最新高考物理备考中等生百日捷进提升系列：专题09 - 磁场 - 含解析

第一部分 特点描述

本章内容包括磁场的基本性质和安培定则、左手定则的应用、安培力的应用、洛伦兹力和带电粒子在磁场中的运动、带电粒子在复合场中的运动等内容，基本概念多且非常抽象,需要熟练掌握磁场的基本概念，掌握用磁感线描述磁场的方法，以及电流、带电粒子在磁场中的受力和运动情况,结合牛顿运动定律、运动学知识、圆周运动知识及功能关系等知识进行综合分析.历年高考对本考点知识的考查覆盖面大，几乎每个知识点都考查到。特别是左手定则的运用和带电粒子在磁场中的运动更是两个命题频率最高的知识点．带电粒子在磁场中的运动考题一般运动情景复杂、综合性强，多以把场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、功能关系及交变电流等有机结合的计算题出现，难度中等偏上，对考生的空间想象能力、物理过程和运动规律的综合分析能力及用数学方法解决物理问题的能力要求较高。从近两年高考看，涉及本考点的命题常以构思新颖、高难度的压轴题形式出现，在复习中要高度重视。特别是带电粒子在复合场中的运动问题在历年高考中出现频率高，难度大，经常通过变换过程情景、翻新陈题面貌、突出动态变化的手法，结合社会、生产、科技实际来着重考查综合分析能力、知识迁移和创新应用能力。情景新颖、数理结合、联系实际将是本考点今年高考命题的特点。

第二部分 知识背一背

一、洛伦兹力：

1、产生洛伦兹力的条件：

（1）电荷对磁场有相对运动．磁场对与其相对静止的电荷不会产生洛伦兹力作用． （2）电荷的运动速度方向与磁场方向不平行．

2、洛伦兹力大小：当电荷运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力为零；当电荷运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大，等于qvB；

3、洛伦兹力的方向：洛伦兹力方向用左手定则判断 4、洛伦兹力不做功．

二、带电粒子在匀强磁场的运动 1、带电粒子在匀强磁场中运动规律 初速度的特点与运动规律

（1）v0?0，F?0，为静止状态；

（2）v0//B，F?0，则粒子做匀速直线运动；

（3）v0?B，F?qvB，则粒子做匀速圆周运动，其基本公式为：

v2向心力公式：Bqv?m

Rmv运动轨道半径公式：R?；

Bq2?m运动周期公式：T?

Bq12?BqR?动能公式：Ek?mv? 22m22、解题思路及方法 圆周运动的圆心的确定：

（1）利用洛仑兹力的方向永远指向圆心的特点，只要找到圆运动两个点上的洛仑兹力的方向，其延长线的交点必为圆心．

（2）利用圆上弦的中垂线必过圆心的特点找圆心 三、带电体在复合场或组合场中的运动．

复合场是指重力场、电场和磁场三者或其中任意两者共存于同一区域的场；组合场是指电场与磁场同时存在，但不重叠出现在同一区域的情况．带电体在复合场中的运动（包括平衡），说到底仍然是一个力学问题，只要掌握不同的场对带电体作用的特点和差异，从分析带电体的受力情况和运动情况着手，充分发掘隐含条件，建立清晰的物理情景，最终把物理模型转化成数学表达式，即可求解．

解决复合场或组合场中带电体运动的问题可从以下三个方面入手：1、动力学观点（牛顿定律结合运动学方程）；2、能量观点（动能定理和机械能守恒或能量守恒）；3、动量观点（动量定理和动量守恒定律）．

一般地，对于微观粒子，如电子、质子、离子等不计重力，而一些实际物体，如带电小球、液滴等应考虑其重力．有时也可由题设条件，结合受力与运动分析，确定是否考虑重力．

四、带电粒子在复合场中运动的应用实例 1．电视显像管

电视显像管是应用电子束磁偏转的原理来工作的，使电子束偏转的磁场是由两对偏转线圈产生的．显像管工作时，由阴极发射电子束，利用磁场来使电子束偏转，实现电视技术中的扫描，使整个荧光屏都在发光．

2．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?3．磁流体发电机

E。 B

（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?qU?qvB得两极板间能达到的最大电势差U?Blv. l4．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液体流量Q?Sv?5．霍尔效应

在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示．

UU，所以v?，因此

Bdd?dU4B。

第三部分 技能+方法

考点一 带电粒子在磁场中的运动

解析带电粒子在磁场中运动的问题，应画出运动轨迹示意图，确定轨迹圆的圆心是关键．常用下列方法确定圆心：①已知轨迹上某两点速度方向，作出过两点的速度的垂线，两条垂线的交点即圆心；②已知轨迹上两个点的位置，两点连线的中垂线过圆心．

带电粒子在磁场中运动侧重于运用数学知识（圆与三角形知识）求解，带电粒子在磁场中偏转的角度、初速度与磁场边界的夹角往往是解题的关键，角度是确定圆心、运动方向的依据，更是计算带电粒子在磁场中运动时间的桥梁，如带电粒子在磁场中运动的时间为t??．带电粒子T（α是圆弧对应的圆心角）

2?在磁场中的运动半径不仅关联速度的求解，而且在首先确定了运动半径的情况下，可利用半径发现题中隐含的几何关系．

【例1】如图所示，带有正电荷的A粒子和B粒子先后以同样大小的速度从宽度为d的有界匀强磁场的边界上的O点分别以30°和60°（与边界的夹角）射入磁场，又都恰好不从另一边界飞出，则下列说法中正确的是（ ）

A．A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是B．A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是

133

2?3m1之比是 q3m3D．A、B两粒子之比是

q2?3C． A、B两粒子【答案】BD

考点二 带电粒子在复合场中的运动问题 1.是否考虑粒子重力

（1）对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力. （2）在题目中有明确说明是否要考虑重力的，按题目要求处理.

（3）不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力. 2.分析方法

（1）弄清复合场的组成.如磁场、电场的复合,磁场、重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合等. （2）正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析. （3）确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合.

（4）对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时,要分阶段进行处理. 3．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F洛不做功，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．

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