物理選修人教新課標(biāo)磁場(chǎng)回顧總結(jié)課件

1、第三章磁場(chǎng)第三章磁場(chǎng)本章回顧總結(jié)本章回顧總結(jié) 一、安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析 安培力可以使通電導(dǎo)體靜止、運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，安培力還可以做功，解題的基本思路和力學(xué)問(wèn)題一樣，先取研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，然后根據(jù)題中條件、牛頓定律等規(guī)律列式求解 具體求解應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手分析： 1安培力大小 (1)當(dāng)通電導(dǎo)體和磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，F(xiàn)ILB. (2)當(dāng)通電導(dǎo)體和磁場(chǎng)方向平行時(shí)，F(xiàn)0. (3)當(dāng)通電導(dǎo)體和磁場(chǎng)方向的夾角為時(shí)，F(xiàn)ILBsin . 2安培力的方向 (1)安培力的方向由左手定則確定 (2)F安B，同時(shí)F安L，即F安垂直于B和L決定的平面，但L和B不一定垂直 3解決安培力問(wèn)題的一般步驟 (1)畫出通電

2、導(dǎo)線所在處的磁感線的方向 (2)用左手定則確定通電導(dǎo)線所受安培力的方向 (3)根據(jù)初速度的方向結(jié)合牛頓定律確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況 4注意的問(wèn)題 (1)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力與導(dǎo)線放置的角度有關(guān)，導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向的長(zhǎng)度為有效長(zhǎng)度 (2)在將三維立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖時(shí)注意畫準(zhǔn)力的方向如圖所示，質(zhì)量m0.1 kg的導(dǎo)體棒靜止于傾角為30的斜面上，導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L0.5 m通入垂直紙面向里的電流，電流大小I2 A，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中求：(g取10 m/s2) (1)導(dǎo)體棒所受安培力的大小和方向； (2)導(dǎo)體棒所受靜摩擦力的大小和方向 解析：解決此題的關(guān)鍵是分析導(dǎo)

3、體棒的受力情況，明確各力的方向和大小 (1)安培力F安ILB20.50.5 N0.5 N 由左手定則可知安培力的方向水平向右 (2)建立如圖坐標(biāo)系，分解重力和安培力在x軸方向上，設(shè)導(dǎo)體棒受的靜摩擦力大小為Ff，方向沿斜面向下 在x軸方向上有 mgsin FfF安cos 解得Ff0.067 N，負(fù)號(hào)說(shuō)明靜摩擦力的方向與假設(shè)的方向相反，即沿斜面向上 答案：(1)0.5 N水平向右(2)0.067 N沿斜面向上 二、運(yùn)動(dòng)電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的力 1洛倫茲力 (1)大小：帶電粒子的速度與磁場(chǎng)平行時(shí)，F(xiàn)洛0；速度與磁場(chǎng)垂直時(shí)，F(xiàn)洛qvB. (2)方向：由左手定則判斷 2帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題 當(dāng)

4、某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象，或物體從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)，發(fā)生這種質(zhì)的飛躍的轉(zhuǎn)折狀態(tài)通常稱臨界狀態(tài)，涉及臨界狀態(tài)的物理問(wèn)題叫臨界問(wèn)題，產(chǎn)生臨界狀態(tài)的條件叫臨界條件，臨界問(wèn)題能有效地考查多方面的能力 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，往往出現(xiàn)臨界問(wèn)題，這時(shí)應(yīng)以題目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等詞語(yǔ)為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d，邊界為CD和EF.一電子從CD邊界外側(cè)以速率v0垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，入射方向與CD邊界間夾角為.已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，為使電子能從磁場(chǎng)的另一側(cè)EF射出，求： (1)電子

5、的速率v0至少多大； (2)若角可取任意值，v0的最小值 是多少 解析：本題考查圓周運(yùn)動(dòng)的邊界問(wèn)題的求解方法當(dāng)入射速率v0很小時(shí)，電子會(huì)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)一段圓弧后又從CD一側(cè)射出，速率越大，軌道半徑越大，當(dāng)軌道的邊界與EF相切時(shí)，電子恰好不能從EF射出，如圖所示，電子恰好射出時(shí)，由幾何知識(shí)可得： 三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)并存，或其中某兩場(chǎng)并存，或分區(qū)域存在的某一空間粒子經(jīng)過(guò)該空間時(shí)可能受到的力有重力、靜電力和洛倫茲力處理帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的方法： 1正確分析帶電粒子(帶電體)的受力特征 帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)，取決于帶電粒子(帶電

6、體)所受的合外力及其初始速度帶電粒子(帶電體)在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力還會(huì)隨速度的變化而變化，而洛倫茲力的變化可能會(huì)引起帶電粒子(帶電體)所受的其他力的變化，因此應(yīng)把帶電粒子(帶電體)的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況結(jié)合起來(lái)分析，注意分析帶電粒子(帶電體)的受力和運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，通過(guò)正確的受力分析和運(yùn)動(dòng)情況分析，明確帶電粒子(帶電體)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，選擇恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律解決問(wèn)題 2靈活選用力學(xué)規(guī)律 (1)當(dāng)帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，就根據(jù)平衡條件列方程求解 (2)當(dāng)帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(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 (3)當(dāng)帶電粒子(帶電體)在復(fù)合

7、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 3帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的區(qū)別垂直電場(chǎng)線進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)(不計(jì)重力)垂直磁感線進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)(不計(jì)重力)受力情況電場(chǎng)力FEq大小、方向不變洛倫茲力FBqv大小不變，方向隨v而改變垂直電場(chǎng)線進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)(不計(jì)重力)垂直磁感線進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)(不計(jì)重力)運(yùn)動(dòng)軌跡圖求解方法處理橫向偏移y和偏轉(zhuǎn)角要通過(guò)類似平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求解橫向偏移y和偏轉(zhuǎn)角要結(jié)合圓的幾何關(guān)系通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)的討論求解在如圖所示的平面直角坐標(biāo)系中，存在一個(gè)半徑R0.2 m的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.1 T，方向垂直紙面向外，該磁場(chǎng)區(qū)域的右邊緣與坐標(biāo)原點(diǎn)O相切y軸右

8、側(cè)存在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1.0104 N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向沿y軸正方向，電場(chǎng)區(qū)域?qū)挾萳0.1 m現(xiàn)從坐標(biāo)為(0.2 m，0.2 m)的P點(diǎn)發(fā)射出質(zhì)量m2.0109 kg、帶電荷量q5.0105 C的帶正電粒子，沿y軸正方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，速度大小v05.0103 m/s.重力不計(jì) (1)求該帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的位置坐標(biāo)； (2)為了使該帶電粒子能從坐標(biāo)為(0.1 m，0.05 m)的點(diǎn)回到電場(chǎng)中，可在緊鄰電場(chǎng)的右側(cè)一正方形區(qū)域內(nèi)加勻強(qiáng)磁場(chǎng)，試求所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和正方形區(qū)域的最小面積 答案：答案：(1)(0.1 m,0.05 m)(2)0.02 m2 四、洛倫茲力與現(xiàn)代科技 洛倫茲力在

9、現(xiàn)代科技中應(yīng)用十分廣泛，前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)的速度選擇器、質(zhì)譜儀、回旋加速器等都是利用洛倫茲力，下面再列舉幾例 1磁流體發(fā)電機(jī) 如圖所示是磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖，其原理是由燃燒室O燃燒電離成的正、負(fù)離子(等離子體)以高速v噴入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B(發(fā)電通道)中，正負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上、下偏轉(zhuǎn)而積聚到A、C板上，產(chǎn)生電勢(shì)差，從而在兩板間形成一個(gè)向下的電場(chǎng) 此后進(jìn)入兩板間的等離子體將同時(shí)受靜電力和洛倫茲力作用，當(dāng)?shù)入x子體受靜電力與洛倫茲力平衡，即qEBqv時(shí)，等離子體將勻速通過(guò)發(fā)電通道，此時(shí)A、C板上積聚的電荷最多，兩板間電勢(shì)差最大，閉合開關(guān)S，將A、C兩板與負(fù)載R相連，就可對(duì)外供電，這就是磁流體發(fā)電AC

10、兩板間電勢(shì)差的最大值U即為該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，由qEBqv及EU/d可得，電動(dòng)勢(shì)UBdv，其中d為AC兩板間的距離 2霍爾效應(yīng) 如圖所示，高h(yuǎn)、寬為d的導(dǎo)體置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體板的上表面A和下表面A之間產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱為霍爾電壓O 3電磁流量計(jì) 下圖是電磁流量計(jì)的示意圖在非磁性材料做成的圓管道外加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過(guò)此磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，液體中的帶電微粒在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使管壁與磁場(chǎng)和流速均垂直的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生電勢(shì)差測(cè)出管壁上的ab兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U，就可以知道管中液體的流量Q單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)液體的體積(m3/s)如圖所示為磁流體發(fā)電

11、機(jī)示意圖，其中兩極板間距d20 cm，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B5 T，若接入額定功率P100 W的燈泡，燈泡正常發(fā)光，其正常發(fā)光時(shí)的電阻R400 ，不計(jì)發(fā)電機(jī)內(nèi)阻，求：等離子體的流速 思路點(diǎn)撥：當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，根據(jù)所提供的參數(shù)，可求出燈泡兩端的電壓，因不考慮發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻，該電壓就等于發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，也等于兩極板間的電壓然后對(duì)等離子體列受力平衡方程即可求解答案：答案：200 m/s 【考情分析】 1從近三年的高考試題可以看出，考查熱點(diǎn)主要集中在： (1)安培力的應(yīng)用和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) (2)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 2縱觀近幾年高考題可以看出，題型包括選擇題和計(jì)算題選擇題側(cè)重考查磁場(chǎng)的基本概

12、念，安培力的簡(jiǎn)單應(yīng)用，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)試題難度中等偏上且分值大 【高考沖浪】 ?？键c(diǎn)一：磁場(chǎng)的描述、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 1.(2012天津高考)如圖所示，金屬棒MN兩端由等長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通以由M向N的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為.如果僅改變下列某一個(gè)條件，角的相應(yīng)變化情況是() A棒中的電流變大，角變大 B兩懸線等長(zhǎng)變短，角變小 C金屬棒質(zhì)量變大，角變大 D磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，角變小 解析：以導(dǎo)體棒為研究對(duì)象，從M端向N端看，導(dǎo)體棒受重力G、安培力F和繩子拉力T三個(gè)共點(diǎn)力而處于平衡狀態(tài)，三力首尾相連可構(gòu)成閉合矢量三角形，如圖所示其中安培力和重力方向

13、始終保持不變，據(jù)此可知棒中電流變大，則安培力變大，使得角變大，選項(xiàng)A正確；兩懸線長(zhǎng)度變 短，角不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；金屬棒質(zhì)量變大， 角變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，安培 力變大，角變大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案：A 2.(2012大綱全國(guó)高考)如圖，兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線過(guò)紙面上的M、N兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流a、o、b在M、N的連線上，o為MN的中點(diǎn)，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到o點(diǎn)的距離均相等關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是() Ao點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 Ba、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反 Cc、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同

14、 Da、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同 解析：根據(jù)安培定則可知M、N導(dǎo)線中的電流在o點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向均垂直MN連線，由od，故o處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于M、N兩導(dǎo)線中電流大小相等，根據(jù)對(duì)稱性知BaBb，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均垂直于M、N連線，方向相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；c、d關(guān)于o點(diǎn)對(duì)稱，M、N兩導(dǎo)線中的電流在c、d兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和相等且方向均為cd，選項(xiàng)C正確；由于a、b、c、d四點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案：C 3(2011新課標(biāo)全國(guó)高考)為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場(chǎng)是由繞過(guò)地心的軸的環(huán)形電流I引起的在下列四個(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向

15、的是() 解析：地理上的南極是地磁場(chǎng)的北極，由右手螺旋定則可知，選項(xiàng)B正確 答案：B 4(2011新課標(biāo)全國(guó)高考)電磁軌道炮工作原理如圖所示待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸電流I從一條軌道流入，通過(guò)導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(chǎng)(可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng))，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來(lái)的2倍，理論上可采用的辦法是() A只將軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 B只將電流I增加至原來(lái)的2倍 C只將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半 D將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半，軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，其他量不變

16、答案：答案：BD 5.(2011大綱全國(guó)高考)如圖，兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點(diǎn)，且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點(diǎn)在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)是() Aa點(diǎn)Bb點(diǎn) Cc點(diǎn)Dd點(diǎn) 解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，兩導(dǎo)線在d處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度成一定角度，則d處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定不為零；根據(jù)右手安培定則可知，兩導(dǎo)線在b處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，則b處磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和一定不為零；兩導(dǎo)線在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，由于I1I2，可知I1在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于I2在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度

17、，故a處磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和一定不為零； 同理，兩導(dǎo)線在c處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，由于I1I2且I1距離c處較遠(yuǎn)，可知I1在c處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可能等于I2在c處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，故c處磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和可能為零，選項(xiàng)C正確 答案：C 6.(2010上海高考)如圖，水平桌面上放置一根條形磁鐵，磁鐵中央正上方用絕緣彈簧懸掛一水平直導(dǎo)線，并與磁鐵垂直當(dāng)直導(dǎo)線中通入圖中所示方向的電流時(shí)，可以判斷出() A彈簧的拉力增大，條形磁鐵對(duì)桌面的壓力減小 B彈簧的拉力減小，條形磁鐵對(duì)桌面的壓力減小 C彈簧的拉力增大，條形磁鐵對(duì)桌面的壓力增大 D彈簧的拉力減小，條形磁鐵對(duì)桌面的壓力增大 解析：如圖

18、，畫出直導(dǎo)線附近的條形磁鐵的磁感線，由左手定則，直導(dǎo)線受向下的安培力，由力的作用是相互的，條形磁鐵受向上的作用力故選項(xiàng)A正確 答案：A ?？键c(diǎn)二：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 1(2012北京高考)處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的一個(gè)帶電粒子，僅在磁場(chǎng)力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)將該粒子的運(yùn)動(dòng)等效為環(huán)形電流，那么此電流值() A與粒子電荷量成正比 B與粒子速率成正比 C與粒子質(zhì)量成正比 D與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比答案：答案：D 答案：答案：B 3(2012江蘇高考)如圖所示，MN是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在紙面內(nèi)從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)若粒子速度為v0，最遠(yuǎn)能落在邊界上的A點(diǎn)下列說(shuō)法正確的有()答案：答案：BC 4.(2012廣東高考)質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子M和N，以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，運(yùn)行的半圓軌跡如圖中虛線所示下列表述正確的是() AM帶負(fù)電，N帶正電 BM的速率小于N的速率 C洛倫茲力對(duì)M、N做正功 DM的運(yùn)行時(shí)間大于N的運(yùn)行時(shí)間答案：答案：A ?？键c(diǎn)三：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 2.(2010福建高考)如圖所示的裝置，左半部為速