人教版選修31 第3章 磁場(chǎng) 章末總結(jié) 課件（31張）.pptx

第三章磁場(chǎng) 章末總結(jié) 內(nèi)容索引 知識(shí)網(wǎng)絡(luò) 題型探究 1 知識(shí)網(wǎng)絡(luò) 產(chǎn)生 由產(chǎn)生 存在于磁體或通電導(dǎo)體周圍的一種特殊物質(zhì)性質(zhì) 對(duì)處在磁場(chǎng)中的電荷 或 有力的作用 概念 運(yùn)動(dòng)電荷 磁場(chǎng) 描述 定量描述 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁通量 b s 意義 表征磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量定義式 b b l 方向 小磁針靜止時(shí)極所指的方向 形象描述 磁感線 磁體磁場(chǎng) 外部 n s內(nèi)部 s n 電流磁場(chǎng) 安培定則 手螺旋定則 通電導(dǎo)體 運(yùn)動(dòng) bs 右 n 大小 f qvbsin 為與的夾角方向 由手定則判斷特點(diǎn) 洛倫茲力 填 做功 或 不做功 特例 沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做 運(yùn)動(dòng) qvb r t 應(yīng)用 質(zhì)譜儀 回旋加速器 大小 f ilbsin 為與的夾角 l為 長(zhǎng)度方向 由手定則判斷 作用 b 磁場(chǎng) 不做功 左 安培力 洛倫茲力 v 有效 b 左 勻速圓周 i 題型探究 2 一 安培力與力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用 通電導(dǎo)體在安培力的作用下可能處于平衡狀態(tài) 也可能處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行正確的受力分析 是解決該類問(wèn)題的關(guān)鍵 分析的一般步驟是 1 明確研究對(duì)象 這里的研究對(duì)象一般是通電導(dǎo)體 2 正確進(jìn)行受力分析并畫(huà)出導(dǎo)體的受力分析圖 必要時(shí)畫(huà)出側(cè)視圖 俯視圖等 3 根據(jù)受力分析確定通電導(dǎo)體所處的狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)過(guò)程 4 運(yùn)用平衡條件或動(dòng)力學(xué)知識(shí)列式求解 例1如圖1所示 光滑導(dǎo)軌與水平面成 角 導(dǎo)軌寬為l 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 金屬桿長(zhǎng)為l 質(zhì)量為m 水平放在導(dǎo)軌上 當(dāng)回路總電流為i1時(shí) 金屬桿正好能靜止 求 1 這時(shí)b至少多大 b的方向如何 答案 解析 圖1 畫(huà)出金屬桿的截面圖 由三角形法則得 只有當(dāng)安培力方向沿導(dǎo)軌平面向上時(shí)安培力才最小 b也最小 根據(jù)左手定則 這時(shí)b應(yīng)垂直于導(dǎo)軌平面向上 大小滿足bi1l mgsin b 2 若保持b的大小不變而將b的方向改為豎直向上 應(yīng)把回路總電流i2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止 答案 解析 圖1 當(dāng)b的方向改為豎直向上時(shí) 這時(shí)安培力的方向變?yōu)樗较蛴?要使金屬桿保持靜止 應(yīng)使沿導(dǎo)軌方向的合力為零 得bi2lcos mgsin i2 針對(duì)訓(xùn)練1 多選 如圖2所示 在傾角為 的光滑斜面上 垂直斜面放置一根長(zhǎng)為l 質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒 當(dāng)通以圖示方向電流i時(shí) 欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上 可加一平行于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b的方向由垂直斜面向上沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)至水平向左的過(guò)程中 下列說(shuō)法中正確的是a 此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度b逐漸增大b 此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度b先減小后增大c 此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的最小值為d 此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的最大值為 答案 解析 圖2 導(dǎo)體棒受重力 支持力 安培力作用而處于平衡狀態(tài) 當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b的方向由垂直斜面向上逆時(shí)針轉(zhuǎn)至水平向左的過(guò)程中 安培力由沿斜面向上轉(zhuǎn)至豎直向上 導(dǎo)體棒受力的動(dòng)態(tài)變化如圖所示 由圖知安培力逐漸增大 即此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度b逐漸增大 選項(xiàng)a正確 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 剛開(kāi)始安培力f最小 有sin 所以此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的最小值為 選項(xiàng)c正確 最后安培力最大 有f mg 即此過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度b的最大值為 選項(xiàng)d錯(cuò)誤 二 電偏轉(zhuǎn) 與 磁偏轉(zhuǎn) 的區(qū)別 例2如圖3所示 在虛線所示的寬度范圍內(nèi) 用場(chǎng)強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場(chǎng)可使以初速度v0垂直于電場(chǎng)入射的某種正離子偏轉(zhuǎn) 角 在同樣寬度范圍內(nèi) 若改用方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 使該離子穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的偏轉(zhuǎn)角度也為 則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為多少 答案 解析 圖3 針對(duì)訓(xùn)練2如圖4所示 在足夠長(zhǎng)的絕緣板mn上方距離為d的o點(diǎn)處 水平向左發(fā)射一個(gè)速率為v0 質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電的粒子 不考慮粒子重力 1 若在絕緣板上方加一電場(chǎng)強(qiáng)度大小為e 方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng) 求帶電粒子打到板上距p點(diǎn)的水平距離 已知op mn 答案 解析 2d 圖4 2 若在絕緣板的上方只加一方向垂直紙面 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 求 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑 若o點(diǎn)為粒子發(fā)射源 能夠在紙面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射帶電粒子 速度均為v0 不考慮粒子間的相互作用 求發(fā)射出的粒子打到板上的最短時(shí)間 答案 解析 三 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界極值問(wèn)題 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)臨界極值問(wèn)題的分析方法借助半徑r和速度v 或磁場(chǎng)b 之間的約束關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡分析 確定軌跡圓和邊界的關(guān)系 找出臨界點(diǎn) 然后利用數(shù)學(xué)方法求解極值 注意 1 剛好穿出磁場(chǎng)邊界的條件是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡與邊界相切 2 當(dāng)速度v一定時(shí) 弧長(zhǎng) 或弦長(zhǎng) 越長(zhǎng) 圓心角越大 則帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng) 3 當(dāng)速率v變化時(shí) 圓心角大的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) 例3如圖5所示 abcd是一個(gè)邊長(zhǎng)為l的正方形 它是磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)橫截面的邊界線 一帶電粒子從ad邊的中點(diǎn)o與ad邊成 30 角且垂直于磁場(chǎng)方向射入 若該帶電粒子所帶電荷量為q 質(zhì)量為m 重力不計(jì) 則該帶電粒子在磁場(chǎng)中飛行時(shí)間最長(zhǎng)是多少 若要帶電粒子飛行時(shí)間最長(zhǎng) 帶電粒子的速度必須符合什么條件 答案 解析 圖5 從題設(shè)的條件中 可知帶電粒子在磁場(chǎng)中只受洛倫茲力作用 做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 粒子帶正電 由左手定則可知它將向ab方向偏轉(zhuǎn) 帶電粒子可能的軌跡如圖所示 磁場(chǎng)方向沒(méi)有畫(huà)出 由圖可以發(fā)現(xiàn)帶電粒子從入射邊進(jìn)入 又從入射邊飛出時(shí) 其軌跡所對(duì)的圓心角最大 那么 帶電粒子從ad邊飛出的軌跡中 與ab相切的軌跡半徑也就是它所有可能軌跡半徑中的臨界半徑r0 r r0 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間是變化的 r r0 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是相同的 也是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)的 針對(duì)訓(xùn)練3 多選 如圖6所示 帶有正電荷的a粒子和b粒子同時(shí)以同樣大小的速度從寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上的o點(diǎn)分別以30 和60 與邊界的交角 射入磁場(chǎng) 又恰好不從另一邊界飛出 則下列說(shuō)法中正確的是 圖6 答案 解析 四 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法 1 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)要依據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程的先后順序和受力特點(diǎn)辨別清楚在電場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng) 在磁場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng) 2 帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 當(dāng)帶電粒子 帶電體 在疊加場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 根據(jù)平衡條件列方程求解 當(dāng)帶電粒子 帶電體 在疊加場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 往往同時(shí)應(yīng)用牛頓第二定律和平衡條件列方程求解 當(dāng)帶電粒子 帶電體 在疊加場(chǎng)中做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 常選用動(dòng)能定理或能量守恒定律列方程求解 例4如圖7所示 豎直平面內(nèi) 勻強(qiáng)電場(chǎng)方向水平向右 勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 一質(zhì)量為m 帶電荷量為q的粒子以速度v與磁場(chǎng)方向垂直 與電場(chǎng)方向成45 角射入復(fù)合場(chǎng)中 恰能做勻速直線運(yùn)動(dòng) 求電場(chǎng)強(qiáng)度e和磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小 重力加速度為g 答案 解析 圖7 假設(shè)粒子帶負(fù)電 則其所受電場(chǎng)力方向水平向左 洛倫茲力方向斜向右下方與v垂直 可以從力的平衡條件判斷出這樣的粒子不可能做勻速直線運(yùn)動(dòng) 所以粒子應(yīng)帶正電荷 受力情況如圖所示 根據(jù)合外力為零得mg qvbsin45 qe qvbcos45 例5如圖8所示的平面直角坐標(biāo)系xoy 在第 象限內(nèi)有平行于y軸的勻強(qiáng)電場(chǎng) 方向沿y軸正方向 在第 象限的正方形abcd區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng) 方向垂直于xoy平面向里 正方形邊長(zhǎng)為l且ad邊與x軸重合 ab邊與y軸平行 一質(zhì)量為m 電荷量為q的粒子 從y軸上的p 0 h 點(diǎn) 以大