1、第2講磁場對電流和電荷的作用,專題三電場和磁場,考點(diǎn)一有關(guān)磁場的基本知識辨析,考點(diǎn)三帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的多過程問題,考點(diǎn)四帶電粒子在有界磁場中的臨界極值問題,考點(diǎn)二帶電粒子在有界磁場中的基本運(yùn)動(dòng),真題研究,1.(2017浙江4月選考9)如圖1所示，兩平行直導(dǎo)線cd和ef豎直放置，通以方向相反、大小相等的電流，a、b兩點(diǎn)位于導(dǎo)線所在的平面內(nèi).則 A.b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 B.ef導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里 C.cd導(dǎo)線受到的安培力方向向右 D.同時(shí)改變兩導(dǎo)線的電流方向，cd導(dǎo)線受到的安培力方向不變,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,圖1,解析根據(jù)右手定則可知b處的兩處分磁場

2、方向均為垂直紙面向外，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤； ef在a處的磁場垂直紙面向外，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 根據(jù)左手定則可判斷，方向相反的兩個(gè)電流的安培力互相排斥，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤； 不管電流方向如何，只要電流方向相反，就互相排斥，選項(xiàng)D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,2.(2016浙江10月學(xué)考10)如圖2所示，把一根通電的硬直導(dǎo)線ab用輕繩懸掛在通電螺線管正上方，直導(dǎo)線中的電流方向由a向b.閉合開關(guān)S瞬間，導(dǎo)線a端所受安培力的方向是 A.向上B.向下 C.垂直紙面向外D.垂直紙面向里,1,2,3,4,5,6,7,8,圖2,解析根據(jù)右手定則可知，開關(guān)閉合后，螺線管產(chǎn)生的磁極N極在右側(cè).根據(jù)左手定則可知，a

3、端受力應(yīng)垂直紙面向里，選項(xiàng)D正確.,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,3.(2016浙江4月選考9)法拉第電動(dòng)機(jī)原理如圖3所示.條形磁鐵豎直固定在圓形水銀槽中心，N極向上.一根金屬桿斜插在水銀中，桿的上端與固定在水銀槽圓心正上方的鉸鏈相連.電源負(fù)極與金屬桿上端相連，與電源正極連接的導(dǎo)線插入水銀中.從上往下看，金屬桿 A.向左擺動(dòng) B.向右擺動(dòng) C.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),解析根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)電金屬桿所受安培力將會(huì)使其逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，D對.,答案,解析,圖3,4.(人教版選修31P93“做一做”改編)物理老師在課堂上做了一個(gè)“旋轉(zhuǎn)的液體”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4：裝有導(dǎo)電液的玻璃器皿放

4、在上端為S極的蹄形磁鐵的磁場中，器皿中心的圓柱形電極與電源負(fù)極相連， 內(nèi)壁邊緣的圓環(huán)形電極與電源正極相連.接通電源后液體 旋轉(zhuǎn)起來，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)以下說法中正確的是 A.液體中電流由中心流向邊緣；從上往下俯視，液體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) B.液體中電流由中心流向邊緣；從上往下俯視，液體順時(shí)針旋轉(zhuǎn) C.液體中電流由邊緣流向中心；從上往下俯視，液體順時(shí)針旋轉(zhuǎn) D.液體中電流由邊緣流向中心：從上往下俯視，液體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),模擬訓(xùn)練,圖4,1,2,3,4,5,6,7,8,答案,解析,解析由圖可知液體中電流由邊緣流向中心，蹄形磁鐵的上端為S極，導(dǎo)電液處磁場方向豎直向上，由左手定則可知電流受到的安培力方向從上往下俯視為逆

5、時(shí)針方向，所以液體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故選項(xiàng)D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,5.(2017浙江“七彩陽光”聯(lián)考)小張同學(xué)將兩枚小磁針放進(jìn)某磁場中，發(fā)現(xiàn)小磁針靜止時(shí)如圖5所示(忽略地磁場的影響)，則該磁場一定不是 A.蹄形磁鐵所形成的磁場 B.條形磁鐵所形成的磁場 C.通電螺線管所形成的磁場 D.通電直導(dǎo)線所形成的磁場,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,圖5,6.(2017稽陽聯(lián)誼學(xué)校8月聯(lián)考)如圖6所示為電流天平，可以用來測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為l，處于勻強(qiáng)磁場內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與線圈 平面垂直，當(dāng)線圈中通過電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)

6、 到平衡，然后使電流反向，大小不變，這時(shí)需要在左盤 中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達(dá)到新的平衡， 當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為,解析電流方向反向，安培力的變化為2nBIl，大小等于mg，C對.,1,2,3,4,5,6,7,8,答案,解析,圖6,1,2,3,4,5,6,7,8,7.(2016紹興市9月選考)如圖7所示，電子槍向右發(fā)射電子束，其正下方水平直導(dǎo)線內(nèi)通有向右的電流，則電子束將 A.向上偏轉(zhuǎn) B.向下偏轉(zhuǎn) C.向紙外偏轉(zhuǎn) D.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn),解析由安培定則知水平直導(dǎo)線上方磁場方向垂直于紙面向外，由左手定則知向右運(yùn)動(dòng)的電子受到向上的洛倫茲力，故A正確.,答案,解析,圖7,8.(20

7、17紹興市選考模擬)下列說法正確的是 A.條形磁鐵內(nèi)部的磁感線方向是從磁鐵的N極指向S極 B.一小段通電導(dǎo)線放在某處不受磁場力作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 C.兩通電導(dǎo)線之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的 D.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，穿過面積為S的平面的磁通量為BS,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,解析條形磁鐵內(nèi)部的磁感線方向是從磁鐵的S極指向N極的，A不正確； 一小段通電導(dǎo)線放在磁場中某處，若導(dǎo)線平行于磁場，既使磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，導(dǎo)線也不受磁場力作用，故B錯(cuò)； 兩通電導(dǎo)線間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，C正確； 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，只有當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于某平面時(shí)，穿過面積為S

8、的該平面的磁通量BS才成立，D不正確.故選C.,1,2,3,4,5,6,7,8,命題預(yù)測,1.如圖8所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P(a，0)點(diǎn)以速度v，沿與x正方向成60的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場中，并恰好垂直于y軸射出第一象限.求： (1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑.,1,2,3,圖8,答案,解析,解析粒子在磁場中在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，由射入、射出點(diǎn)可找到圓心O，,1,2,3,1,2,3,(2)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.,答案,解析,1,2,3,(3)射出點(diǎn)的坐標(biāo).,答案,解析,解析由幾何關(guān)系有：粒子射出磁場時(shí)的縱坐標(biāo),2.空間有一圓柱形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，該區(qū)

9、域的橫截面的半徑為R，磁場方向垂直橫截面.一質(zhì)量為m、電荷量為q(q0)的粒子以速率v0沿橫截面的某直徑射入磁場，離開磁場時(shí)速度方向偏離入射方向60.不計(jì)重力，該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為,模擬訓(xùn)練,答案,解析,1,2,3,1,2,3,3.如圖9所示，正六邊形abcdef區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場.一帶正電的粒子從f點(diǎn)沿fd方向射入磁場區(qū)域，當(dāng)速度大小為vb時(shí)，從b點(diǎn)離開磁場，在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為tb，當(dāng)速度大小為vc時(shí)，從c點(diǎn)離開磁場，在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為tc，不計(jì)粒子重力.則速度之比vbvc和時(shí)間之比tbtc分別是多少？,1,2,3,答案1221,圖9,答案,解析,1,2,3,真題研究,1.

10、(2017浙江11月選考23)如圖10所示，x軸上方存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，坐標(biāo)原點(diǎn)有一正離子源，單位時(shí)間在xOy平面內(nèi)發(fā)射n0個(gè)速率均為v的離子，分布在y軸兩側(cè)各為的范圍內(nèi).在x軸上放置長度為L的離子收集板，其右端點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為2L，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 為B0時(shí)，沿y軸正方向入射的離子，恰好打在收 集板的右端點(diǎn).整個(gè)裝置處于真空中，不計(jì)重力， 不考慮離子間的碰撞，忽略離子間相互作用.,答案,解析,圖10,1,2,3,解析磁場強(qiáng)度為B0時(shí)，沿著y軸正方向射入的離子，正好打在收集板右端，則離子軌跡如圖甲：,1,2,3,(2)若發(fā)射的離子被收集板全部收集，求的最大值；,1,2,3,答案60,解

11、析如圖乙所示，以最大值m入射時(shí)， 根據(jù)幾何關(guān)系，有：2Rcos mL， 故m60,乙,答案,解析,(3)假設(shè)離子到達(dá)x軸時(shí)沿x軸均勻分布，當(dāng)37，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0B3B0的區(qū)間取不同值時(shí)，求單位時(shí)間內(nèi)收集板收集到的離子數(shù)n與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的關(guān)系.(不計(jì)離子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間),1,2,3,答案見解析,答案,解析,解析BB0，全部收集到離子時(shí)的最小半徑為R1，如圖丙 有2R1cos 37L,丙,當(dāng)B0B1.6B0時(shí)，n1n0 B1.6B0，恰好收集不到離子時(shí)的半徑為R2， 有R20.5L，得B22B0,當(dāng)2B0B3B0時(shí)，極板上無法收集到離子，n30.,1,2,3,模擬訓(xùn)練,2.為了進(jìn)一步提高回

12、旋加速器的能量，科學(xué)家建造了“扇形聚焦回旋加速器”.在扇形聚焦過程中，離子能以不變的速率在閉合平衡軌道上周期性旋轉(zhuǎn).扇形聚焦磁場分布的簡化圖如圖11所示，圓心為O的圓形區(qū)域等分成六個(gè)扇形區(qū)域，其中三個(gè)為峰區(qū)，三個(gè)為谷區(qū)，峰區(qū)和谷區(qū)相間分布.峰區(qū)內(nèi)存在 方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，谷區(qū)內(nèi) 沒有磁場.質(zhì)量為m，電荷量為q的正離子，以不變的速率v 旋轉(zhuǎn)，其閉合平衡軌道如圖中虛線所示. (1)求閉合平衡軌道在峰區(qū)內(nèi)圓弧的半徑r，并判斷離子旋 轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針；,圖11,答案,解析,1,2,3,解析峰區(qū)內(nèi)圓弧半徑r 旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,1,2,3,(2)求軌道在一個(gè)峰區(qū)內(nèi)圓弧

13、的圓心角，及離子繞閉合平衡軌道旋轉(zhuǎn)的周期T；,答案,解析,1,2,3,(3)在谷區(qū)也施加垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，新的閉合平衡軌道在一個(gè)峰區(qū)內(nèi)的圓心角變?yōu)?0，求B和B的關(guān)系.已知：sin ( )sin cos cos sin ，cos 1,答案,解析,1,2,3,解析如圖乙所示，谷區(qū)內(nèi)的圓心角1209030,1,2,3,3.如圖12甲所示，M、N為豎直放置且彼此平行的兩塊平板，板間距離為d，兩板中央各有一個(gè)小孔O、O且正對，在兩板間有垂直于紙面方向的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖乙所示.有一束正離子在t0時(shí)垂直于M板從小孔O射入磁場.已知正離子質(zhì)量為m，帶電荷量為q，正離子在

14、磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周 期都為T0，不考慮由于磁場變化而產(chǎn)生 的電場的影響，不計(jì)離子所受重力.求： (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的大?。?圖12,1,2,3,答案,解析,解析設(shè)垂直于紙面向里的磁場方向?yàn)檎较?正離子射入磁場，洛倫茲力提供向心力,1,2,3,(2)要使正離子從O孔垂直于N板射出磁場，求正離子射入磁場時(shí)的速度v0的可能值.,1,2,3,答案,解析,規(guī)律總結(jié),解決帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的多過程問題 (1)分析題目特點(diǎn)，確定帶電粒子運(yùn)動(dòng)的大致過程. (2)作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖. (3)對每一個(gè)過程確定圓心，幾何求半徑，運(yùn)用半徑公式、周期公式等規(guī)律求解. (4)若為周期

15、性重復(fù)的多解問題，尋找通項(xiàng)式，若是出現(xiàn)幾種解的可能性，注意每種解出現(xiàn)的條件.,真題研究,1.(2015浙江9月選考23)某科研小組設(shè)計(jì)了一個(gè)粒子探測裝置.如圖13甲所示，一個(gè)截面半徑為R的圓筒(筒長大于2R)水平固定放置，筒內(nèi)分布著垂直于軸線的水平方向勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.圖乙為圓筒的入射截面，圖丙為豎直方向過筒軸的切面.質(zhì)量為m，電荷量為q的正離子以不同的初速度垂直于入射截面射入筒內(nèi).圓筒內(nèi)壁布滿探測器，可記錄粒子到達(dá)筒壁的位置.筒壁上的P點(diǎn)和Q點(diǎn)與入射面的距離分別為R和2R.(離子碰到探測 器即被吸收，忽略離子間的相互作用) (1)離子從O點(diǎn)垂直射入，偏轉(zhuǎn)后到達(dá)P點(diǎn)， 求該離子的入

16、射速度v0的大??；,1,2,圖13,答案,解析,解析離子運(yùn)動(dòng)的半徑為R,1,2,1,2,(2)離子從OC線上垂直射入，求位于Q點(diǎn)處的探測器接收到的離子的入射速度范圍；,答案,解析,解析離子以v1從C點(diǎn)入射時(shí)，才能到達(dá)Q點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)半徑為R12R,從O點(diǎn)入射時(shí)，設(shè)半徑為R2，根據(jù)題意得,1,2,1,2,(3)若離子以第(2)問求得范圍內(nèi)的速度垂直入射，從入射截面的特定區(qū)域入射的離子偏轉(zhuǎn)后仍能到達(dá)距入射面為2R的筒壁位置，畫出此入射區(qū)域的形狀并求其面積.,答案,解析,所以特定入射區(qū)域?yàn)閳D中陰影部分 由幾何關(guān)系得,1,2,2.(2016寧波市模擬)如圖14所示，在足夠長的水平絕緣板上方距離為d的P點(diǎn)有一

17、個(gè)粒子發(fā)射源，能夠在紙面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射速率相等、比荷為k的帶正電的粒子，不考慮粒子間的相互作用和粒子重力.,模擬訓(xùn)練,(1)若已知粒子的發(fā)射速率為v0，在絕緣板上方加一電場強(qiáng)度大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場，求同一時(shí)刻發(fā)射出的帶電粒子打到板上的最大時(shí)間差；,圖14,1,2,答案,解析,解析當(dāng)速度方向豎直向下時(shí)，時(shí)間最短，當(dāng)速度方向豎直向上時(shí)，時(shí)間最長，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得,1,2,1,2,(2)若已知粒子的發(fā)射速率為v0，在絕緣板的上方只加一方向垂直紙面、磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的勻強(qiáng)磁場，求帶電粒子能到達(dá)板上的最大長度L.,答案,解析,規(guī)律總結(jié),解決帶電粒子的臨界問題的技巧方法 以題目中的“恰好”“最大”“最高