专题03 磁场（考点串讲）-2024-2025学年高二物理上学期期中考点大串讲（沪科版2020）

期中复习·考点清单 沪科版•选必二（高二上期中） 第五章——磁场 01 02 巩固提升 知识清单 目 录 03 课堂小结 知识清单 01 （选必二）第五章 磁场 一、地磁场 ①地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图所示． ②地磁场B的水平分量（Bx）总是从地球南极指向北极，而竖直分量（By）则南北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下． ③在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱相等，且方向水平向北． 知识清单 01 二、通电直导线周围的磁场 特点 安培定则 直线电流的磁场 无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱   通电螺线管的磁场 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场   环形电流的磁场 环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱 知识清单 01 三、磁感应强度的定义与物理意义 磁感应强度 （1）物理意义：描述磁场的强弱和方向． （2）定义式：B＝F/IL（通电导线垂直于磁场）． （3）方向：小磁针静止时N极的指向． （4）单位：特斯拉，符号T，1T＝1N/（A•m）． 知识清单 01 四、安培力的概念 1．安培力的方向 （1）用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向． （2）安培力方向的特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面． 2．安培力的大小 （1）当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，F＝BILsinθ； （2）当磁场和电流垂直时，安培力最大，为F＝BIL； （3）当磁场和电流平行时，安培力等于零． 知识清单 01 五、安培力作用下导体运动方向的判定 （1）判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向． （2）在应用左手定则判定安培力方向时，磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面． 知识清单 01 六、与安培力有关的力学综合问题 1．安培力的大小：安培力常用公式F＝BIL，要求两两垂直，应用时要满足： （1）B与L垂直； （2）L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度． 如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度（如图所示），相应的电流方向沿L由始端流向末端．因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零． 2．通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路 （1）选定研究对象； （2）变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I； （3）列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解． 知识清单 01 七、左手定则判断安培力的方向与两根通电导线之间的作用力 1．安培力的方向 （1）用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向． （2）安培力方向的特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面． 2.平行通电直导线间的作用：两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用．①电流方向相同时，将会吸引； ②电流方向相反时，将会排斥． 知识清单 01 八、洛伦兹力的概念 1．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。 2．洛伦兹力的方向（1）判定方法：左手定则：掌心﹣磁感线垂直穿入掌心；四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；拇指指向洛伦兹力的方向。（2）方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面。 3．洛伦兹力的大小（1）v∥B时，洛伦兹力F＝0．（θ＝0°或180°） （2）v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB．（θ＝90°）（3）v＝0时，洛伦兹力F＝0。 4．洛伦兹力的特点（1）洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面，所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，即洛伦兹力永不做功。（2）当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化。 （3）用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要注意将四指指向电荷运动的反方向。 知识清单 01 九、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 带电粒子在匀强磁场中的运动 1．若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动． 2．若v⊥B，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动． 3．半径和周期公式：（v⊥B） 知识清单 01 十、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的分析方法． 知识清单 01 十一、速度选择器 1.速度选择器的原理图如下： 2.特点：粒子匀速垂直穿过正交的匀强磁场和匀强电场时，根据qvB＝qE，可得粒子的速度必为v＝E/B。就好像能特定选择出这一速度的粒子，因此将这种设备称为速度选择器。 知识清单 01 十二、回旋加速器 1.回旋加速器示意图如下： 2.回旋加速器的原理：用磁场控制轨道、用电场进行加速。 D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差U，盒内部空间由于静电平衡无电场，电压U在两盒之间的缝隙处产生加速电场。 盒中心A 处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速。 两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，磁场使粒子做匀速圆周运动，从而使粒子在缝隙处被加速后再回到缝隙处再被加速。 两盒间的交变电势差一次一次地改变正负，保证粒子每次都能被加速。 知识清单 01 十三、霍尔效应 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则垂直于电流和磁场方向会产生一个附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应． 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而引起的偏转，所以可以用高中物理中的电磁学、力学、运动学等有关知识来进行解释．霍尔效应原理的应用常见的有：霍尔元件、磁流体发电机、电磁流量计、磁强计等． 知识清单 01 十四、磁流体发电机 1.磁流体发电机的原理图如下： 2.（1）原理：等离子气体喷入磁场，正负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在A、B板上，产生电势差，它可以把离子的动能通过磁场转化为电能。 （2）电源正，负极判断：根据左手定则可判断出图中的B是发电机的正极。 （3）电源电动势U：设A、B平行金属板的面积为S，两极板间的距离为l，磁场磁感应强度为B，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体的速度为v，板外电阻为R。当正、负离子所受静电力和洛伦兹力平衡时，两极板间达到的最大电势差为U（即电源电动势），则qU/L＝qvB，即U＝Blv（4）电源内阻：r＝ρL/S （5）回路电流：I＝U/R+r。 巩固提升 02 1.（2023秋•黄浦区校级期中）如图所示，两平行金属板水平放置，开始开关合上使平行板电容器带电，板间存在垂直纸面向里的匀强磁场，一个不计重力的带电粒子恰能以水平向右的速度沿直线通过两板，在以下方法中，能使带电粒子仍沿水平直线通过两板的是（ ） A．把两板的距离减小一半，同时把粒子速率增加一倍 B．把两板的距离增大一倍，同时把板间磁感应强度增大一倍 C．将电源电动势增大一倍，同时把板间磁场的磁感应强度减为一半 D．将电源电动势减小一半，同时把粒子速率增加一倍 A 巩固提升 02 2.（2023秋•浦东新区校级月考）1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒构成，其间留有空隙。下列说法正确的是（ ） A．离子由加速器的边缘进入加速器 B．离子从磁场中获得能量 C．离子从电场中获得能量 D．离子从电场和磁场中获得能量 C 巩固提升 02 3.（2024春•虹口区校级期中）笔记本电脑盖上屏幕，屏幕盖板上磁铁和主板机壳上“霍尔传感器”配合，使屏幕进入休眠模式，其工作原理如图所示。当电脑盖上屏幕时，相当于屏幕边缘的磁极靠近霍尔元件，已知该霍尔元件载流子为电子，以下说法正确的是（ ） A．盖上盖板，a端带正电 B．打开盖板，a端带正电 C．盖上屏幕过程中，a、b间电势差逐渐增大 D．盖上屏幕过程中，a、b间电势差不变 C 课堂小结 基本概念和基本规律 安培力：通电导体在磁场中受到的力。匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，安培力的大小 F = BIL。 洛伦兹力：运动电荷在磁场中所受到的力。电荷垂直于磁场方向运动时，洛伦兹力的大小 f = qvB。 03 课堂小结 基本方法 通过研究安培力与电流、导线长度、磁感应强度的定量关系，认识控制变量法。 在探究基于导体受到的安培力导出运动电荷所受洛伦兹力的过程中，感受等效的思维方法。 在得出安培力和洛伦兹力的过程中，认识实验归纳与理论演绎相结合的方法。 03 课堂小结 03