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1、2020屆高考物理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)復(fù)習(xí):磁場(chǎng)
知識(shí)要點(diǎn):
1、磁場(chǎng)
磁場(chǎng)是存在于磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷周圍空間的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。
(1)磁場(chǎng)的基本特性——磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場(chǎng)力的作用。
(2)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)——磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)都產(chǎn)生于電荷的運(yùn)動(dòng),并通過磁場(chǎng)而相互作用。
(3)最早揭示磁現(xiàn)象的電本質(zhì)的假說和實(shí)驗(yàn)——安培分子環(huán)流假說和羅蘭實(shí)驗(yàn)。
2、磁感應(yīng)強(qiáng)度
為了定量描述磁場(chǎng)的大小和方向,引入磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線,受到磁場(chǎng)力F跟電流強(qiáng)度I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值,叫通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。用公式表示是
2、磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。它的方向就是小磁針N極在該點(diǎn)所受磁場(chǎng)力的方向。
公式是定義式,磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極或電流有關(guān),和該點(diǎn)在磁場(chǎng)中的位置有關(guān)。與該點(diǎn)是否存在通電導(dǎo)線無關(guān)。
3、磁感線
磁感線是為了形象描繪磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度情況而假想出來的曲線,在磁場(chǎng)中畫出一組有方向的曲線。在這些曲線上每一點(diǎn)的切線方向,都和該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同,這組曲線就叫磁感線。磁感線的特點(diǎn)是:
磁感線上每點(diǎn)的切線方向,都表示該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。
磁感線密的地方磁場(chǎng)強(qiáng),疏的地方磁場(chǎng)弱。
在磁體外部,磁感線由N極到S極,在磁體內(nèi)部磁感線從S極到N極,形成閉合曲線。
磁感線不能相交。
對(duì)于條形、蹄
3、形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線畫法必須掌握。
4、磁通量()和磁通密度(B)
(1)磁通量()——穿過某一面積(S)的磁感線的條數(shù)。
(2)磁通密度——垂直穿過單位面積的磁感線條數(shù),也即磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。
(3)與B的關(guān)系 = BScosq式中Scosq為面積S在中性面上投影的大小。
5、公式 = BScosq及其應(yīng)用
磁通量的定義式 = BScosq,是一個(gè)重要的公式。它不僅定義了的物理意義,而且還表明改變磁通量有三種基本方法,即改變B、S或q。在使用此公式時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)公式的適用條件——一般只適用于計(jì)算平面在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的磁通量。
4、
(2)q角的物理意義——表示平面法線(n)方向與磁場(chǎng)(B)的夾角或平面(S)與磁場(chǎng)中性面(OO¢)的夾角(圖1),而不是平面(S)與磁場(chǎng)(B)的夾角(a)。
因?yàn)閝 +a = 90°,所以磁通量公式還可表示為 = BSsina
(3)是雙向標(biāo)量,其正負(fù)表示與規(guī)定的正方向(如平面法線的方向)是相同還是相反,當(dāng)磁感線沿相反向穿過同一平面時(shí),磁通量等于穿過平面的磁感線的凈條數(shù)——磁通量的代數(shù)和,即
= 1-2
6、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用
磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力,叫做安培力,如圖2所示,一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)線,處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,且與B的夾角為q。當(dāng)通以電流I時(shí),安培力的大小可以表
5、示為F = BIl sinq
式中q為B與I(或l)的夾角,Bsinq為B垂直于I的分量。在B、I、L一定時(shí),F(xiàn) μ sinq.
當(dāng)q = 90°時(shí),安培力最大為:Fm = BIL
K]
當(dāng)q = 0°或180°時(shí),安培力為零:F = 0
應(yīng)用安培力公式應(yīng)注意的問題
第一、安培力的方向,總是垂直B、I所決定的平面,即一定垂直B和I,但B與I不一定垂直(圖3)。
第二、彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L,等于兩端點(diǎn)連接直線的長(zhǎng)度(如圖4所示)相應(yīng)的電流方向,沿L由始端流向末端。
所以,任何形狀的閉合平面線圈,通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)受到的安培力的矢量和一定為零,因?yàn)橛行чL(zhǎng)度L = 0。
6、
公式的運(yùn)動(dòng)條件——一般只運(yùn)用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。
8、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用
在不計(jì)帶電粒子(如電子、質(zhì)子、a粒子等基本粒子)的重力的條件下,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)有三種典型的運(yùn)動(dòng),它們決定于粒子的速度(v)方向與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)方向的夾角(q)。
(1)當(dāng)v與B平行,即q = 0°或180°時(shí)——落侖茲力f = Bqvsinq = 0,帶電粒子以入射速度(v)作勻速直線運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)方程為:s = vt
(2)當(dāng)v與B垂直,即q = 90°時(shí)——帶電粒子以入射速度(v)作勻速圓周運(yùn)動(dòng),四個(gè)基本公式 :
向心力公式:
軌道半徑公式:
周期、頻率和角頻率公式:
動(dòng)能公式:
T、
7、f和w的兩個(gè)特點(diǎn)
第一、T、 f的w的大小與軌道半徑(R)和運(yùn)行速率(V)無關(guān),而只與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)和粒子的荷質(zhì)比(q/m)有關(guān)。
第二、荷質(zhì)比(q/m)相同的帶電粒子,在同樣的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,T、f和w相同。
(3)帶電粒子的軌道圓心(O)、速度偏向角()、回旋角(a)和弦切角(q)。
在分析和解答帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問題時(shí),除了應(yīng)熟悉上述基本規(guī)律之外,還必須掌握確定軌道圓心的基本方法和計(jì)算、a和q的定量關(guān)系。如圖6所示,在洛侖茲力作用下,一個(gè)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的粒子,不論沿順時(shí)針方向還是逆時(shí)針方向,從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),均具有三個(gè)重要特點(diǎn)。
第一、軌道圓心(O)總是位于A、B
8、兩點(diǎn)洛侖茲力(f)的交點(diǎn)上或AB弦的中垂線(OO¢)與任一個(gè)f的交點(diǎn)上。
第二、粒子的速度偏向角(),等于回旋角(a),并等于AB弦與切線的夾角——弦切角(q)的2倍,即 = a = 2q = w t。
第三、相對(duì)的弦切角(q)相等,與相鄰的弦切角(q¢ )互補(bǔ),即q + q¢ = 180°。
例1[2020·課標(biāo)全國(guó)卷T14] 為了解釋地球的磁性,19世紀(jì)安培假設(shè):地球的磁場(chǎng)是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的.在下列四個(gè)圖中,正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是( )
圖1-2
【解析】 B 地理的南極是地磁場(chǎng)的N極,由右手螺旋定則知B正確.
例2[2020·課標(biāo)全國(guó)卷T
9、18] 電磁軌道炮工作原理如圖所示.待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng),并與軌道保持良好接觸.電流I從一條軌道流入,通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回.軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(chǎng) (可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比.通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出.現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍,理論上可采用的辦法是( )
A.只將軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉淼?倍
B.只將電流I增加至原來的2倍
C.只將彈體質(zhì)量減至原來的一半
D.將彈體質(zhì)量減至原來的一半,軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉淼?倍,其他量不變
【解析】 BD 彈體所受安培力為F安=BIl,由動(dòng)能定理得:BIL=mv2,只將軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉淼?倍,其速度將增加至原來的倍,A錯(cuò)誤;只將電流I增加至原來的2倍,其磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之增加至原來的2倍,其速度將增加至原來的2倍,B正確;只將彈體質(zhì)量減至原來的一半,其速度將增加至原來的倍,C錯(cuò)誤; 將彈體質(zhì)量減至原來的一半,軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí),其速度將增加至原來的2倍,D正確.