高考物理 专题三　第二讲　磁场课件PPT

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[诠释题1]　(2021·全国甲卷)两根足够长直导线均折成直角，按图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，两根导线相互绝缘，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、2BC．2B、2B D．B、B
两根直角导线可以等效为如图所示的两根直导线，由安培定则可知，两根直导线在M处的磁感应强度方向分别为垂直于纸面向里、垂直于纸面向外，所以M处的磁感应强度为零；两根直导线在N处的磁感应强度方向均为垂直于纸面向里，所以N处的磁感应强度为2B，B正确。
[诠释题2]　(2023·海南卷)如图所示，带正电的小球竖直向下射入垂直g纸面向里的匀强磁场，关于小球运动和受力说法正确的是(　　)A．小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右B．小球运动过程中的速度不变C．小球运动过程的加速度保持不变D．小球受到的洛伦兹力对小球做正功
根据左手定则可知小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右，A正确；小球受洛伦兹力和重力的作用，则小球运动过程中速度、加速度大小、方向都在变，B、C错误；洛伦兹力永不做功，D错误。
路反射。线圈通入电流后弹簧长度改变，使M发生倾斜，入射光束在M上的入射点仍近似处于PQ的圆心，通过读取反射光射到PQ上的位置，可以测得电流的大小。已知弹簧的劲度系数为k，磁场磁感应强度大小为B，线圈C的匝数为N、沿水平方向的长度为l，细杆D的长度为d，圆弧PQ的半径为r，r≫d，d远大于弹簧长度改变量的绝对值。
(1)若在线圈中通入的微小电流为I，求平衡后弹簧长度改变量的绝对值Δx及PQ上反射光点与O点间的弧长s；(2)某同学用此装置测一微小电流，测量前未调零，将电流通入线圈后，PQ上反射光点出现在O点上方，与O点间的弧长为s1；保持其他条件不变，只将该电流反向接入，则反射光点出现在O点下方，与O点间的弧长为s2。求待测电流的大小。
► 解题指导　线圈中通入微小电流后的几何关系如图所示。答案：见解析
热点2　带电粒子在有界磁场中的运动1．带电粒子进出有界磁场的几种情况
2.解决临界和极值问题的技巧(1)提取信息：关注题中特定的词语，如“恰好”“最大”“至少”“不相撞”“不脱离”等，抓住挖掘隐藏的规律，寻找临界条件。(2)边界条件：粒子射出或不射出磁场的临界状态是粒子运动轨迹与磁场边界相切。(3)解题关键：在于运用动态思维，寻找临界点，确定临界状态，画好轨迹，定好圆心，建立几何关系。
[例2]　(2021·湖南卷)带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一，带电粒子流(每个粒子的质量为m、电荷量为＋q)以初速度v垂直进入磁场，不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在Oxy平面内的粒子，求解以下问题。
(1)如图(a)所示，宽度为2r1的带电粒子流沿x轴正方向射入圆心为A(0，r1)、半径为r1的圆形匀强磁场中，若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点O，求该磁场磁感应强度B1的大小；(2)如图(a)所示，虚线框为边长等于2r2的正方形，其几何中心位于C(0，－r2)。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场，使汇聚到O点的带电粒子流经过该区域后宽度变为2r2，并沿x轴正方向射出。求该磁场磁感应强度B2的大小和方向，以及该磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明过程)；
(3)如图(b)所示，虚线框Ⅰ和Ⅱ均为边长等于r3的正方形，虚线框Ⅲ和Ⅳ均为边长等于r4的正方形。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场，使宽度为2r3的带电粒子流沿x轴正方向射入Ⅰ和Ⅱ后汇聚到坐标原点O，再经过Ⅲ和Ⅳ后宽度变为2r4，并沿x轴正方向射出，从而实现带电粒子流的同轴控束。求Ⅰ和Ⅲ中磁场磁感应强度的大小，以及Ⅰ和Ⅳ中匀强磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明过程)。
► 解题指导(1)图(a)中，粒子在两个磁场区域运动的半径最大轨迹如图甲中实线所示。(2)图(b)中，粒子在两个磁场区域运动的半径最大轨迹如图乙中实线所示。
► 建模突破　解答磁场中圆周运动临界问题的三种方法
[练3]　(多选)(2022·湖北卷)如图所示，一个带电粒子以初速度v0沿x轴正方向从坐标原点O射入，并经过点P(a>0，b>0)。若上述过程仅由方向平行于y轴的匀强电场实现，粒子从O到P运动的时间为t1，到达P点的动能为Ek1。若上述过程仅由方向垂直于纸面的匀强磁场实现，粒子从O到P运动的时间为t2，到达P点的动能为Ek2。下列关系式正确的是(　　)A．t1 t2C．Ek1Ek2
[练4]　(2022·浙江6月选考)离子速度分析器截面图如图所示。半径为R的空心转筒P，可绕过O点、垂直Oxy平面(纸面)的中心轴逆时针匀速转动(角速度大小可调)，其上有一个小孔S。整个转筒内部存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场。转筒下方有一个与其共轴的半圆柱面探测板Q，板Q与y轴交于A点。离子源M能沿着x轴射出质量为m、电荷量为－q(q>0)、速度大小不同的离子，其中速度大小为v0的离子进入转筒，经磁场偏转后恰好沿y轴负方向离开磁场。落在接地的筒壁或探测板上的离子被吸收且失去所带电荷，不计离子的重力和离子间的相互作用。
[真题诠释]　[尖端科技，民族自豪](2022·重庆卷)2021年中国全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，某同学将一小段真空室内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场(如图)，电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。若某电荷量为q的正离子在此电场和磁场中运动，其速度平行于磁场方向的分量大小为v1，垂直于磁场方向的分量大小为v2，不计离子重力，则(　　)
根据功率的计算公式可知P＝Fv cs θ，则电场力的瞬时功率为P＝qEv1，A错误；由于v1与磁场B平行，则根据洛伦兹力的计算公式有F洛＝qv2B，B错误；根据运动的叠加原理可知，离子在垂直于纸面内做匀速圆周运动，沿水平方向做加速运动，则v1增大，v2大小不变，v2与v1的比值不断变小，C错误；离子受到的洛伦兹力大小不变，电场力不变，且洛伦兹力与电场力垂直合力大小不变，则该离子的加速度大小不变，D正确。
[素养练]　[巨大成就，民族自信](2023·江西宜春模拟)《大国重器Ⅲ》节目介绍了GIL输电系统的三相共箱技术，如图甲所示，三根超高压输电线缆平行且间距相等。截面图如图乙所示，截面圆心构成正三角形，上方两根输电线缆AB圆心连线水平，某时刻A中电流方向垂直于纸面向外，B中电流方向垂直于纸面向里，电流大小均为I，下方输电线缆C中电流方向垂直于纸面向外'，电流大小为2I，电流方向如图所示，则(　　)A．A、B输电线缆相互吸引B．A输电线缆所受安培力斜向左下方，与水平方向夹角为60°C．A输电线缆在AB圆心连线中点处的磁感应强度方向竖直向上D．正三角形中心O处磁感应强度方向水平向左