2019-2020年高二物理上學(xué)期 磁場專題練習(xí).doc
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2019-2020年高二物理上學(xué)期 磁場專題練習(xí) 我們前面復(fù)習(xí)了電場，對場的概念有了一定的了解?，F(xiàn)在我們開始學(xué)習(xí)磁場這個東西，其實(shí)對于磁場我們好像更了解，磁鐵、地磁場這些名字從小回蕩在你我耳邊。但是不幸的是，這章好像與這些沒有什么關(guān)系。并且我們要強(qiáng)調(diào)，我們這張對于磁場中的力是忽略掉其對鐵、鈷、鎳的作用的，我們所用的導(dǎo)體與磁場是沒有作用的。我們研究的還是帶電物體的在磁場中的作用的。 1、 知識結(jié)構(gòu) 1、磁場 １．磁場是磁極、電流周圍存在的一種物質(zhì)，對放在磁場中的磁極、電流具有力的作用。 ２．磁場的方向：規(guī)定在磁場中任一點(diǎn)小磁針N極受力的方向（或小磁針靜止時N極的指向）就是那一點(diǎn)的磁場方向。 2、磁感線 １．磁場中人為地畫出一系列曲線，曲線的切線方向表示該位置的磁場方向，曲線的疏密能定性地表示磁場的強(qiáng)弱，這一系列曲線稱為磁感線。要掌握條形磁鐵、蹄形磁鐵形成磁場及地磁場中的磁感線分布情況。 ２．磁感線是閉合曲線，在磁體外部由N極到S極，在磁體內(nèi)部由S極到N極。 圖A-11-50-1 ３．磁感線的方向（磁場方向）可用安培定則判斷。 ４．幾種特殊磁場特點(diǎn)及其磁感線分布。 ⑴直線電流的磁場 特點(diǎn)：無磁極、非勻強(qiáng)、且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱；直線電流磁場的磁感線的立體圖、橫截面、縱截面圖如圖A-11-50-1所示。 圖A-11-50-2 ⑵通電螺線管的磁場 特點(diǎn)：與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場，且磁場最強(qiáng)，管外為非勻強(qiáng)磁場；通電螺線管磁場的磁感線的立體圖、橫截面圖、縱截面圖如圖A-11-50-2所示。 圖A-11-50-3 ⑶環(huán)形電流的磁場 特點(diǎn)：環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場越弱；環(huán)形電流的磁感線的立體圖、橫截面圖、縱截面圖如圖A-11-50-3所示。 ⑷地磁場 ①地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近，磁感線分布如圖A-11-50-4所示。 ②地磁場B的水平分量（Bx）總是從地球南極指向北極，而豎直分量（By）則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。 ③在赤道平面上，距離地球表面相等的各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，且方向水平向北。 3、磁感應(yīng)強(qiáng)度 １．定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線，受到的磁場力F與電流I和導(dǎo)線長度L的乘積的比值叫做通電直導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 定義式為，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該位置的磁場方向。 ２．說明 ⑴磁場中某位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及方向是存在的，與放入的電流I的大小、導(dǎo)線的長短即L的大小無關(guān)，與電流受到的力也無關(guān)，即使不放入載流導(dǎo)體，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度也照樣存在，因此不能說B與F成正比，或B與IL成反比。 ⑵磁場應(yīng)強(qiáng)度B是矢量滿足分解合成的平行四邊形定則，注意磁場應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處的磁場方向，并不是在該處的電流的受力方向。 ⑶磁場應(yīng)強(qiáng)度的定義式是典型的比值定義法，要注意此定義式描述的物理情景及適應(yīng)條件：一小段通電導(dǎo)體垂直磁場方向放入磁場。 四、安培力 １．定義：磁場對電流的作用力叫安培力。 ２．安培力的大小計算：F=BILsinθ，其中θ為B的方向與I的方向的夾角。 ３．安培力的方向判斷 ⑴左手定則：伸開左手，讓大拇指跟其余的四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，四指指向電流方向，那么拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線所受的安培力方向。 ⑵安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I三者的方向關(guān)系。 通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力F，總垂直于電流與磁感線所確定的平面。 4、洛倫茲力 １．定義：運(yùn)動電荷在磁場中受到的磁場力叫洛倫茲力。 ２．洛倫茲力的大小計算 ⑴公式F=qvB適用于勻強(qiáng)磁場且的情況，式中的v是電荷相對于磁場的速度。 ⑵v與B夾角為θ，則有 ⑶v=0，F(xiàn)=0,即磁場對靜止電荷無作用力，只對運(yùn)動電荷產(chǎn)生作用力。 ３．洛倫茲力的方向判定 ⑴左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四指垂直，且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直（或斜著）穿入掌心，四指指向正電荷運(yùn)動的方向（或負(fù)電荷運(yùn)動的反方向），那么，大拇指所指的方向就是運(yùn)動電荷的反方向。 ⑵說明：①四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動的方向或負(fù)電荷運(yùn)動的反方向。 ②安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。所以洛倫茲力的方向與安培力的方向一樣可由左手定則判定。 ③判定洛倫茲力方向時，一定要注意F垂直于v和B所決定的平面。當(dāng)運(yùn)動電荷的速度v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時，運(yùn)動電荷不受洛倫茲力作用，仍以初速度做勻速直線運(yùn)動。 ④在磁場中靜止的電荷不受洛倫茲力作用。 5、帶電粒子在磁場中運(yùn)動 １．若v//B，帶電粒子以速度v做勻速直線運(yùn)動。（此情況下洛倫茲力F=0） ２．若，帶電粒子在垂直磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做勻速圓周運(yùn)動。 ⑴向心力由洛倫茲力提供 ⑵軌道半徑公式 ⑶周期 ⑷頻率 6、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的解題方法 在研究帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中作勻速圓周運(yùn)動規(guī)律時，著重把握“一找圓心，二找半徑，三找周期”的規(guī)律． ⑴圓心的確定：因?yàn)槁鍋銎澚指向圓心，根據(jù)f⊥ v，畫出粒子運(yùn)動軌跡中任意兩點(diǎn)(一般是指射人和射出磁場兩點(diǎn))的f的方向，沿兩個洛侖茲力f畫其延長線，兩延長線的交點(diǎn)即為圓心，或利用圓心位置必定在圓中一根弦的中垂線上，作出圓心位置． ⑵半徑的確定和計算：利用平面幾何關(guān)系，求出該圓的可能半徑(或圓心角)． ⑶粒子在磁場中運(yùn)動時間的確定：利用圓心角θ與弦切角的關(guān)系，或者利用四邊形內(nèi)角和等于3600計算出圓心角θ的大小，由公式可求出粒子在磁場中的運(yùn)動時間． ⑷注意圓周運(yùn)動中有關(guān)對稱規(guī)律． 如從同一邊界射入的粒子，從同一邊界射出時，速度與邊界的夾角相等；在圓形磁場區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出． 7、復(fù)合場 1.同時存在電場和磁場的區(qū)域，同時存在磁場和重力場的區(qū)域，同時存在電場、磁場和重力的區(qū)域，都叫做疊加場，也稱為復(fù)合場。 2.三種場力的特點(diǎn) ⑴重力的大小為mg，方向豎直向下。重力做功與路徑無關(guān)，其數(shù)值除與帶電粒子的質(zhì)量有關(guān)外，還與始、終位置的高度差有關(guān)。 ⑵電場力的大小為qE，方向與電場強(qiáng)度E及帶電粒子所帶電荷的性質(zhì)有關(guān)。電場力做功與路徑無關(guān)，其數(shù)值除與帶電粒子的電荷量有關(guān)外，還與始、終位置的電勢差有關(guān)。 ⑶洛倫茲力的大小跟速度與磁場方向的夾角有關(guān)，當(dāng)帶電粒子的速度與磁場方向平行時，F(xiàn)洛＝0；當(dāng)帶電粒子的速度與磁場方向垂直時，F(xiàn)洛＝qvB。洛倫茲力的方向垂直于速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B所決定的平面。無論帶電粒子做什么運(yùn)動，洛倫茲力都不做功。 3.注意：電子、質(zhì)子、α粒子、離子等微觀粒子在疊加場中運(yùn)動時，一般都不計重力。但質(zhì)量較大的質(zhì)點(diǎn)（如帶電塵粒）在疊加場中運(yùn)動時，不能忽略重力。 8、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的分析方法 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，實(shí)際上仍是一個力學(xué)問題，分析的基本思路是：首先正確地對帶電粒子進(jìn)行受力分析和運(yùn)動情況分析，再運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)規(guī)律、動量定理、動能定理及動量和能量守恒定律等知識進(jìn)行求解。 進(jìn)行受力分析時，要注意重力的判定。一般情況下，電子、質(zhì)子、離子等基本粒子的重力可忽略不計；帶電油滴、塵埃、小球等宏觀物質(zhì)顆粒重力不能忽略；或根據(jù)題目是否有明確的要求或暗示確定重力。 運(yùn)用規(guī)律求解時，對單個物體，宜用兩大定理；涉及時間優(yōu)先考慮動量定理，涉及位移優(yōu)先考慮動能定理；對多個物體組成的系統(tǒng)討論，則優(yōu)先考慮兩大守恒定律；涉及加速度的力學(xué)問題用牛頓第二定律，必要時再用運(yùn)動學(xué)公式。 9、帶電粒子在復(fù)合場中的實(shí)際應(yīng)用 1).速度選擇器（如圖A-11-52-1） 圖A-11-52-1 ⑴速度選擇器的條件：帶電粒子從小孔S1水平射入，勻速通過疊加場，并從小孔S2水平射出，電場與洛倫茲力平衡 即 ⑵使粒子勻速通過選擇器的兩種途徑 ①當(dāng)v0一定時，調(diào)節(jié)E和B的大小 ②當(dāng)E和B一定時，調(diào)節(jié)加速電壓U的大小，根據(jù)功能關(guān)系和勻速運(yùn)動條件，有 所以，加速電壓應(yīng)為 2).質(zhì)譜儀 質(zhì)譜儀是一種測量帶電粒子質(zhì)量和分離同位素的儀器。 圖A-11-52-2 如圖A-11-52-2所示，離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m，電荷量為q的正離子（所受重力不計）。離子出來時速度很?。珊雎圆挥嫞?，經(jīng)過電壓為U的電場加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，經(jīng)過半個周期到達(dá)記錄它的照相底片P上，測得它在P上的位置到入口處的距離為L，則 聯(lián)立求解得. 因此，只要知道q、B、L與U，就可計算出帶電粒子的質(zhì)量m。 又因∝L2，不同質(zhì)量的同位素從不同處可得到分離，故質(zhì)譜儀又是分離同位素的重要儀器。 3).回旋加速器 圖A-11-52-3 回旋加速器的工作原理如圖 A-11-52-3所示，設(shè)離子源中放出的是帶正電的粒子，帶正電的粒子以一定的初速度v0進(jìn)入下方D形盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動，運(yùn)動半周后回到窄縫的邊緣，這時在A1、A1間加一向上的電場，粒子將在電場作用下被加速，速率由v0變?yōu)関1,然后粒子在上方D形盒的勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動，經(jīng)過半個周期后到達(dá)窄縫的邊緣A2′，這時在A2、A2′間加一向下的電場，使粒子又一次得到加速，速率變?yōu)関2，這樣使帶電粒子每通過窄縫時被加速，又通過盒內(nèi)磁場的作用使粒子回旋到窄縫，通過反復(fù)加速使粒子達(dá)到很高的能量。 帶電粒子在磁場中運(yùn)動的半徑為，所以粒子被加速后回旋半徑一次比一次增大；而帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期，所以粒子在磁場中運(yùn)動的周期始終保持不變，這樣只要加在兩個電極上的高頻電源的周期與帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期相同，就可以保證粒子每經(jīng)過電場邊界AA和A′A′時正好趕上合適的電場方向而被加速。 4).磁流體發(fā)電機(jī) 圖A-11-52-4 如圖 A-11-52-4是磁流體發(fā)電機(jī)，其原理是等離子氣體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板上，產(chǎn)生電勢差，設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距L，等離子體的電阻率為ρ，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過A、B板間時，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢差最大，即為電源電動勢，此時離子受力平衡：，電動勢，電源內(nèi)電阻，所以R中電流。 圖A-11-52-5 5).電磁流量計 電磁流量計原理可解釋為：如圖A-11-52-5所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動。導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負(fù)離子）在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢差。當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定。 由， 流量。 2、 專題專練 1.xx全國卷Ⅰ17某地的地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量方向向下，大小為T。一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00m，該河段漲潮和落潮時有海水（視為導(dǎo)體）流過。設(shè)落潮時，海水自西向東流，流速為2m/s。下列說法正確的是 A．河北岸的電勢較高 B．河南岸的電勢較高 C．電壓表記錄的電壓為9mV D．電壓表記錄的電壓為5mV 答案：BD 2.（09年全國卷Ⅰ）17.如圖，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向（垂直于紙面向里）垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L，且。流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示。導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力 （ ） A. 方向沿紙面向上，大小為 B. 方向沿紙面向上，大小為 C. 方向沿紙面向下，大小為 D. 方向沿紙面向下，大小為 答案：A 圖11-5 乙 甲 F B 3．如圖11-5所示，甲是一個帶正電的小物塊，乙是一個不帶電的絕緣物塊，甲、乙疊放在一起靜置于粗糙的水平地板上，地板上方空間有水平方向的勻強(qiáng)磁場?，F(xiàn)用水平恒力拉乙物塊，使甲、乙無相對滑動地一起水平向左加速運(yùn)動，在加速運(yùn)動階段（ ） A．乙物塊與地之間的摩擦力不斷增大 B．甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷增大 C．甲、乙兩物塊間的摩擦力大小不變。 D．甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小 答案：A D 4.（09年海南物理）2．一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定。導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示。當(dāng)沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)：當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是 （ ） 答案：D 5. xx上海物理13 如圖，長為的直導(dǎo)線拆成邊長相等，夾角為的形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為的電流時，該形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為 （A）0 （B）0.5 （C）（D） 答案：C 6.（08廣東卷）4．1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形合D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是 ( ) A．離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 C．離子從磁場中獲得能量 D．離子從電場中獲得能量 答案：AD 甲 乙 A 甲 乙 B 乙 甲 C 乙 甲 D 7.（07海南卷）4. 粒子甲的質(zhì)量與電荷量分別是粒子乙的4倍與2倍，兩粒子均帶正電，讓它們在勻強(qiáng)磁場中同一點(diǎn)以大小相等、方向相反的速度開始運(yùn)動。已知磁場方向垂直紙面向里。以下四個圖中，能正確表示兩粒子運(yùn)動軌跡的是 （ ） 答案：A 8.（07天津理綜）19.如圖所示，在x軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。一個不計重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O處以速度v進(jìn)入磁場，粒子進(jìn)入磁場時的速度方向垂直于磁場且與x軸正方向成120角，若粒子穿過y軸正半軸后在磁場中到x軸的最大距離為a，則該粒子的比荷和所帶電荷的正負(fù)是( ) O x y v A． 正電荷 B． 正電荷 C． 負(fù)電荷 D． 負(fù)電荷 答案：C 9.(06江蘇卷）13．關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是 （ ） A．磁感線是實(shí)際存在于磁場中的線 B．磁感線上任意一點(diǎn)的切線方向，都跟該點(diǎn)的磁場方向一致 C．磁感線是一條條不閉合的曲線 D．磁感線有可能出現(xiàn)相交的情況 答案：B 10．江蘇省淮陰中學(xué)xx屆高三學(xué)情調(diào)研如圖所示，正方形區(qū)域abcd中充滿勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里。一個氫核從ad邊的中點(diǎn)m沿著既垂直于ad邊又垂直于磁場的方向，以一定速度射入磁場，正好從ab邊中點(diǎn)n射出磁場。若將磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，其他條件不變，則這個氫核射出磁場的位置是（ ） A．在b、n之間某點(diǎn) B．在n、a之間某點(diǎn) C．就從a點(diǎn)射出 D．在a、m之間某點(diǎn) 答案：C 11．江蘇省泰州市三所重點(diǎn)高中xx屆高三期末如圖所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，三個質(zhì)量和電荷量都相同的帶電粒子a、b、c，以不同的速率對準(zhǔn)圓心O沿著AO方向射入磁場，其運(yùn)動軌跡如圖。若帶電粒子只受磁場力的作用，則下列說法正確的是（ ） A．a(chǎn)粒子動能最大 B．c粒子速率最大 C．b粒子在磁場中運(yùn)動時間最長 D．它們做圓周運(yùn)動的周期Ta下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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