
通电螺线管外部类似于条形磁体的磁场,内部为匀强磁场。
右手握住螺线管,四指绕向与电流绕向一致,大拇指指向为磁场的N极。
二、安培力:1、定义:磁场对电流的作用力。
2、计算公式:F=ILBsinθ=I⊥LB式中:θ是I与B的夹角。
电流与磁场平行时,电流在磁场中不受安培力;电流与磁场垂直时,电流在磁场中受安培力最大:F=ILB 0≤F ≤ILB3、安培力的方向:左手定则——左手掌放入磁场中,磁感线穿过掌心,四指指向电流方向,大拇指指向为通电导线所受安培力的方向。
三、磁感应强度B:1、定义:放入磁场中的电流元与磁场垂直时,所受安培力F跟电流元IL的比值。
2、公式: 磁感应强度B是磁场的一种特性,与F、I、L等无关。
注:匀强磁场中,B与I垂直时,L为导线的长度;非匀强磁场中,B与I垂直时,L为短导线长度。
3、国际单位:特斯拉(T)。
4、磁感应强度B是矢量,方向即磁场方向。
磁感线方向为B方向,疏密表示B的强弱。
5、匀强磁场:磁感应强度B的大小和方向处处相同的磁场。
磁感线是分布均匀的平行直线。
例:靠近的两个异名磁极之间的部分磁场;通电螺线管内的磁场。
高中物理磁场知识点一、磁场磁极和磁极之间的相互作用是经过磁场发作的。
电流在周围空间发生磁场,小磁针在该磁场中遭到力的作用。
磁极和电流之间的相互作用也是经过磁场发作的。
电流和电流之间的相互作用也是经过磁场发生的。
磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形状的物质,磁极或电流在自己的周围空间发生磁场,而磁场的基本性质就是对放入其中的磁极或电流有力的作用。
二、磁现象的电实质1.罗兰实验正电荷随绝缘橡胶圆盘高速旋转,发现小磁针发作偏转,说明运动的电荷发生了磁场,小磁针遭到磁场力的作用而发作偏转。
2.安培分子电流假说法国学者安培提出,在原子、分子等物质微粒外部,存在一种环形电流-分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为庞大的磁体,它的两侧相当于两个磁极。
安培是最早提醒磁现象的电实质的。
一根未被磁化的铁棒,各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场相互抵消,对外不显磁性;当铁棒被磁化后各分子电流的取向大致相反,两端对外显示较强的磁性,构成磁极;留意,当磁体遭到高温或猛烈敲击会失掉磁性。
3.磁现象的电实质运动的电荷(电流)发生磁场,磁场对运动电荷(电流)有磁场力的作用,一切的磁现象都可以归结为运动电荷(电流)经过磁场而发作相互作用。
三、磁场的方向规则:在磁场中恣意一点小磁针北极受力的方向亦即小磁针运动时北极所指的方向就是那一点的磁场方向。
四、磁感线1.磁感线的概念:在磁场中画出一系列有方向的曲线,在这些曲线上,每一点切线方向都跟该点磁场方向分歧。
2.磁感线的特点:(1)在磁体外部磁感线由N极到S极,在磁体外部磁感线由S极到N极。
(2)磁感线是闭合曲线。
(3)磁感线不相交。
(4)磁感线的疏密水平反映磁场的强弱,磁感线越密的中央磁场越强。
3.几种典型磁场的磁感线:(1)条形磁铁。
(2)通电直导线。
①安培定那么:用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向分歧,弯曲的四指所指的方向就是磁感线盘绕的方向;②其磁感线是内密外疏的同心圆。
.内容要求要点解读磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ新课标卷高考近几年未直接考查,而是结合安培力、洛伦兹力、电磁感应等内容间接考查。
高考要求知道其内容及含义,并能在有关问题中识别和直接使用。
通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ常考点,多以选择题考查安培定则的应用,要求考生会分项多条通电导线周围磁场的叠加。
安培力、安培力的方向Ⅰ常考点,往往结合平衡条件、牛顿运动定律和电磁感应问题综合考查。
匀强磁场中的安培力Ⅱ常考点,选择题或计算题均有可能,特别是安培力作用下的平衡或运动问题,并且常结合电磁感应问题综合考查。
洛伦兹力、洛伦兹力的方向Ⅰ热点。
要求考生会用左手定则判断洛伦兹力的方向,知道安培力是洛伦兹力的宏观表现。
洛伦兹力公式Ⅱ高频点或热点。
要求考查能熟练运用洛伦兹力公式,常结合带电粒子在磁场中的运动综合考查。
带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ热点也是难点。
考查形式有选择题,也有压轴计算题,多涉及有界磁场,还会考查电、磁复合场,对考生各种能力要求较高。
复习时要注意多研究一些以最新科技成果为背景的题目,注意将实际问题模型化能力的培养。
质谱仪和回旋加速器Ⅰ熟悉其工作原理,多注意其他类似元件的工作原理,例如速度选择题、电磁流量计、磁流体发电机、霍尔元件等。
带电粒子在组合场、叠加场中的运动Ⅱ重力场、电场、磁场的组合或叠加,这部分内容涵盖了力、电、磁的核心内容,是高考的重点和难点,综合度高,难度大。
10 磁场§10-1 磁场性质一、磁场1.力的角度——磁感应强度:把一段检验电流放在磁场中时,用它受到的最大安培力与其电流强度和长度的乘积之比来描述该点的磁感应强度大小,即FBIL 。
2.“形”的角度——磁感线:磁感线的疏密反映磁场的强弱(磁感应强度的大小),切线方向是磁场方向。
3.磁场的叠加:由于磁感应强度是矢量,故磁场叠加时合磁场的磁感应强度可以由平行四边形定则计算。
二、安培定则和左手定则使用手使用范围安培定则右手环形电流→磁场、直线电流→环形磁场左手定则左手电(流)+磁→(安培)力判断通电导线在磁场中的运动方向:1.把弯曲导线分成很多直线电流元,先用左手定则判断各电流元受力方向,然后判断整段导线所受合力的方向,从而确定导线的运动方向。
专题09 磁场目录第一节磁场的描述磁场对电流的作用 (1)【基本概念、规律】 (1)【重要考点归纳】 (3)考点一安培定则的应用和磁场的叠加 (3)考点二安培力作用下导体运动情况的判定 (3)【思想方法与技巧】 (3)用视图转换法求解涉及安培力的力学问题 (3)第二节磁场对运动电荷的作用 (4)【基本概念、规律】 (4)【重要考点归纳】 (5)考点一洛伦兹力和电场力的比较 (5)考点二带电粒子在匀强磁场中的运动 (5)考点三“磁偏转”和“电偏转” (6)【思想方法与技巧】 (6)带电粒子在磁场中运动的临界和极值问题 (6)第三节带电粒子在复合场中的运动 (7)【基本概念、规律】 (7)【重要考点归纳】 (9)考点一带电粒子在叠加场中的运动 (9)考点二带电粒子在组合场中的运动 (9)【思想方法与技巧】 (10)带电粒子在交变电场、磁场中的运动 (10)带电粒子在磁场中运动的多解问题 (10)第一节磁场的描述磁场对电流的作用【基本概念、规律】一、磁场、磁感应强度1.磁场(1)基本性质:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁力的作用.(2)方向:小磁针的N极所受磁场力的方向.2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场强弱和方向.(2)定义式:B=FIL(通电导线垂直于磁场).(3)方向:小磁针静止时N极的指向.(4)单位:特斯拉,符号T.二、磁感线及特点1.磁感线在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致.2.磁感线的特点(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向.(2)磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱,在磁感线较密的地方磁场较强;在磁感线较疏的地方磁场较弱.(3)磁感线是闭合曲线,没有起点和终点.在磁体外部,从N极指向S极;在磁体内部,由S极指向N 极.(4)同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切.(5)磁感线是假想的曲线,客观上不存在.3.电流周围的磁场三、安培力的大小和方向1.安培力的大小(1)磁场和电流垂直时,F=BIL.(2)磁场和电流平行时:F=0.2.安培力的方向(1)用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.(2)安培力的方向特点:F⊥B,F⊥I,即F垂直于B和I决定的平面.(注意:B和I可以有任意夹角)【重要考点归纳】考点一安培定则的应用和磁场的叠加1.安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”.原因(电流方向)结果(磁场绕向)直线电流的磁场大拇指四指环形电流的磁场四指大拇指2.磁场的叠加磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同,利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解.特别提醒:两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的.3.解决这类问题的思路和步骤:(1)根据安培定则确定各导线在某点产生的磁场方向;(2)判断各分磁场的磁感应强度大小关系;(3)根据矢量合成法则确定合磁场的大小和方向.考点二安培力作用下导体运动情况的判定1.判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况,然后利用左手定则准确判定导体的受力情况,进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向.2.在应用左手定则判定安培力方向时,磁感线方向不一定垂直于电流方向,但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面.【思想方法与技巧】用视图转换法求解涉及安培力的力学问题1.安培力(1)方向:根据左手定则判断.(2)大小:由公式F=BIL计算,且其中的L为导线在磁场中的有效长度.如弯曲通电导线的有效长度L 等于连接两端点的直线的长度,相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端,如图所示.2.视图转换对于安培力作用下的力学问题,需画出导体棒的受力示意图.但在三维空间无法准确画出其受力情况,可将三维立体图转化为二维平面图,即画出俯视图、剖面图或侧视图等.此时,金属棒用圆代替,电流方向用“×”或“·”表示.3.解决安培力作用下的力学问题的思路: (1)选定研究对象;(2)变三维为二维,画出平面受力分析图,判断安培力的方向时切忌跟着感觉走,一定要用左手定则来判断,注意F 安⊥B 、F 安⊥I ;(3)根据力的平衡条件或牛顿第二定律列方程求解.第二节 磁场对运动电荷的作用【基本概念、规律】一、洛伦兹力1.定义:运动电荷在磁场中所受的力. 2.大小(1) v ∥B 时,F =0. (2) v ⊥B 时,F =qvB .(3) v 与B 夹角为θ时,F =qvB sin_θ. 3.方向(1)判定方法:应用左手定则,注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运动的反方向. (2)方向特点:F ⊥B ,F ⊥v .即F 垂直于B 、v 决定的平面.(注意B 和v 可以有任意夹角). 由于F 始终垂直于v 的方向,故洛伦兹力永不做功. 二、带电粒子在匀强磁场中的运动1.若v ∥B ,带电粒子以入射速度v 做匀速直线运动.2.若v ⊥B ,带电粒子在垂直于磁感线的平面内,以入射速度v 做匀速圆周运动. 3.基本公式(1)向心力公式:qvB =m v 2r.(2)轨道半径公式:r =mv Bq.(3)周期公式:T =2πr v =2πm qB ;f =1T =Bq 2πm ;ω=2πT =2πf =Bqm.特别提示:T 的大小与轨道半径r 和运行速率v 无关,只与磁场的磁感应强度B 和粒子的比荷q m有关.【重要考点归纳】考点一洛伦兹力和电场力的比较1.洛伦兹力方向的特点(1)洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面.(2)当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化.(3)左手判断洛伦兹力方向,但一定分正、负电荷.2.洛伦兹力与电场力的比较考点二带电粒子在匀强磁场中的运动1.圆心的确定(1)已知入射点、出射点、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迹的圆心(如图甲所示,图中P为入射点,M为出射点).(2)已知入射方向、入射点和出射点的位置时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图乙所示,P为入射点,M为出射点).2.半径的确定可利用物理学公式或几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小.3.运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为T,当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为θ时,其运动时间表示为:t=θ2πT4.求解粒子在匀强磁场中运动问题的步骤:(1)画轨迹:即确定圆心,画出运动轨迹.(2)找联系:轨迹半径与磁感应强度、运动速度的联系,偏转角度与圆心角、运动时间的联系,在磁场中的运动时间与周期的联系.(3)用规律:即牛顿运动定律和圆周运动的规律,特别是周期公式、半径公式.考点三“磁偏转”和“电偏转”【思想方法与技巧】带电粒子在磁场中运动的临界和极值问题1.带电粒子进入有界磁场区域,一般存在临界问题(或边界问题)以及极值问题.解决这类问题的方法思路如下:(1)直接分析、讨论临界状态,找出临界条件,从而通过临界条件求出临界值.(2)以定理、定律为依据,首先求出所研究问题的一般规律和一般解的形式,然后再分析、讨论临界条件下的特殊规律和特殊解.2.带电粒子在有界磁场中的运动,一般涉及临界和边界问题,临界值、边界值常与极值问题相关联.因此,临界状态、边界状态的确定以及所需满足的条件是解决问题的关键.常遇到的临界和极值条件有:(1)带电体在磁场中,离开一个面的临界状态是对这个面的压力为零.(2)射出或不射出磁场的临界状态是带电体运动的轨迹与磁场边界相切,对应粒子速度的临界值.(3)运动时间极值的分析①周期相同的粒子,当速率相同时,轨迹(弦长)越长,圆心角越大,运动时间越长.②周期相同的粒子,当速率不同时,圆心角越大,运动时间越长.第三节带电粒子在复合场中的运动【基本概念、规律】一、带电粒子在复合场中的运动 1.复合场的分类(1)叠加场:电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存.(2)组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠或在同一区域,电场、磁场交替出现. 2.带电粒子在复合场中的运动分类 (1)静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动. (2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动.(3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线.二、带电粒子在复合场中运动的应用实例 1.质谱仪(1)构造:如图所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.(2)原理:粒子由静止在加速电场中被加速,根据动能定理可得关系式qU =12mv 2.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转,做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得关系式qvB =m v 2r.由以上两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子质量、比荷. r =1B2mUq ,m =qr 2B 22U ,q m =2U B 2r2. 2.回旋加速器(1)构造:如图所示,D 1、D 2是半圆形金属盒,D 形盒的缝隙处接交流电源.D 形盒处于匀强磁场中.(2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子经电场加速,经磁场回旋,由qvB =mv 2r ,得E km =q 2B 2r 22m,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和D 形盒半径r 决定,与加速电压无关.3.速度选择器(如图所示)(1)平行板中电场强度E 和磁感应强度B 互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE =qvB ,即v =E B. 4.磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把内能直接转化为电能. (2)根据左手定则,如图中的B 是发电机正极.(3)磁流体发电机两极板间的距离为L ,等离子体速度为v ,磁场的磁感应强度为B ,则由qE =q U L=qvB 得两极板间能达到的最大电势差U =BLv .5.电磁流量计工作原理:如图所示,圆形导管直径为d ,用非磁性材料制成,导电液体在管中向左流动,导电液体中的自由电荷(正、负离子),在洛伦兹力的作用下横向偏转,a 、b 间出现电势差,形成电场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时,a 、b 间的电势差就保持稳定,即:qvB =qE =q Ud ,所以v =U Bd,因此液体流量Q =Sv =πd 24·U Bd =πdU4B.【重要考点归纳】考点一带电粒子在叠加场中的运动1.带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)磁场力、重力并存①若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动.②若重力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒,由此可求解问题.(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)①若电场力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动.②若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用动能定理求解问题.(3)电场力、磁场力、重力并存①若三力平衡,一定做匀速直线运动.②若重力与电场力平衡,一定做匀速圆周运动.③若合力不为零且与速度方向不垂直,将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用能量守恒或动能定理求解问题.2.带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,除受场力外,还受弹力、摩擦力作用,常见的运动形式有直线运动和圆周运动,此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点,运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果.考点二带电粒子在组合场中的运动带电粒子在组合场中的运动,实际上是几个典型运动过程的组合,因此解决这类问题要分段处理,找出各分段之间的衔接点和相关物理量,问题即可迎刃而解.常见类型如下:1.从电场进入磁场(1)粒子先在电场中做加速直线运动,然后进入磁场做圆周运动.在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速度.(2)粒子先在电场中做类平抛运动,然后进入磁场做圆周运动.在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度.2.从磁场进入电场(1)粒子进入电场时的速度与电场方向相同或相反,做匀变速直线运动(不计重力).(2)粒子进入电场时的速度方向与电场方向垂直,做类平抛运动.3.解决带电粒子在组合场中的运动问题的思路。
专题9.9 矩形边界和正多边形边界磁场问题一.选择题1.(2020·山东淄博模拟)如图所示,正方形abcd 区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,O 点是cd 边的中点。
一个带正电的粒子(重力忽略不计)从O 点沿纸面以垂直于cd 边的速度射入正方形区域内,经过时间t 0刚好从c 点射出磁场。
现设法使该带电粒子从O 点沿纸面以与Od 成30°的方向(如图中虚线所示),以各种不同的速率射入正方形内,那么下列说法正确的是A .该带电粒子不可能刚好从正方形的某个顶点射出磁场B .若该带电粒子从ab 边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是t 0C .若该带电粒子从bc 边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是032t D .若该带电粒子从cd 边射出磁场,它在磁场中经历的时间一定是053t 【参考答案】AD【名师解析】根据题述一个带正电的粒子(重力忽略不计)从O 点沿纸面以垂直于cd 边的速度射入正方形区域内,经过时间t 0刚好从c 点射出磁场,则时间t 0为带电粒子在磁场中运动的半个周期。
使该带电粒子从O 点沿纸面以与Od 成30°的方向(如图中虚线所示),以各种不同的速率射入正方形内,画出各种可能的运动轨迹,可以看出不可能刚好从正方形的某个顶点射出磁场,选项A 正确。
若该带电粒子从ab 边射出磁场,它在磁场中经历的时间一定小于t 0,选项B 错误。
若该带电粒子从bc 边射出磁场,它在磁场中经历的时间不可能是032t ,可能是t 0,选项C 错误。
若该带电粒子从cd 边射出磁场,它在磁场中运动轨迹为5/6圆弧,经历的时间一定是053t ,选项D 正确。
【技巧点拨】】解答此题,若对各个选项叙述的情景画出轨迹图,有助于正确判断。
2.(2020·陕西宝鸡一模)如图所示,横截面为正方形abcd 的有界匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。
一束电子以大小不同、方向垂直ad 边界的速度飞入该磁场,不计电子重力及相互之间的作用,对于从不同边界射出的电子,下列判断正确的是( )A.从ad边射出的电子在磁场中运动的时间都相等B.从c点离开的电子在磁场中运动时间最长C.电子在磁场中运动的速度偏转角最大为πD.从bc边射出的电子的速度一定大于从ad边射出的电子的速度【参考答案】ACD3. (2020高考四川理综物理)如图所示,正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场。
高考物理磁场有哪些知识点高考物理磁场有哪些必备知识点高考物理磁场知识点是高考必考的知识点,许多题目会围绕这些知识点展开,下面是店铺为大家精心推荐高考物理电磁学和交变电流的相关内容,希望能够对您有所帮助。
高考物理电磁学和交变电流的20条知识点1,若一条直线上有三个点电荷,因相互作用而平衡,其电性及电荷量的定性分布为“两同夹一异,两大夹一小”。
2.匀强电场中,任意两点连线中点的电势等于这两点的电势的平均值。
在任意方向上电势差与距离成正比。
3.正电荷在电势越高的地方,电势能越大,负电荷在电势越高的地方,电势能越小。
4.电容器充电后和电源断开,仅改变板间的距离时,场强不变。
5.两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,异向电流相互排斥;两电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势。
6.带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力时做圆周运动的周期与粒子的速率、半径无关,仅与粒子的质量、电荷和磁感应强度有关。
7.带电粒子在有界磁场中做圆周运动(1)速度偏转角等于扫过的圆心角;(2)几个出射方向:①粒子从某一直线边界射入磁场后又从该边界飞出时,速度与边界的夹角相等。
②在圆形磁场区域内,沿径向射入的粒子,必沿径向射出——对称性。
③刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中的轨迹与边界相切。
(3)运动的时间:轨迹对应的圆心角越大,带电粒子在磁场中的运动时间就越长,与粒子速度的大小无关。
8.速度选择器模型:带电粒子以速度v射入正交的电场和磁场区域时,当电场力和磁场力方向相反且满足v=E/B时,带电粒子做匀速直线运动(被选择)与带电粒子的带电量大小、正负无关,但改变v、B、E 中的任意一个量时,粒子将发生偏转。
9.回旋加速器(1)为了使粒子在加速器中不断被加速,加速电场的周期必须等于回旋周期。
(2)粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D形盒的半径。
(3)在粒子的质量、电量确定的情况下,粒子所能达到的最大动能只与D形盒的半径和磁感应强度有关,与加速器的电压无关(电压只决定了回旋次数)。
高三物理磁场知识点梳理高三物理磁场知识点梳理1:磁场磁极和磁极之间的相互作用是通过磁场发生的。
电流在周围空间产生磁场,小磁针在该磁场中受到力的作用。
磁极和电流之间的相互作用也是通过磁场发生的。
电流和电流之间的相互作用也是通过磁场产生的磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质,磁极或电流在自己的周围空间产生磁场,而磁场的基本性质就是对放入其中的磁极或电流有力的作用。
高三物理磁场知识点梳理2:磁现象的电本质1.罗兰实验正电荷随绝缘橡胶圆盘高速旋转,发现小磁针发生偏转,说明运动的电荷产生了磁场,小磁针受到磁场力的作用而发生偏转。
2.安培分子电流假说法国学者安培提出,在原子、分子等物质微粒内部,存在一种环形电流-分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极。
安培是最早揭示磁现象的电本质的。
一根未被磁化的铁棒,各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外不显磁性;当铁棒被磁化后各分子电流的取向大致相同,两端对外显示较强的磁性,形成磁极;注意,当磁体受到高温或猛烈敲击会失去磁性。
3.磁现象的电本质运动的电荷(电流)产生磁场,磁场对运动电荷(电流)有磁场力的作用,所有的磁现象都可以归结为运动电荷(电流)通过磁场而发生相互作用。
高三物理磁场知识点梳理3:磁场的方向规定:在磁场中任意一点小磁针北极受力的方向亦即小磁针静止时北极所指的方向就是那一点的磁场方向。
高三物理磁场知识点梳理4:磁感线1.磁感线的概念:在磁场中画出一系列有方向的曲线,在这些曲线上,每一点切线方向都跟该点磁场方向一致。
2.磁感线的特点(1)在磁体外部磁感线由N极到S极,在磁体内部磁感线由S极到N极(2)磁感线是闭合曲线(3)磁感线不相交(4)磁感线的疏密程度反映磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强3.几种典型磁场的磁感线(1)条形磁铁(2)通电直导线a.安培定则:用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向;b.其磁感线是内密外疏的同心圆(3)环形电流磁场a.安培定则:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线的磁感线方向。
磁场基本性质一、磁场1、磁场:磁场是存在于磁体、运动电荷周围的一种物质.它的基本特性是:对处于其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用.2、磁现象的电本质:所有的磁现象都可归结为运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用.二、磁感线为了描述磁场的强弱与方向,人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线.1.疏密表示磁场的强弱.2.每一点切线方向表示该点磁场的方向,也就是磁感应强度的方向.3.是闭合的曲线,在磁体外部由N极至S极,在磁体的内部由S极至N极.磁线不相切不相交。
4.匀强磁场的磁感线平行且距离相等.没有画出磁感线的地方不一定没有磁场.5.安培定则:姆指指向电流方向,四指指向磁场的方向.注意这里的磁感线是一个个同心圆,每点磁场方向是在该点切线方向·*熟记常用的几种磁场的磁感线:【例1】根据安培假说的物理思想:磁场来源于运动电荷.如果用这种思想解释地球磁场的形成,根据地球上空并无相对地球定向移动的电荷的事实.那么由此推断,地球总体上应该是:(A)A.带负电;B.带正电;C.不带电;D.不能确定解析:因在地球的内部地磁场从地球北极指向地球的南极,根据右手螺旋定则可判断出地球表现环形电流的方向应从东到西,而地球是从西向东自转,所以只有地球表面带负电荷才能形成上述电流,故选A.三、磁感应强度1.磁场的最基本的性质是对放入其中的电流或磁极有力的作用,电流垂直于磁场时受磁场力最大,电流与磁场方向平行时,磁场力为零。
2.在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的磁场力F跟电流强度I和导线长度l的乘积Il的比值,叫做通电导线所在处的磁感应强度.①表示磁场强弱的物理量.是矢量.②大小:B=F/Il(电流方向与磁感线垂直时的公式).③方向:左手定则:是磁感线的切线方向;是小磁针N极受力方向;是小磁针静止时N极的指向.不是导线受力方向;不是正电荷受力方向;也不是电流方向.④单位:牛/安米,也叫特斯拉,国际单位制单位符号T.⑤点定B定:就是说磁场中某一点定了,则该处磁感应强度的大小与方向都是定值.⑥匀强磁场的磁感应强度处处相等.⑦磁场的叠加:空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场,则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和,满足矢量运算法则.【例2】如图所示,正四棱柱abed一a'b'c'd'的中心轴线00'处有一无限长的载流直导线,对该电流的磁场,下列说法中正确的是(AC)A.同一条侧棱上各点的磁感应强度都相等B.四条侧棱上的磁感应强度都相同C.在直线ab上,从a到b,磁感应强度是先增大后减小D.棱柱内任一点的磁感应强度比棱柱侧面上所有点都大解析:因通电直导线的磁场分布规律是B∝1/r,故A,C正确,D错误.四条侧棱上的磁感应强度大小相等,但不同侧棱上的点的磁感应强度方向不同,故B错误.【例3】如图所示,两根导线a、b中电流强度相同.方向如图所示,则离两导线等距离的P点,磁场方向如何?解析:由P点分别向a、b作连线Pa、Pb.然后过P点分别做Pa、Pb垂线,根据安培定则知这两条垂线用PM、PN就是两导线中电流在P点产生磁感应强度的方向,两导线中的电流在P处产生的磁感应强度大小相同,然后按照矢量的合成法则就可知道合磁感应强度的方向竖直向上,如图所示,这也就是该处磁场的方向.答案:竖直向上【例4】六根导线互相绝缘,所通电流都是I,排成如图10一5所示的形状,区域A、B、C、D均为相等的正方形,则平均磁感应强度最大的区域是哪些区域?该区域的磁场方向如何?解析:由于电流相同,方格对称,从每方格中心处的磁场来定性比较即可,如I1在任方格中产生的磁感应强度均为B,方向由安培定则可知是向里,在A、D方格内产生的磁感应强度均为B/,方向仍向里,把各自导线产生的磁感应强度及方向均画在四个方格中,可以看出在B、D区域内方向向里的磁场与方向向外的磁场等同,叠加后磁场削弱.答案:在A、C区域平均磁感应强度最大,在A区磁场方向向里.C区磁场方向向外.【例5】一小段通电直导线长1cm,电流强度为5A,把它放入磁场中某点时所受磁场力大小为0.1N,则该点的磁感强度为()A.B=2T;B.B≥2T;C、B≤2T ;D.以上三种情况均有可能解析:由B=F/IL可知F/IL=2(T)当小段直导线垂直于磁场B时,受力最大,因而此时可能导线与B 不垂直,即Bsinθ=2T,因而B≥2T。
高考必知知识点磁场一、磁场磁极和磁极之间的相互作用是经过磁场发作的。
电流在周围空间发生磁场,小磁针在该磁场中遭到力的作用。
磁极和电流之间的相互作用也是经过磁场发作的。
电流和电流之间的相互作用也是经过磁场发生的磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形状的物质,磁极或电流在自己的周围空间发生磁场,而磁场的基本性质就是对放入其中的磁极或电流有力的作用。
二、磁现象的电实质1.罗兰实验正电荷随绝缘橡胶圆盘高速旋转,发现小磁针发作偏转,说明运动的电荷发生了磁场,小磁针遭到磁场力的作用而发作偏转。
2.安培分子电流假说法国学者安培提出,在原子、分子等物质微粒外部,存在一种环形电流-分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为庞大的磁体,它的两侧相当于两个磁极。
安培是最早提醒磁现象的电实质的。
一根未被磁化的铁棒,各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场相互抵消,对外不显磁性;当铁棒被磁化后各分子电流的取向大致相反,两端对外显示较强的磁性,构成磁极;留意,当磁体遭到高温或猛烈敲击会失掉磁性。
3.磁现象的电实质运动的电荷〔电流〕发生磁场,磁场对运动电荷〔电流〕有磁场力的作用,一切的磁现象都可以归结为运动电荷〔电流〕经过磁场而发作相互作用。
三、磁场的方向规则:在磁场中恣意一点小磁针北极受力的方向亦即小磁针运动时北极所指的方向就是那一点的磁场方向。
四、磁感线1.磁感线的概念:在磁场中画出一系列有方向的曲线,在这些曲线上,每一点切线方向都跟该点磁场方向分歧。
2.磁感线的特点〔1〕在磁体外部磁感线由N极到S极,在磁体外部磁感线由S极到N极〔2〕磁感线是闭合曲线〔3〕磁感线不相交〔4〕磁感线的疏密水平反映磁场的强弱,磁感线越密的中央磁场越强3.几种典型磁场的磁感线〔1〕条形磁铁〔2〕通电直导线a.安培定那么:用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向分歧,弯曲的四指所指的方向就是磁感线盘绕的方向;b.其磁感线是内密外疏的同心圆〔3〕环形电流磁场a.安培定那么:让右手弯曲的四指和环形电流的方向分歧,伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线的磁感线方向。
考点9磁场1. (2020 -江苏物理卷•T9)如图所示,在匀强磁场中附加另一匀强磁场,附加磁场位于图中阴影区域,附加磁场区域的对称轴00与SS垂直。
a、b、c三个质子先后从S点沿垂直于磁场的方向射入磁场,它们的速度大小相等,b的速度方向与SS垂直,a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为、,且。
三个质子经过附加磁场区域后能达到同一点S',则下列说法中正确的有()A. 三个质子从S运动到S'的时间相等B. 三个质子在附加磁场以外区域运动时,运动轨迹的圆心均在00轴上C•若撤去附加磁场,a到达SS连线上的位置距S点最近D.附加磁场方向与原磁场方向相同【命题立意】本题以三个速度大小相同的质子在磁场中运动,考查带电粒子在磁场中的运动,题目设置较难。
【思路点拨】解答本题可按以下思路分析:【规范解答】选C、0三个质子从S 运动到S的过程中,运动轨迹的长度从a、b、c依次增大,由于洛仑兹力对质子不做功,三个质子速度大小始终相等,运动时间不相等,A错误;三个质子在附加磁场以外区域及附加磁场区域运动时,以质子b为例画出其运动轨迹图两种情况(R>r和R<r)如图①②所示,由图可以看出质子b 的运动轨迹的圆心不在00轴上,所以B 错误;用作图法 可知,若撤去附加磁场,a 到达SS 连线上的位置距S 点距离为x a 2Rsin (㊁)2Rcos)2Rcos ,b 到达SS 连线上的位置距S 点距离为x b 2R ,c 到达SS 连线上的位置距S 点距离为x c 2Rsin() 2Rcos ,可知a 到达SS 连线上的位置距 S 点2最近,C 正确;因b 要增大曲率,才 能使到达SS 连线上的位置向S 点靠近,所以附 加磁场方向与原磁场方向相同,D 正确。
2. (2020 •新课标全国卷・T25) (18分)如图所示,在O W x < ,—, ______________________________ a 、O W y W a 范围内有垂直于xy 平面向外的匀强磁「场,磁感 血;…益…=…彩2. ■ ■ 〃 H应强度大小为B 。
坐标原点0处有一个粒子源,在某时刻发射大 ................. :I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, 左 : : :—计-速度方向均在xy 平面内,与y 轴正方向的夹角分布在0〜90° 范围内。
己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a/2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。
【命题立意】本题以大量带电粒子沿各个方向在有界匀强磁场中作匀速圆周运动, 建立一幅动态运动图景,考查考生空间想象能力和运用数学知识处理物理问题的能力。
【思路点拨】解答本题可按以下思路分析:【规范解答】(1) 设粒子的发射速度为v ,粒子做圆周运动的轨道半径为 R,由牛顿第二定律和 洛伦兹力公式,得:2Rsi ng2v qvB m , R由①解得:R 篇画出沿+ y 方向以a/2为半径做匀速圆周运动轨迹如图①所示, 再画出从坐标原点0沿与y 轴正方向以半径 R )(a/2<R o <a )做匀速圆周运动且圆弧轨迹与磁场上边界相 切时的临界轨迹②,然后将临界轨迹②以 0为圆心顺时针或逆时针旋转,根据在磁场中的轨迹线的长度即可判断运动时间的长短,如下图所示。
从图不难看出临界轨 迹②对应的运动时间最长。
可得:(2 分)(1 分)当a R a 时,在磁场中运动时间最长的粒子,其轨迹是圆心为2弧与磁场的上边界相切,如图所示,设该粒子在磁场中运动的时间为Tt4, C 的圆弧,圆 t ,依题意得:OCAO2设最后离开磁场的粒子的发射速度方向与(4 分) y 轴正方向的夹角为,由几何关系RsinRsin aa R - 2Rcos(2 分) (2 分)又 sin 2cos 2(1 分)由④⑤⑥式解得:(2)a(2 分)由②⑦式得:(2 (2 分)(2)由④⑦式得: sin6 6 10(2 分)ACX 衣: •• > « x x f k!x' x x克/x X X B<k X X X X X 乂乂-F 岳二:Jx【答案】(1)v (2 —)aqB(2)Sin - 62 m 10【类题拓展】巧解有界磁场中部分圆弧运动问题(1)分析思路三步走:1. 确定圆心,画出轨迹;2. 找几何关系,定物理量;3. 画动态图,定临界状态。
(2)分析方法四优法1. 几何对称法:粒子的运动轨迹关于入射点和出射点的中垂线对称。
2. 动态放缩法:速度越大半径越大,但速度方向不变的粒子圆心在垂直速度方向的直线上。
3. 旋转平移法:定点离子源发射速度大小相等、方向不同的所有粒子的轨迹圆圆心在以入射点为圆心,半径R 的圆上,相当于将一个定圆以入射点为圆心旋转。
qB4. 数学解析法:写出轨迹圆和圆形边界的解析方程,应用物理和数学知识求解。
本题巧妙地应用动态放缩法和旋转平移法能够很快得出带电粒子在磁场中运动时间最长的临界轨迹,问题也就迎刃而解了。
3. (2020 •浙江理综•T24)(22分)在一个放射源水平放射出a、B和丫三种射线, 垂直射入如图所示磁场。
区域I和U的宽度均为d,各自存在着垂直纸面的匀强磁场,两区域的磁感强度大小B相等,方向相反(粒子运动不考虑相对论效应)。
1 2 31 若要筛选出速率大于V1的B粒子进入区域U,求磁场宽度d与B和V1的关系。
2 若B= 0.0034 T,v—0.1 c (c是光速度),则可得d,a粒子的速率为0.001C,计算a和丫射线离开区域I时的距离;并给出去除a和丫射线的方法。
(3) 当d 满足第(1)小题所给关系时,请给出速率在v i <vvv 2区间的B 粒子离开区 域U 时的位置和方向。
(4)请设计一种方案,能使离开区域U 的B 粒子束在右侧聚焦且水平出射。
已知:电子质量 m e 9.1 10 31kg , 粒子质量m 6.7 10 27 kg ,电子电荷量q 1.6 10 19C ,1 x 1 X (x 1时)2【命题立意】本题有机整合了原子物理和磁场内容,体现综合性和新颖性,主要考查 带电粒子在磁场中的匀速圆周运动和对三种射线的理解。
【思路点拨】作图分析,找到B 粒子能进入区域U 的临界条件,并画出a 、B 粒 子开区域I 和离开区域U 时的位置,充分利用几何关系。
【规范解答】(1) 根据带电粒子在磁场以洛伦兹力作用后作匀速圆周运动的规律mv 2 金qvB①R由临界条件得d 、B 和V 1的关系为m e v 1 d (2) 由①式可得粒子的回旋半径由②式得9 lxl0-n >:3.0xl07_1.6 0.003^1竖直方向的距离为qB_ 6.7X1Q-27 0x10s'2xl^xlQ-B x0.0034I 2 2y R R d 0.7mm可见通过区域I 的磁场难以将 粒子与 射线分离,可用薄纸挡去 粒子,需用厚(3) 在上述磁场条件下,要求速率在 v , v v 2区间的 粒子离开区域U 时的位置 和方向。
先求出速度为V 2的 粒子所对应的圆周运动半径该B 粒子从区域I 磁场射出时,垂直方向偏离的距离为y 2 R 2 R | d 2 me (v 2v ; v ;)qB同理可得,与速度为v i 对应的B粒子从区域U 时射出时,垂直方向偏离的距离为同理可得,与速度为V 1对应的B粒子垂直方向偏离的距离为V 区间射出 粒子束宽为2丫2 2£,方向向右侧,如图所示。
(4)由对称性可以设计出如图所示的磁场区域,最后形成聚焦,且方向水平向右。
铅板挡掉丫射线。
Y , 2d答案:见规范解答【类题拓展】带电粒子在匀强磁场匀速圆周运动问题的一般思路带电粒子在磁场中的运动是高中物理的一个难点,也是高考的热点。
在历年的高考试题中几乎年年都有这方面的考题。
带电粒子在磁场中的运动问题综合性较强,解这类问题既要用到物理中的洛伦兹力、圆周运动的知识,又要用到数学方法中的平面几何中的圆及解析几何知识。
解决带电粒子在磁场中的受力和运动问题的一般思路可概括为:定圆心、定半径、作轨迹、找联系、用规律。
它是学生运用数学方法处理物理问题的能力的重要体现。
【例】(2020 •浙江理综・T 25)如图所示,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上。
在xOy 平面内有与y轴平行的匀强电场,在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场。
在圆的左边放置一带电微粒发射装置,它沿x轴正方向发射出一束具有相同质量m电荷量q(q>0)和初速度v的带电微粒。
发射时,这束带电微粒分布在0<y<2R 的区间内。
已知重力加速度大小为g o(1) 从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区域,并从坐标原点O沿y轴负方向离开,求电场强度和磁感应强度的大小和方向。
(2) 请指出这束带电微粒与x轴相交的区域,并说明理由(3)若这束带电微粒初速度变为2v ,那么它们与x 轴相交 的区域又在哪里?并说明理由。
【解 析】本题考查带电粒子在复合场中的运动。
带电粒子平行于x 轴从C 点进入磁场,说明带电微粒所受重 力和电场力平衡。
设电场强度大小为E ,由mg qE可得E 方向沿y 轴正方向。
q带电微粒进入磁场后,将做圆周运动。
且r=R2如图(a )所示,设磁感应强度大小为B 。
由 qvB mv -R得B mV 方向垂直于纸面向外qR(2)这束带电微粒都通过坐标原点其圆心位于其正下方的Q 点,如图(b )所示,这束带电微粒进入磁场后的圆心轨迹是 如图(b )的虚线半圆,此圆的圆心是坐标原点方法二:从任一点P 水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为 R 的匀速圆 周运动。
如图(b )示,高P 点与O 点的连线与y 轴的夹角为其圆心Q 勺坐标 为(-Rsin 9,Rcos B ),带电微粒运动轨迹方程为2 2 2方法 从任一点P 水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为 R 的匀速圆周运动,图x Rsi n y Rcos R得 x=0 x=-Rs in 0y=0或y=R (1+cos 0)(3)这束带电微粒与x 轴相交的区域是x>0带电微粒在磁场中经过一段半径为r '的 圆弧运动后,将在y 轴的右方(x>0)的区域离开磁场并做匀速直线运动,如图(c )所 示。
靠近M 点发射出来的带电微粒在突出磁场后会射向 x 轴正方向的无穷远处靠近N 点发射出来的带电微粒会在靠近原点之处穿出磁场。
【答案】(1) mv ;方向垂直于纸面向外E=mg ;方向沿y 轴正方向qRq(2) 这束带电微粒都通过原点理由见解析(3) 与x 轴相交的区域范围是x>0 理由见解析4. (2020 •安徽理综・T 23) (16分)如图1所示,宽度为d 的竖直狭长区域内(边界为L 、L 2),存在垂直纸面向里的匀 强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图2所示),电场强度的大小为E 。