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2022-2023年高考物理二轮复习 磁场课件(重点难点易错点核心热点经典考点)
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这是一份2022-2023年高考物理二轮复习 磁场课件(重点难点易错点核心热点经典考点)，共33页。
热点熟记 ——写个公式得2分一、磁场的基本性质1．磁感应强度(1)磁场的最基本的性质是对放入其中的电流或磁极有力的作用，电流垂直于磁场时受磁场力最大，电流与磁场方向平行时，磁场力为零．(2)在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的磁场力F跟电流强度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．
⑤点定B定：就是说磁场中某一点定了，则该处磁感应强度的大小与方向都是定值．⑥匀强磁场的磁感应强度处处相等．⑦磁场的叠加：空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场，则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和，满足矢量运算法则．
2．磁感线为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线．(1)疏密表示磁场的强弱．(2)每一点切线方向表示该点磁场的方向，也就是磁感应强度的方向．
(3)是闭合的曲线，在磁体外部由N极至S极，在磁体的内部由S极至N极．磁线不相切不相交．(4)匀强磁场的磁感线平行且距离相等．没有画出磁感线的地方不一定没有磁场．(5)安培定则：姆指指向电流方向，四指指向磁场的方向．注意这里的磁感线是一个个同心圆，每点磁场方向是在该点切线方向．
3．熟记常用的几种磁场的磁感线(如图1所示)：图1
二、安培力1．安培力：通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力．说明：磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用，磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力．2．安培力的计算公式：F＝BILsin θ(θ是I与B的夹角)；通电导线与磁场方向垂直时，即θ＝90°，此时安培力有最大值；通电导线与磁场方向平行时，即θ＝0°，此时安培力有最小值，0°＜B＜90°时，安培力F介于0和最大值之间．
3．安培力公式的适用条件：①公式F＝BIL一般适用于匀强磁场中I⊥B的情况，对于非匀强磁场只是近似适用(如对电流元)，但对某些特殊情况仍适用．
如图2所示，电流I1∥I2，如I1在I2处磁场的磁感应强度为B，则I1对I2的安培力F＝BI2L，方向向左，同理I2对I1，安培力向右，即同向电流相吸，异向电流相斥．
②根据力的相互作用原理，如果是磁体对通电导体有力的作用，则通电导体对磁体有反作用力．两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三定律．
三、左手定则1．用左手定则判定安培力方向的方法：伸开左手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流方向，这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．2．安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直，即F跟B、I所在的面垂直．但B与I的方向不一定垂直．
3．安培力F、磁感应强度B、电流I三者的关系①已知I、B的方向，可唯一确定F的方向；②已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向；③已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定．4．由于B、I、F的方向关系常是在三维的立体空间，所以求解本部分问题时，应具有较好的空间想象力，要善于把立体图画变成易于分析的平面图，即画成俯视图，剖视图，侧视图等．
四、洛伦兹力(一)洛伦兹力——磁场对运动电荷的作用力1．洛伦兹力的公式： f＝qvBsin θ，θ是v、B之间的夹角．2．当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，F＝03．当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时，f＝qvB 4．只有运动电荷在磁场中才有可能受到洛伦兹力作用，静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为0.
(二)洛伦兹力的方向1．洛伦兹力F的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速度v的方向，即F总是垂直于B和v所在的平面．2．使用左手定则判定洛伦兹力方向时，伸出左手，让姆指跟四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动方向(当是负电荷时，四指指向与电荷运动方向相反)则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向．
(三)洛伦兹力与安培力的关系1．洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现．2．洛伦兹力一定不做功，它不改变运动电荷的速度大小；但安培力却可以做功．
图3(2)安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心；(3)安培力做功：做功的结果将电能转化成其它形式的能．
2．安培力作用下物体的运动方向的判断(1)电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段电流所受合力方向，最后确定运动方向．(2)特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向．(3)等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．
(4)利用结论法：①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．(5)转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向．
(6)分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤①画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况②用左手定则确定各段通电导线所受安培力③根据初速度方向结合牛顿定律确定导体运动情况
【例1】 倾角为α的导电轨道间接有电源，轨道上放有一根静止的金属杆ab.现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图4所示，磁感应强度B逐渐增加的过程中，ab杆受到的静摩擦力( )． A．逐渐增大 B．逐渐减小C．先增大后减小 D．先减小后增大
解析 不加磁场时，杆ab是静止的，一定受到沿斜面向上的静摩擦力．当加上磁场时，根据左手定则判断出安培力的方向沿斜面向上，开始此力较小，杆ab受的静摩擦力仍然沿斜面向上，当安培力逐渐增大时，静摩擦力开始减小直到零．再增大B，杆ab有沿斜面向上的运动趋势，杆ab受沿斜面向下的静摩擦力且逐渐增大，所以D正确．答案 D
3．带电粒子在磁场中运动的圆心、半径及时间的确定(1)用几何知识确定圆心并求半径． 因为F方向指向圆心，根据F一定垂直v，画出粒子运动轨迹中任意两点(大多是入射点和出射点)的F或半径方向，其延长线的交点即为圆心，再用几何知识求其半径与弦长的关系．
4．洛伦兹力的多解问题(1)带电粒子电性不确定形成多解． 带电粒子可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同的初速度下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致双解．(2)磁场方向不确定形成多解．若只告知磁感应强度大小，而未说明磁感应强度方向，则应考虑因磁场方向不确定而导致的多解．
(3)临界状态不唯一形成多解．带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，它可能穿过去，也可能偏转180°从入射界面反向飞出．如在光滑水平桌面上，一绝缘轻绳拉着一带电小球在匀强磁场中做匀速圆周运动，若绳突然断后，小球可能运动状态也因小球带电电性，绳中有无拉力造成多解．(4)运动的重复性形成多解．如带电粒子在部分是电场，部分是磁场空间运动时，往往具有往复性，因而形成多解．
【例2】 如图5所示，半径R＝10 cm的圆形区域边界跟y轴相切于坐标系原点O.磁感强度B＝0.332 T，方向垂直于纸面向里，在O处有一放射源S，可沿纸面向各个方向射出速率均为v＝3.2×106 m/s的α粒子．已知α粒子的质量m＝ 6.64×10－27 kg，电量q＝3.2×10－19 C.
求(1)画出α粒子通过磁场空间做圆周运动的圆心的轨迹；(2)求出α粒子通过磁场空间的最大偏转角θ；(3)再以过O点并垂直纸面的直线为轴旋转磁场区域，能使穿过磁场区域且偏转角最大的α粒子射到正方向的y轴上，则圆形磁场直径OA至少应转过多大的角度β.
(2)由于α粒子的轨道半径r大于磁场区域的半径R，α粒子最长的轨迹所对应的弦为2R＝r＝20 cm时，α粒子在磁场中最大的偏转角的轨迹就是α粒子在磁场中最长的轨迹线，由于最长的轨迹线的弦长与其轨迹半径相等，所以偏转角的最大值为θ＝60°.(3)由(2)中可知α粒子的最大偏转角为60°；且所对的弦为OA，故α粒子在入射点O和出射点A与圆心O1的连线和OA组成一个正三角形，也就是α粒子离开磁场时与x轴正方向的夹角γ＝30°，如图所示．
要使偏转角最大的α粒子离开磁场时能打在y轴的正方向上，则α粒子与x轴的正方向夹角γ′＞90°，则OA绕过O点的水平轴至少要转过β＝γ′－γ＝60°.答案 见解析点评 带电粒子在磁场中的轨迹不大于半圆时，要使带电粒子在磁场中的偏转角最大，就是要求带电粒子在磁场中的轨迹线愈长(由于半径确定)，即所对应的弦愈长．在圆形磁场中，只有直径作为轨迹的弦长最长．
热点熟记 ——写个公式得2分一、磁场的基本性质1．磁感应强度(1)磁场的最基本的性质是对放入其中的电流或磁极有力的作用，电流垂直于磁场时受磁场力最大，电流与磁场方向平行时，磁场力为零．(2)在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的磁场力F跟电流强度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．
⑤点定B定：就是说磁场中某一点定了，则该处磁感应强度的大小与方向都是定值．⑥匀强磁场的磁感应强度处处相等．⑦磁场的叠加：空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场，则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和，满足矢量运算法则．
2．磁感线为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线．(1)疏密表示磁场的强弱．(2)每一点切线方向表示该点磁场的方向，也就是磁感应强度的方向．
(3)是闭合的曲线，在磁体外部由N极至S极，在磁体的内部由S极至N极．磁线不相切不相交．(4)匀强磁场的磁感线平行且距离相等．没有画出磁感线的地方不一定没有磁场．(5)安培定则：姆指指向电流方向，四指指向磁场的方向．注意这里的磁感线是一个个同心圆，每点磁场方向是在该点切线方向．
3．熟记常用的几种磁场的磁感线(如图1所示)：图1
二、安培力1．安培力：通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力．说明：磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用，磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力．2．安培力的计算公式：F＝BILsin θ(θ是I与B的夹角)；通电导线与磁场方向垂直时，即θ＝90°，此时安培力有最大值；通电导线与磁场方向平行时，即θ＝0°，此时安培力有最小值，0°＜B＜90°时，安培力F介于0和最大值之间．
3．安培力公式的适用条件：①公式F＝BIL一般适用于匀强磁场中I⊥B的情况，对于非匀强磁场只是近似适用(如对电流元)，但对某些特殊情况仍适用．
如图2所示，电流I1∥I2，如I1在I2处磁场的磁感应强度为B，则I1对I2的安培力F＝BI2L，方向向左，同理I2对I1，安培力向右，即同向电流相吸，异向电流相斥．
②根据力的相互作用原理，如果是磁体对通电导体有力的作用，则通电导体对磁体有反作用力．两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三定律．
三、左手定则1．用左手定则判定安培力方向的方法：伸开左手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流方向，这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．2．安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直，即F跟B、I所在的面垂直．但B与I的方向不一定垂直．
3．安培力F、磁感应强度B、电流I三者的关系①已知I、B的方向，可唯一确定F的方向；②已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向；③已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定．4．由于B、I、F的方向关系常是在三维的立体空间，所以求解本部分问题时，应具有较好的空间想象力，要善于把立体图画变成易于分析的平面图，即画成俯视图，剖视图，侧视图等．
四、洛伦兹力(一)洛伦兹力——磁场对运动电荷的作用力1．洛伦兹力的公式： f＝qvBsin θ，θ是v、B之间的夹角．2．当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，F＝03．当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时，f＝qvB 4．只有运动电荷在磁场中才有可能受到洛伦兹力作用，静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为0.
(二)洛伦兹力的方向1．洛伦兹力F的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速度v的方向，即F总是垂直于B和v所在的平面．2．使用左手定则判定洛伦兹力方向时，伸出左手，让姆指跟四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动方向(当是负电荷时，四指指向与电荷运动方向相反)则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向．
(三)洛伦兹力与安培力的关系1．洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现．2．洛伦兹力一定不做功，它不改变运动电荷的速度大小；但安培力却可以做功．
图3(2)安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心；(3)安培力做功：做功的结果将电能转化成其它形式的能．
2．安培力作用下物体的运动方向的判断(1)电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段电流所受合力方向，最后确定运动方向．(2)特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向．(3)等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．
(4)利用结论法：①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．(5)转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向．
(6)分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤①画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况②用左手定则确定各段通电导线所受安培力③根据初速度方向结合牛顿定律确定导体运动情况
【例1】 倾角为α的导电轨道间接有电源，轨道上放有一根静止的金属杆ab.现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图4所示，磁感应强度B逐渐增加的过程中，ab杆受到的静摩擦力( )． A．逐渐增大 B．逐渐减小C．先增大后减小 D．先减小后增大
解析 不加磁场时，杆ab是静止的，一定受到沿斜面向上的静摩擦力．当加上磁场时，根据左手定则判断出安培力的方向沿斜面向上，开始此力较小，杆ab受的静摩擦力仍然沿斜面向上，当安培力逐渐增大时，静摩擦力开始减小直到零．再增大B，杆ab有沿斜面向上的运动趋势，杆ab受沿斜面向下的静摩擦力且逐渐增大，所以D正确．答案 D
3．带电粒子在磁场中运动的圆心、半径及时间的确定(1)用几何知识确定圆心并求半径． 因为F方向指向圆心，根据F一定垂直v，画出粒子运动轨迹中任意两点(大多是入射点和出射点)的F或半径方向，其延长线的交点即为圆心，再用几何知识求其半径与弦长的关系．
4．洛伦兹力的多解问题(1)带电粒子电性不确定形成多解． 带电粒子可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同的初速度下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致双解．(2)磁场方向不确定形成多解．若只告知磁感应强度大小，而未说明磁感应强度方向，则应考虑因磁场方向不确定而导致的多解．
(3)临界状态不唯一形成多解．带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，它可能穿过去，也可能偏转180°从入射界面反向飞出．如在光滑水平桌面上，一绝缘轻绳拉着一带电小球在匀强磁场中做匀速圆周运动，若绳突然断后，小球可能运动状态也因小球带电电性，绳中有无拉力造成多解．(4)运动的重复性形成多解．如带电粒子在部分是电场，部分是磁场空间运动时，往往具有往复性，因而形成多解．
【例2】 如图5所示，半径R＝10 cm的圆形区域边界跟y轴相切于坐标系原点O.磁感强度B＝0.332 T，方向垂直于纸面向里，在O处有一放射源S，可沿纸面向各个方向射出速率均为v＝3.2×106 m/s的α粒子．已知α粒子的质量m＝ 6.64×10－27 kg，电量q＝3.2×10－19 C.
求(1)画出α粒子通过磁场空间做圆周运动的圆心的轨迹；(2)求出α粒子通过磁场空间的最大偏转角θ；(3)再以过O点并垂直纸面的直线为轴旋转磁场区域，能使穿过磁场区域且偏转角最大的α粒子射到正方向的y轴上，则圆形磁场直径OA至少应转过多大的角度β.
(2)由于α粒子的轨道半径r大于磁场区域的半径R，α粒子最长的轨迹所对应的弦为2R＝r＝20 cm时，α粒子在磁场中最大的偏转角的轨迹就是α粒子在磁场中最长的轨迹线，由于最长的轨迹线的弦长与其轨迹半径相等，所以偏转角的最大值为θ＝60°.(3)由(2)中可知α粒子的最大偏转角为60°；且所对的弦为OA，故α粒子在入射点O和出射点A与圆心O1的连线和OA组成一个正三角形，也就是α粒子离开磁场时与x轴正方向的夹角γ＝30°，如图所示．
要使偏转角最大的α粒子离开磁场时能打在y轴的正方向上，则α粒子与x轴的正方向夹角γ′＞90°，则OA绕过O点的水平轴至少要转过β＝γ′－γ＝60°.答案 见解析点评 带电粒子在磁场中的轨迹不大于半圆时，要使带电粒子在磁场中的偏转角最大，就是要求带电粒子在磁场中的轨迹线愈长(由于半径确定)，即所对应的弦愈长．在圆形磁场中，只有直径作为轨迹的弦长最长．
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