专题三 第13课时　磁场课件PPT

这是一份专题三 第13课时　磁场课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了第13课时磁场，命题规律，专题强化练，高考预测，磁场的产生与叠加，高考题型1，考向二等效长度，高考题型2，考向一直线边界磁场，考向二圆形区域磁场等内容，欢迎下载使用。
1.命题角度：(1)安培定则，磁场的叠加，安培力的分析和计算； (2)带电粒子在磁场中的运动； (3)动态圆模型.2.常考题型：选择题.
高考题型1　磁场的基本性质　安培力
高考题型2　带电粒子在匀强磁场中的运动
高考题型3　动态圆模型
磁场的基本性质　安培力
2.安培力的分析与计算
例1　(2017·全国卷Ⅲ·18)如图1，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为
考向一　安培定则　磁场叠加
例2　(2019·全国卷Ⅰ·17)如图2，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接.已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为A.2F D.0
解析　设三角形边长为l，通过导体棒MN的电流大小为I，
所以线框LMN受到的安培力大小为F＋F1＝1.5F，选项B正确.
例3　(2021·重庆市1月适应性测试·4)如图3所示，两根相同的竖直悬挂的弹簧上端固定，下端连接一质量为40 g的金属导体棒，部分导体棒处于边界宽度为d＝10 cm的有界匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里.导体棒通入4 A的电流后静止时，弹簧伸长量是未通电时的1.5倍.若弹簧始终处于弹性限度内，导体棒一直保持水平，则磁感应强度B的大小为(取重力加速度g＝10 m/s2) T B.0.5 T T
考向三　安培力作用下的平衡
分析带电粒子在磁场中运动的方法
带电粒子在匀强磁场中的运动
例4　(多选)(2019·海南卷·9)如图4，虚线MN的右侧有方向垂直于纸面向里的匀强磁场，两电荷量相同的粒子P、Q从磁场边界的M点先后射入磁场，在纸面内运动.射入磁场时，P的速度vP垂直于磁场边界，Q的速度vQ与磁场边界的夹角为45°，已知两粒子均从N点射出磁场，且在磁场中运动的时间相同，则A.P和Q的质量之比为1∶2B.P和Q的质量之比为 ∶1C.P和Q速度大小之比为 ∶1D.P和Q速度大小之比为2∶1
例5　(2021·全国乙卷·16)如图5，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场.若粒子射入磁场时的速度大小为v1，离开磁场时速度方向偏转90°；若射入磁场时的速度大小为v2，离开磁场时速度方向偏转60°，不计重力，则 为
解析　如图所示，设圆形磁场区域的半径为R，粒子以v1射入磁场时的轨迹半径为r1根据几何关系r1＝R，
例6　(2020·全国卷Ⅲ·18)真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为a和3a的同轴圆柱面，磁场的方向与圆柱轴线平行，其横截面如图6所示.一速率为v的电子从圆心沿半径方向进入磁场.已知电子质量为m，电荷量为e，忽略重力.为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，磁场的磁感应强度最小为
考向三　临界和极值问题
例7　(2020·全国卷Ⅰ·18)一匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，其边界如图7中虚线所示， 为半圆，ac、bd与直径ab共线，ac间的距离等于半圆的半径.一束质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子，在纸面内从c点垂直于ac射入磁场，这些粒子具有各种速率.不计粒子之间的相互作用.在磁场中运动时间最长的粒子，其运动时间为
解析　粒子在磁场中运动的时间与速度大小无关，由在磁场中的运动轨迹对应的圆心角决定.设轨迹交半圆 于e点，ce中垂线交bc于O点，则O点为轨迹圆心，如图所示.
例8　(多选)如图8所示，在绝缘板MN上方分布了水平方向的匀强磁场，方向垂直于纸面向里.距离绝缘板d处有一粒子源S，能够在纸面内不断地向各个方向同时发射电荷量为q、质量为m、速率为v的带正电粒子，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，已知粒子做圆周运动的半径也恰好为d，则
例9　(多选)如图9所示，一束电子以大小不同的速率沿图示方向垂直飞入横截面是一正方形的匀强磁场区域，下列判断正确的是A.电子在磁场中运动时间越长，其轨迹线越长B.电子在磁场中运动时间越长，其轨迹线所对应的 圆心角越大C.在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹线不一定 重合D.电子的速率不同，它们在磁场中运动时间一定不相同
若它们在磁场中运动时间相同，但轨迹不一定重合，比如：轨迹3、4与5，它们的运动时间相同，但它们的轨迹对应的半径不同，即它们的速率不同，故C正确，D错误.
例10　(2021·山东青岛市高三期末)如图10甲，为除尘装置的截面示意图，水平放置的金属极板M、N间距离为d，大量均匀分布的带负电尘埃以相同速度进入两板间，速度方向与板平行，大小为v0，每颗尘埃的质量均为m，带电荷量均为q.如图乙，在原有两极板M、N的截面内，建立平面
直角坐标系xOy，y轴垂直于金属板并过板的右端，x轴与两板中轴线共线；在P(2.5d，－2d)处放置开口向上且大小不计的尘埃收集容器.撤去两板间电场，然后只需在y轴右侧的某圆形区
域内施加一垂直于纸面向里的匀强磁场，就可以把所有尘埃全部收集到容器中.尘埃颗粒重力、颗粒间作用力、尘埃颗粒对板间电场影响均不计.要把所有尘埃全部收集到容器中，则在圆形区域内所施加匀强磁场的磁感应强度大小应满足什么条件.
解析　设圆形磁场区域的半径为R1，尘埃在磁场中做圆周运动的半径为R2，要使所有尘埃都能到达P点，必须满足R2＝R1，
当圆形区域过P点且与M板的延长线相切时，R2最小，B最大，如图，由几何关系得
当圆形区域过P点且在M板右端点与y轴相切时，R2最大，B最小，如图，由几何关系得
1.(2021·广东广州市高三月考)如图11，等腰梯形线框abcd是由相同材料、相同横截面积的导线制成，梯形上底和腰长度均为L，且腰与下底成60°.整个线框处在与线框平面垂直的匀强磁场中.现给线框通过图示电流，若下底cd受到的安培力为F，则上底ab受到的安培力为
2.(2020·烟台重点中学监测)如图12所示，AC是四分之一圆弧，O为圆心，D为圆弧AC的中点，A、D、C处各有一垂直纸面的通电直导线，电流大小相等、方向垂直纸面向里，整个空间还存在一个磁感应强度大小为B的匀强磁场(未画出)，O处的磁感应强度恰好为零.如果将D处电流反向，其他条件都不变，则O处的磁感应强度大小为
3.(2021·河南南阳市高三期末)如图13所示，直线边界OM与ON之间的夹角为30°，相交于O点.OM与ON之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.ON上有一粒子源S，S到O点的距离为d.某一时刻，粒子源S平
行于纸面向各个方向发射出大量带正电的同种粒子，已知粒子的带电荷量为q，质量为m，不计粒子的重力及粒子间的相互作用，所有粒子的初速度大小均为v，d＝ .则从边界OM射出的粒子在磁场中运动的最短时间为
解析　由于粒子在磁场中做匀速圆周运动，当运动的弦长最短时对应的时间最短，则最短的弦长为过S点到OM的垂线段
则最短弦长L为L＝dsin 30°＝r，由几何关系可知，θ＝60°，
4.(多选)如图14所示，在半径为R的圆形区域内(圆心为O)有匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于圆平面(未画出).一群具有相同比荷的负离子以相同的速率由P点在纸平面内沿不同方向射入磁场中，发生偏转后又飞出磁场，若离子在磁场中运动的轨道半径大于R，则下列说法中正确的是(不计离子的重力)A.从Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长B.沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大C.所有离子飞出磁场时的动能一定相等D.在磁场中运动时间最长的离子不可能经过圆心O点
解析　由圆的性质可知，轨迹圆与磁场圆相交，当轨迹圆的弦长最大时偏向角最大，故应该使弦长为PQ，由Q点飞出的离子圆心角最大，所对应的时间最长，轨迹不可能经过圆心O点，故A、D正确，B错误；因洛伦兹力永不做功，故粒子在磁场中运动时动能保持不变，但由于离子的初动能不一定相等，故飞出时的动能不一定相等，故C错误.
5.(2021·江苏泰州市高三期末)两个比荷相等的带电粒子a、b，以不同的速率va、vb对准圆心O沿着AO方向射入圆形匀强磁场区域，其运动轨迹如图15所示，不计粒子的重力，则下列说法正确的是A.a粒子带正电，b粒子带负电B.粒子射入磁场时的速率va∶vb＝1∶2C.粒子在磁场中的运动时间ta∶tb＝2∶1
解析　粒子向右运动，根据左手定则，b向上偏转，带正电，a向下偏转，带负电，A错误；
整理有：ta∶tb＝2∶1，C正确；
1.(2021·全国甲卷·16)两足够长直导线均折成直角，按图1所示方式放置在同一平面内，EO与O′Q在一条直线上，PO′与OF在一条直线上，两导
线相互绝缘，通有相等的电流I，电流方向如图所示.若一根无限长直导线通过电流I时，所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B，则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为A.B、0 B.0、2B C.2B、2B D.B、B
解析　两直角导线可以等效为如图所示的两直导线，由安培定则可知，两直导线在M处的磁感应强度方向分别为垂直纸面向里、垂直纸面向外，故M处的磁感应强度大小为零；两直导线在N处的磁感应强度方向均垂直纸面向里，故N处的磁感应强度大小为2B，B正确.
2.(2020·江苏省启东中学模拟)在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的等边三角形线框abc，磁场方向垂直于线框平面，a、c两点间接一直流电源，电流方向如图2所示，则A.导线ab受到的安培力大于导线ac所受的安培力B.导线abc受到的安培力大于导线ac受到的安培力C.线框受到的安培力的合力为零D.线框受到的安培力的合力方向垂直于ac向下
解析　导线abc与导线ac并联，流过导线abc的电流I1与流过导线ac的电流I2的关系为I1＝ 导线ab受到的安培力大小为Fab＝BI1L；导线ac所受的安培力大小为：Fac＝BI2L；导线abc的有效长度为L，受到的安培力大小为：Fabc＝BI1L，故A、B错误；
根据左手定则，导线abc受安培力垂直于ac向下，导线ac受到的安培力也垂直于ac向下，故线框受到的安培力的合力方向垂直于ac向下，故C错误，D正确.
3.(多选)(2021·河北邯郸市高三期末)如图3所示，两根相同的轻弹簧悬挂着一根通有电流I0的直铜棒MN，置于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，此时两根弹簧处于原长状态，若在铜棒下面悬挂一质量为m的物块(图中未画出)，将铜棒中的电流改为I1，弹簧可恢复为原长状态；若在铜棒下悬挂质量为M的物块，将铜棒中的电流改为I2或保持I1不变使磁场增大为B′均可使弹簧恢复为原长状态，下列说法中正确的是A.电流方向由M指向NB.若I2＝2I1，则M＝2mC.若M＝2m，B不变，则I2＜2I1D.若M＝2m，电流为I1，则B′＜2B
解析　由题意，增大磁感应强度可使弹簧恢复原长，故安培力方向向上，即电流方向由M指向N，故A正确；
设铜棒的质量为m0，电流变为I1时，BI1L＝(m＋m0)g，电流变为I2时，BI2L＝(M＋m0)g，若I2＝2I1，则M>2m，故B错误；若M＝2m，B不变，由B选项中分析可知，I2