高考磁场专题,高考磁场大题及解析
1.帮忙找下有关往年的高考题,物理受力分析和粒子在磁场中的运动
2.高考物理专题 带电粒子在电场和磁场中的运动
3.高考物理带电粒子在电场或匀强磁场中运动这类问题总体思路是怎么样的,需要涉及到的公式有哪些?
4.物理高考混合场题,一二象限是磁场,三四象限是电场,粒子轨迹是心型
5.高中物理
6.高考物理电磁大题不会做,只写公式能得几分?都些什么公式?求电磁题要写的全部公式
7.具有挑战高考磁场题
解:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,
电场力与重力合力为零,即mg=qE,
解得:E=mg/q?电场力方向竖直向上,电场方向竖直向上;
(2)粒子运动轨迹如图所示:
设粒子不从NS边飞出的入射速度最小值为vmin,
对应的粒子在上、下区域的轨道半径分别为r1、r2,
圆心的连线与NS的夹角为φ,
粒子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:
qvB=m×v?/r
解得,粒子轨道半径:r=mv/qb
r2=mv min/qB,r2=1/2r1
由几何知识得:(r1+r2)sinφ=r2,r1+r1cosφ=h,
解得:vmin=(9-6√2)qBh/m
(3)粒子运动轨迹如图所示,
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帮忙找下有关往年的高考题,物理受力分析和粒子在磁场中的运动
1磁场
(1)磁场:磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围的一种物质。永磁体和电流都能在空间产生磁场。变化的电场也能产生磁场。
(2)磁场的方向:物理学规定,在磁场中的任一点,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,就是那一点磁场的方向。
(3)磁场的基本特点:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用。
(3)磁现象的电本质:一切磁现象都可归结为运动电荷(或电流)之间通过磁场而发生的相互作用。
(4)磁场的基本性质:磁场对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用。磁极和磁极之间、磁场和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递的。
(5)安培分子电流假说------在原子、分子等物质微粒内部,存在着一种环形电流即分子电流,分子电流使每个物质微粒成为微小的磁体。
(6)磁场的方向:规定在磁场中任一点小磁针N极受力的方向(或者小磁针静止时N极的指向)就是那一点的磁场方向。
2磁感线
(1)磁感线:是形象地描述磁场而引入的有方向的曲线。在曲线上,每一点切线方向都在该点的磁场方向上,曲线的疏密反映磁场的强弱。
(2)在磁场中人为地画出一系列曲线,曲线的切线方向表示该位置的磁场方向,曲线的疏密能定性地表示磁场的弱强,这一系列曲线称为磁感线。
(3)磁铁外部的磁感线,都从磁铁N极出来,进入S极,在内部,由S极到N极,磁感线是闭合曲线;磁感线不相交。
(4)磁感线的特点:
a.磁感线是闭合的曲线,磁体的磁感线在磁体外部由N极到S极,内部由S极到N极。
b.任意两条磁感线不能相交。
(5)几种典型磁场的磁感线的分布:
①直线电流的磁场:同心圆、非匀强、距导线越远处磁场越弱。
②通电螺线管的磁场:两端分别是N极和S极,管内可看作匀强磁场,管外是非匀强磁场。
③环形电流的磁场:两侧是N极和S极,离圆环中心越远,磁场越弱。
④匀强磁场:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同。匀强磁场中的磁感线是分布均匀、方向相同的平行直线。
3磁感应强度
(1)定义:磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量,是矢量,单位:(T),1T=1N/A?m。磁感应强度是表示磁场强弱的物理量,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,定义式B=F/IL。单位T,1T=1N/(A·m)。
(2)磁感应强度是矢量,磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向,即通过该点的磁感线的切线方向。
(3)磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的,与放入的电流强度I的大小、导线的长短L的大小无关,与电流受到的力也无关,即使不放入载流导体,它的磁感应强度也照样存在,因此不能说B与F成正比,或B与IL成反比。
(4)磁感应强度B是矢量,遵守矢量分解合成的平行四边形定则,注意磁感应强度的方向就是该处的磁场方向,并不是在该处的电流的受力方向。
(5)磁感应强度是描述磁场的力的性质的物理量。磁感应强度是矢量,其方向就是该点的磁场方向。
4地磁场
地球的磁场与条形磁体的磁场相似,其主要特点有三个:
(1)地磁场的N极在地球南极附近,S极在地球北极附近。
(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向北极,而竖直分量(By)则南北相反,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,距离地球表面相等的各点,磁感强度相等,且方向水平向北。
5安培力
(1)定义:磁场对通电导线的作用力叫安培力。
(2)安培力大小F=BIL。式中F、B、I要两两垂直,L是有效长度。若载流导体是弯曲导线,且导线所在平面与磁感强度方向垂直,则L指弯曲导线中始端指向末端的直线长度。安培力F=BIL;(注:L⊥B) {B:磁感应强度(T),F:安培力(F),I:电流强度(A),L:导线长度(m)}
(2)安培力的方向由左手定则判定。方向:安培力的方向可以用左手定则来判断。安培力方向垂直磁场方向,垂直电流方向,即垂直于电流方向和磁场方向决定的平面。
(3)安培力做功与路径有关,绕闭合回路一周,安培力做的功可以为正,可以为负,也可以为零,而不像重力和电场力那样做功总为零。
6洛伦兹力
洛仑兹力f=qVB(注V⊥B);质谱仪〔见第二册P155〕 {f:洛仑兹力(N),q:带电粒子电量(C),V:带电粒子速度(m/s)}
(1)洛伦兹力的大小f=qvB,条件:v⊥B。当v∥B时,f=0。
(2)洛伦兹力的特性:洛伦兹力始终垂直于v的方向,所以洛伦兹力一定不做功。
(3)洛伦兹力与安培力的关系:洛伦兹力是安培力的微观实质,安培力是洛伦兹力的宏观表现。所以洛伦兹力的方向与安培力的方向一样也由左手定则判定。
(4)在磁场中静止的电荷不受洛伦兹力作用。
7磁场对通电导线的作用
1、磁感线是闭合曲线
磁感线与电场线不同,在磁体外部是从N极指向S有,磁体内部则从S极指向N极,从而形成闭合曲线。
2、安培定则
用安培定则判断通电线圈(或螺线管)的磁感线时,拇指指向为线圈(或螺线管)内部的磁感线方向,其外部与此方向相反。
3、磁感应强度
(1)磁感应强度是描述磁场的物理量,由磁场自身决定,与是否放入检验电流无关。
(2)磁感应强度是矢量,其方向就是该点磁场方向。当磁场叠加时,磁感应强度矢量合成。
4、安培力
(1)安培力的大小不仅与B、I、L的大小有关,还与电流方向与磁场方向间的夹角有关。 当通电直导线与磁场方向垂直时,通电导线所受安培力最大,这时安培力F=BIL。
当两者平行最小为零,对于电流方向与磁场方向成任意角的情况,可以把磁感应强度B分解为垂直电流方向和平行电流方向两种情况处理。
(2)F=BIL只适用于匀强磁场,对非匀强磁场中,当L足够短时,可以认为导线所在处的磁场是匀强磁场。
(3)安培力的方向要用左手定则判断,垂直磁感应强度方向,这跟电场力与电场强度方向之间的关系是不同的。
6、安培力的应用——磁电式仪表
(1)根据通电导线在磁场中会受到安培力的作用这一原理制成的仪表,称为磁电式仪表。
(3)磁电式仪表原理
由于磁场对电流的作用力方向与电流方向有关,因此,如果改变通过电流表的电流方向,磁场对电流的作用力方向也会随着改变,指针和线圈的偏转方向也就随着改变,据此便可判断出被测电流的方向。
磁场对电流的作用力跟电流成正比,线圈中的电流越大,受到的作用力也越大,指针和线圈的偏转角度也越大.因此,指针偏转角度的大小反映了被测电流的大小.只要通过实验把两者一一对应的关系记录下来,并标示在刻度盘上,这样在使用中,就可以在刻度盘上直接读出被测电流的大小。
8带电粒子在磁场中的运动规律
在带电粒子只受洛伦兹力作用的条件下(电子、质子、α粒子等微观粒子的重力通常忽略不计),
(1)若带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反),带电粒子以入射速度v做匀速直线运动。带电粒子沿平行磁场方向进入磁场:不受洛仑兹力的作用,做匀速直线运动V=V0
(2)若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直,带电粒子在垂直于磁感线的平面内,以入射速率v做匀速圆周运动。①轨道半径公式:r=mv/qB②周期公式:T=2πm/qB
带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场:做匀速圆周运动,规律如下:(a)F向=f洛=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=qVB;r=mV/qB;T=2πm/qB;(b)运动周期与圆周运动的半径和线速度无关,洛仑兹力对带电粒子不做功(任何情况下);(c)解题关键:画轨迹、找圆心、定半径、圆心角(=二倍弦切角)。
9带电粒子在复合场中运动
(1)带电粒子在复合场中做直线运动
①带电粒子所受合外力为零时,做匀速直线运动,处理这类问题,应根据受力平衡列方程求解。
②带电粒子所受合外力恒定,且与初速度在一条直线上,粒子将作匀变速直线运动,处理这类问题,根据洛伦兹力不做功的特点,选用牛顿第二定律、动量定理、动能定理、能量守恒等规律列方程求解。
(2)带电粒子在复合场中做曲线运动
①当带电粒子在所受的重力与电场力等值反向时,洛伦兹力提供向心力时,带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。处理这类问题,往往同时应用牛顿第二定律、动能定理列方程求解。
②当带电粒子所受的合外力是变力,与初速度方向不在同一直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线,一般处理这类问题,选用动能定理或能量守恒列方程求解。
③由于带电粒子在复合场中受力情况复杂运动情况多变,往往出现临界问题,这时应以题目中“最大”、“最高”“至少”等词语为突破口,挖掘隐含条件,根据临界条件列出辅助方程,再与其他方程联立求解。
高考物理专题 带电粒子在电场和磁场中的运动
在如图所示的直角坐标中,x轴的上方存在与x轴正方向成45°角斜向右下方的匀强电场,场强的大小为。X轴的下方有垂直于面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小为。一个比荷为的正点电荷从坐标为(0,1)的A点由静止释放。电荷所受的重力忽略不计。
(1)求电荷从释放到第一次进入磁场时所用的时间;
(2)求电荷在磁场中做圆周运动的半径;
(3)当电荷第二次到达x轴上时,电场立即变为竖直向下,而场强大小不变,运动到P点处时速度方向与x轴正方向相同。试求P点位置坐标。
高考物理带电粒子在电场或匀强磁场中运动这类问题总体思路是怎么样的,需要涉及到的公式有哪些?
滑环在水平方向受到两个力作用:
向右的恒力F和滑动摩擦力f;
滑环在竖直方向受到三个力作用:
向下的重力G,杆的弹力N(一开始向上后来向下)
和向上的洛伦兹力f'(根据左手定则判定).
刚开始的瞬间,洛伦兹力f'=qvB=0,支持力N=mg,合力F-f=F-μmg,加速度a=F/m-μg;
刚开始的一段时间内,F>f,滑环加速,f'=qvB增大,支持力N=mg-qvB在减小,f=μN减小,合力F-f增大,加速度在增大;
当速度增大到使f'=qvB=mg时,N=0,f=0,合力等于F,此时加速度取得最大值a=F/m;
随后,由于速度继续增大,f'=qvB继续增大,弹力N的方向转为向下,大小为N=qvB-mg,在逐渐增大,因此摩擦力f=μN在逐渐增大,合力F-f在逐渐减小,加速度a在逐渐减小;
当速度增大到使F=μ(qvB-mg)时,合力为0,加速度为零,速度取得最大值。
此后滑环一直做匀速直线运动。
物理高考混合场题,一二象限是磁场,三四象限是电场,粒子轨迹是心型
1、带电粒子在电场中的运动问题:
研究对象:带电粒子
物理过程:如果粒子的速度与电场方向在同一直线上,则粒子在电场中做变速直线运动——如粒子被电场加速,粒子在电场中减速。或者粒子在电场中偏转,通常是粒子垂直于电场方向进入电场,做类平抛运动。
所用知识:动能定理,功能关系——粒子动能与电势能之间的相互转化;牛顿第二定律+运动学公式
以及:匀强电场中场强与电势差之间的关系E=U/d,注意到“电场线方向是电势降低最快方向”,上述基本关系式可以等价为
E=U/d=-Δφ/Δx,其中Δφ表示电势沿着电场线方向的增加,Δx表示对应于电势变化的位置改变。
2、带电粒子在匀强磁场中的运动问题:
在中学阶段,通常考虑粒子垂直于磁场进入的情景(因为粒子平行于磁场进入不受洛仑兹力,所以这种情况极其简单)。按照洛仑兹力的特点,粒子在磁场中将做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力。
对于此问题,常用到的知识点主要有两个方面:
第一,物理知识:牛顿第二定律 qvB=mv^2/r ,v=rω, ω=2π/T=qB/m
第二,数学知识:主要是用平面几何中,圆的知识。
难点:当然是确定粒子的圆轨道,轨道圆心往往是解决的关键。
高中物理
粒子的运动轨迹大致如上图所示,在磁场中做不完整的圆周运动,进入电场后,从右侧再进入磁场,圆周运动的路径右移,如此不断循环。
(1)设粒子在磁场中运动的半径为r,第一次进入电场时,与x轴正方向夹角45°,则:
rcos45°=h,r=h/cos45°=√2h
r=mv/(qB),v0=rqB/m=√2hqB/m
(2)考虑粒子在电场中的运动:
v0cos45°t=r+rsin45°
v0sin45°=qEt/m
解得t=(1+√2)m/(qB)
E=hqB?/((1+√2)m)
(3)
粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为T=2πm/(qB)
粒子在磁场中做圆周运动,自与a等高处起到进入电场,用时(π/4)T/(2π)=πm/(4qB)
粒子在磁场中做圆周运动每次完成5π/4,则用时(5π/4)T/(2π)=5T/8=5πm/(4qB)
粒子自进入电场到离开电场进入磁场,用时2(1+√2)m/(qB)
则从开始到第三次经过x轴,共用时:
t总=5πm/(4qB)+2(1+√2)m/(qB)+5πm/(4qB)+πm/(4qB)
=(11π/4+2+2√2)m/(qB)
高考物理电磁大题不会做,只写公式能得几分?都些什么公式?求电磁题要写的全部公式
电磁感应现象中的能量问题
电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此,要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功。此过程中,其他形式的能量转化为电能。当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能量。“外力”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。同理,安培力做功的过程,是电能转化为其它形式能的过程。安培力做了多少功,就有多少电能转化为其它形式的能。
认真分析电磁感应过程中的能量转化、熟练地应用能量转化和守恒定律是求解较复杂的电磁感应问题的常用方法,下面就两道题目来加以说明。
例1(94年上海高考题)如图1所示,两根光滑的金属导轨,平行放置在倾角为θ斜角上,导轨的左端接有电阻R,导轨自身的电阻可忽路不计。斜面处在一匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向上。质量为m,电阻可不计的金属棒ab,在沿着斜面与棒垂直的恒力作用下沿导轨匀速上滑,并上升h高度,如图所示。
在这过程中
(A).作用于金属捧上的各个力的合力所作的功等于零
(B).作用于金属捧上的各个力的合力所作的功等于mgh与电阻R上发出的焦耳热之和
(C.)恒力F与安培力的合力所作的功等于零
(D).恒力F与重力的合力所作的功等于电阻R上发出的焦耳热
解析:在金属棒匀速上滑的过程中,棒的受力情况如图2所示。?
弹力N对棒不做功,拉力F对棒做正功,重力G与安培力F安对棒做负功。棒的动能不变,重力势能增加,电阻R上产生焦耳热,其内能增加。依动能定理,对金属棒有?
WF+WG+W安=△Ek=0
即作用在捧上各个力作功的代数和为零。
以上结论从另一个角度来分析,因棒做匀速运动,故所受合力为零,合力的功当然也为零。故选项A正确,选项B,C错误。因弹力不做功,故恒力F与重力的合力所做的功等于克服安培力所做的功。而克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能,电能最终转化为R上发出的焦耳热,故选项D正确。
例2:位于竖直平面内的矩形平面导线框abcd,ab长为l1,是水平的,bd长为l2,线框的质量为m,电阻为R,其下方有一匀强磁场区域,该区域的上、下边界PP'和QQ'均与ab平行,两边界间的距离为H,? H>l2,磁场的磁感应强度为B,方向与线框平面垂直,如图所示。
令线框的dc边从离磁场区域上边界PP'的距离为h处自由下落,已知在线框的dc边进入磁场以后,ab边到达边界PP'之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值,问从线框开始下落到dc边刚刚到这磁场区域下边界QQ'的过程中,磁场作用于线框的安培力所作的总功为多少?
解析:线框的dc边到达磁场区域的上边界PP'之前为自由落体运动。dc边进入磁炀后,而ab边还没有进入磁场前,线框受到安培力(阻力)作用,依然加速下落。这是一个变加速度运动,加速度越来越小,速度越来越大。设dc边下落到离PP,以下的距离为Ah肘,速度达到最大值,以vm表示这最大速度,则这时线框中的感应电动势为ε=Btw',
线框中的电流为I=ε/R=Blν/R 作用于线框的安培力为F=BlI=B2l12vm/R 速度达到最大的条件是F=mg由此得vm=mgR/(B2l12)? ……①
线框的速度达到vm后,而线框的ab边还没有进入磁场区前,线框作匀速运动。当整个线框进入磁场后,线框中的感应电流为零,磁场作用于线框的安培力为零,直至dc边到达磁场区的下边界QQ',线框作初速度为vm,加速度为g的匀加速运动。可见磁场对线圈的安培力只存在于线框dc边进入磁场之后到ab边进入磁场之前这段时间内。对线框从开始下落到ab边刚好进入磁场这一过程,设安培力作的总功为W,由动能定理有
mg(h+l2)W=mvm2/2 ……②
联立①②两式得
W=-mg(l2+h)+m3g2R2/(2B4l14)具有挑战高考磁场题
1.磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量,是矢量,单位T
2.安培力F=BIL;(注:L⊥B) {B:磁感应强度(T),F:安培力(F),I:电流强度(A),L:导线长度(m)
3.洛仑兹力f=qVB(注V⊥B);{f:洛仑兹力(N),q:带电粒子电量(C),V:带电粒子速度(m/s)}
4.在重力忽略不计(不考虑重力)的情况下,带电粒子进入磁场的运动情况(掌握两种):
①.带电粒子沿平行磁场方向进入磁场:不受洛仑兹力的作用,做匀速直线运动v=v0
②.带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场:做匀速圆周运动,规律如下:
a)F向=f洛=mv2/r=mω2r=mr(2π/T)2=qVB;r=mV/qB;T=2πm/qB;
b)运动周期与圆周运动的半径和线速度无关,洛仑兹力对带电粒子不做功(任何情况下);
c)解题关键:画轨迹、找圆心、定半径、圆心角(=二倍弦切角)。
注:
(1)安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定,只是洛仑兹力要注意带电粒子的正负;
(2)磁感线的特点及其常见磁场的磁感线分布要掌握
(3)其它相关内容:
静电力F=kQ1Q2/r2 (方向在它们的连线上)
.电场力F=Eq (E:场强N/C,q:电量C,正电荷受的电场力与场强方向相同,负电荷反之)
安培力F=BILsinθ (θ为B与L的夹角,当L⊥B时:F=BIL,B//L时:F=0)
洛仑兹力f=qVBsinθ (θ为B与V的夹角,当V⊥B时:f=qVB,V//B时:f=0)
1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点,解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。某型号的回旋加速器的工作原理如图(甲)所示,图(乙)为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒,分别为D1、D2。D形盒装在真空容器里,整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中,磁场可以认为是匀强磁场,且与D形盒底面垂直。两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。D形盒的半径为R,磁场的磁感应强度为B。设质子从粒子源A处进入加速电场的初速度不计。质子质量为m、电荷量为+q。加速器接入一定频率的高频交变电源,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。
(1)求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒时的速度大小v1;
(2)求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒后运动的轨道半径r1;
(3)求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t。
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