高考物理二轮复习专题三电场与磁场第7讲磁场课件（61页PPT）

(共61张PPT)
第7讲　磁场
1.会用安培定则判断磁场的方向，会进行磁感应强度的叠加。
2．会分析和计算安培力、洛伦兹力的方向和大小。
3．会判断带电粒子在磁场中的运动性质并会解决相应问题。
目标
要求
考点1
磁场的性质
考向1　磁场叠加问题
磁场叠加问题的解题思路
(1)确定磁场场源，如通电导线。
(2)定位空间中需求解磁场的点，确定各个场源在这一点产生磁场的磁感应强度的大小和方向。
(3)应用平行四边形定则进行合成。
(2025·湖北卷，4)如图所示，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，放置一通电圆线圈，圆心为O点，线圈平面与磁场垂直。在圆线圈的轴线上有M和N两点，它们到O点的距离相等。已知M点的总磁感应强度大小为零，则N点的总磁感应强度大小为(　　)
A．0　　　　　　　　 B．B
C．2B D．3B
A
解析：A　根据右手螺旋定则可知线圈在M、N点产生的磁感应强度大小相等、方向相同，由于M点的总磁感应强度大小为零，则匀强磁场的磁感应强度与线圈在M点产生的磁感应强度大小相等、方向相反，则线圈在N点产生的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，即N点的总磁感应强度大小为0，A正确。
考向2　安培力的分析与计算
方向 由左手定则判断
电流间的作用力：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥
大小 直导线 F＝BIL sin θ，θ＝0时F＝0，θ＝90°时F＝BIL
导线为
曲线时
等效为ac直线电流
受力
分析
根据力的平衡条件或牛顿运动定律列方程
A
考向3　洛伦兹力的理解
　(多选)如图所示，在磁感应强度大小B＝0.2 T，方向水平向里的匀强磁场中，有一根长l＝0.1 m的竖直光滑绝缘细杆MN，细杆顶端套有一个质量m＝40 g、电荷量q＝＋0.5 C的小环。现让细杆以v＝2 m/s的速度沿垂直磁场方向水平匀速运动，同时释放小环(竖直方向初速度为0)，小环最终从细杆底端飞出，g取10 m/s2。关于小环在脱离细杆前的运动过程，下列说法正确的是( 　　)
A．洛伦兹力对小环做负功
B．小环的轨迹是抛物线
C．小环在绝缘杆上运动时间为0.2 s
D．小环的机械能减少
BCD
洛伦兹力作用，由牛顿第三定律可知小环受到向左的作用力，细杆对小环向左的作用力做负功，洛伦兹力不做功，重力做正功，机械能不守恒，且小环的机械能减少，故D正确。
分析洛伦兹力问题时的两点注意
(1)洛伦兹力永不做功，只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。
(2)带电体在磁场中的运动，往往需要考虑重力，明确受力情况是分析该类问题的关键，一般先分析场力，比如重力、电场力和磁场力，再分析弹力、摩擦力。
?总结提升?
1．基本思路
考点2
带电粒子在匀强磁场中的运动
2．轨迹圆的几个基本特点
(1)带电粒子从同一直线边界射入磁场和射出磁场时，入射角等于出射角(如图甲所示，θ3＝θ2＝θ1)。
(2)带电粒子经过匀强磁场时速度方向的偏转角等于其轨迹的圆心角(如图甲所示，α1＝α2)。
(3)沿半径方向射入圆形匀强磁场的粒子，出射时亦沿半径方向，如图乙所示(两侧关于圆心连线OO′对称)。
(2025·新课标卷，5)如图，正方形abcd内有方向垂直于纸面的匀强磁场，电子在纸面内从顶点a以速度v0射入磁场，速度方向垂直于ab。磁感应强度的大小不同时，电子可分别从ab边的中点、b点和c点射出，在磁场中运动的时间分别为t1、t2和t3，则(　　)
A．t1 < t2 ＝ t3　　　　　 B．t1 < t2 < t3
C．t1 ＝ t2 > t3 D．t1 > t2 > t3
A
(多选)(2025·四川卷，10)如图所示，Ⅰ区有垂直于纸面向里的匀强磁场，其边界为正方形；Ⅱ区有垂直于纸面向外的匀强磁场，其外边界为圆形，内边界与Ⅰ区边界重合；正方形与圆形中心同为O点。Ⅰ区和Ⅱ区的磁感应强度大小比值为4∶1。一带正电的粒子从Ⅱ区外边界上a点沿正方形某一条边的中垂线方向进入磁场，一段时间后从a点离开。取sin 37°＝0.6。则带电粒子(　　)
A．在Ⅰ区的轨迹圆心不在O点
B．在Ⅰ区和Ⅱ区的轨迹半径之比为1∶2
C．在Ⅰ区和Ⅱ区的轨迹长度之比为127∶37
D．在Ⅰ区和Ⅱ区的运动时间之比为127∶148
AD
考点3
带电粒子在有界匀强磁场中运动的临界与极值问题
1．解决带电粒子在匀强磁场中运动的临界问题，关键在于运用动态思维，利用动态圆思想寻找临界点，确定临界状态，根据粒子的速度方向找出半径方向，同时由磁场边界和题设条件画好轨迹，定好圆心，建立几何关系。
2．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．常见的动态圆
模型 示意图 适用条件 应用方法
放
缩
圆
(轨迹圆的圆心在P1P2直线上) 粒子的入射点位置相同，速度方向一定，速度大小不同 以入射点P为定点，将半径放缩作轨迹圆，粒子恰好不射出磁场的临界状态是粒子运动轨迹与磁场边界相切
模型 示意图 适用条件 应用方法
旋
转
圆 粒子的入射点位置相同，速度大小一定，速度方向不同
模型 示意图 适用条件 应用方法
平
移
圆
(轨迹圆的所有圆心在一条直线上) 粒子的入射点位置不同，速度大小、方向均一定
模型 示意图 适用条件 应用方法
磁聚
焦与
磁发散
磁聚焦磁发散 粒子速度大小相同，轨迹圆半径等于区域圆半径 带电粒子平行射入圆形有界匀强磁场，则粒子从磁场边界上同一点射出，该点切线与入射方向平行——磁聚焦，从边缘某点以不同方向入射时平行出射——磁发散
(多选)(2025·广东广州一模)利用磁聚焦和磁控束可以改变一束平行带电粒子的宽度，人们把此原理运用到薄膜材料制造上，使芯片技术得到飞速发展。如图所示，宽度为r0的带正电粒子流水平向右射入半径为r0的圆形匀强磁场区域，磁感应强度大小为B0，这些带电粒子都将从磁场圆上O点进入正方形区域，正方形过O点的一边与半径为r0的磁场圆相切。在正方形区域内存在一个面积最小的匀强磁场区域，使汇聚到O点的粒子经过该磁场区域后宽度变为2r0，且粒子仍沿水平向右射出，不考虑粒子间的相互作用力及粒子的重力，下列说法正确的是(　　)
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
(建议用时：50分钟　满分：64分)
(选择题1～6题每题4分，7～9题每题6分，共42分)
[保分练——重基础]
1．(2025·广东学业水平模拟)如图，竖直平面内通有电流的
正三角形金属线框，悬挂在两根相同的绝缘轻质弹簧下端，
线框静止时，弹簧处于原长状态，线框有部分处在虚线框
内的匀强磁场中，则虚线框内磁场方向可能为(　　)
A．沿纸面竖直向上 B．沿纸面竖直向下
C．垂直于纸面向外 D．垂直于纸面向里
限时规范
训练(八)
D
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
解析：D　由图可知，三角形线框在磁场中有效电流方向为水平向右，平衡时弹簧处于原长状态，则线框所受的安培力竖直向上，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，ABC错误，D正确。
2
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
C
2
3
1
4
5
6
7
8
9
10
11
3．(2025·广东广州调研)如图所示，正方形区域abcd的中心为O点，过其四个顶点有四根相互平行的无限长直导线，导线与正方形所在平面垂直，导线中通有等大、同向的恒定电流。若过a点的通电直导线在O点产生的磁感应强度大小为B，则(　　)
A．O点的磁感应强度大小为2B
B．O点的磁感应强度大小为4B
C．过a点的导线所受安培力沿aO方向
D．过a点的导线所受安培力沿Oa方向
C
2
3
1
4
5
6
7
8
9
10
11
解析：C　根据安培定则可判断，从上往下看，四根通电导线产生的磁场方向均沿逆时针方向，由对称性可知，导线a、c在O点产生的磁感应强度等大、反向，磁感应强度的矢量和为0，同理，导线b、d在O点产生的磁感应强度等大、反向，磁感应强度的矢量和为0，由此可知O点的磁感应强度大小为0，AB错误；由安培定则可知通电导线b、c、d在a位置产生的磁场方向如图所示，又因导线b、d在a位置产生的磁场的磁感应强度大小相等，由磁感应强度的叠加原理可知a位置的磁感应强度
垂直于ac向下，由左手定则可知，过a点的导线所受安培力沿aO方向，C正确，D错误。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
11
4．(多选)(2025·广东广州毕业班测试)无人机电磁弹射技术的原理简化如图：两根固定、水平平行放置的弹射轨道处于方向竖直向上的匀强磁场中，与机身相连的金属牵引杆ab垂直静置在轨道上。ab杆通上恒定电流后做匀加速运动，到轨道末端时，无人机脱离金属杆起飞。忽略一切阻力，若(　　)
A．仅将电流大小变为两倍，则无人机起飞速度
变为原来的两倍
B．仅将电流大小变为两倍，则无人机起飞动能
变为原来的两倍
C．仅将磁感应强度变为两倍，则无人机起飞速度变为原来的两倍
D．仅将磁感应强度变为两倍，则无人机起飞动能变为原来的两倍
BD
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
1
6
7
8
9
10
11
D
2
3
4
5
1
6
7
8
9
10
11
电子数量与从ad边射出的电子数量之比为150°∶30°＝5∶1，D正确，C错误。
2
3
4
5
6
1
7
8
9
10
11
6．(2025·广东三校联考)多路导线输电时经常用到的一个六分导线间隔棒，用于固定和分隔导线，如图为其截面图。间隔棒将6条输电导线分别固定在一个正六边形的顶点a、b、c、d、e、f上，O为正六边形的中心。已知通电直导线在周围形成磁场的磁感应强度与电流大小成正比，与到导线的距离成反比，假设a、c、e三条输电直导线中电流方向垂直纸面向外，b、d、f三条输电直导线中电流方向垂直纸面向里，所有直导线电流大小相等，其中导线a对导线b的安培力为F，下列说法正确的是(　　)
2
3
4
5
6
1
7
8
9
10
11
2
3
4
5
6
1
7
8
9
10
11
2
3
4
5
6
1
7
8
9
10
11
7
8
9
10
11
1
3
4
5
6
2
C
7
8
9
10
11
1
3
4
5
6
2
8
9
10
11
1
3
4
5
6
7
2
8．如图甲所示，两根长为L、夹角为60°的光滑导轨M、N一端固定在地面上，另一端与电动势为E的电源连接，两根导轨形成倾角为30°的斜面，有匀强磁场垂直斜面。质量为m、足够长的导体棒P平行于斜面底端放置，垂直斜面的视图如图乙所示，导体棒可静止在导轨的任意位置。已知两导轨的电阻与长度成正比，总电阻均为R，与电源连接处靠得很近但彼此绝缘，不计电路其余部分的电阻，重力加速度为g。下列说法正确的是(　　)
8
9
10
11
1
3
4
5
6
7
2
8
9
10
11
1
3
4
5
6
7
2
9
10
11
1
3
4
5
6
7
8
2
ACD
9
10
11
1
3
4
5
6
7
8
2
9
10
11
1
3
4
5
6
7
8
2
9
10
11
1
3
4
5
6
7
8
2
10
11
1
3
4
5
6
7
8
9
2
(1)y轴正半轴上有粒子飞出部分的长度；
(2)同一时刻发射出的粒子中能被挡板挡住的粒子数占发射粒子总数的几分之几。
10
11
1
3
4
5
6
7
8
9
2
10
11
1
3
4
5
6
7
8
9
2
11
1
3
4
5
6
7
8
9
10
2
[满分练——重培优]
11．(12分)(2026·广东临考冲刺模拟)如图，在空间内有三个水平面P1、P2、P3，其中P1、P2和P2、P3之间的距离均为4l，在P1、P2间存在一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B1＝10 T。P2、P3间有一方向垂直纸面、具体大小未知的匀强磁场，磁感应强度大小用B2(B1>B2)表示。一边长为l＝0.2 m的正方形线框CDEF在P1上方以初速度v0＝2 m/s水平抛出，抛出时EF与P1相距l，线框能匀速穿过P2。已知线框的质量m＝0.8 kg，总电阻为1 Ω，重力加速度g＝10 m/s2，求：
11
1
3
4
5
6
7
8
9
10
2
(1)CD边到达P1时线框的速度大小；
(2)B2的大小和方向；
(3)从抛出到EF到达P3的过程线框运动的水平距离x。
11
1
3
4
5
6
7
8
9
10
2
11
1
3
4
5
6
7
8
9
10
2
11
1
3
4
5
6
7
8
9
10
2