磁場-教學(xué)設(shè)計教案

1.在相互垂直的勻強電場和勻強磁場中，有一傾角為θ、足夠長的光滑絕緣斜面，磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于紙面向外，電場方向豎直向上．有一質(zhì)量為m，帶電荷量為+q的小球靜止在斜面頂端，這時小球?qū)π泵娴恼龎毫η『脼榱?，如圖所示，若迅速把電場方向反轉(zhuǎn)為豎直向下，重力加速度為g，求：（1）小球能在斜面上滑行多遠(yuǎn)？（2）小球在斜面上滑行時間是多少？2.如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間距l(xiāng)=0.5m，導(dǎo)軌與水平面成θ=37°．導(dǎo)軌上端連接有E=6V、r=1Ω的電源和滑動變阻器．長度也為l的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量m=0.2kg、電阻R0=1Ω，整個裝置處在豎直向上的勻強磁場中，金屬棒一直靜止在導(dǎo)軌上．當(dāng)滑動變阻器的阻值R=1Ω時金屬棒剛好與導(dǎo)軌間無摩擦力．g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：（1）此時電路中的電流I；（2）當(dāng)滑動變阻器接入電路的電阻為4Ω時金屬棒受到的摩擦力大?。?.如圖所示，在一半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，方向垂直紙面向外．一束質(zhì)量為m、電量為q的帶正電的粒子沿平行于直徑MN的方向進(jìn)入勻強磁場．粒子的速度大小不同，重力不計．入射點P到直徑MN的距離為h，則：（1）某粒子經(jīng)過磁場射出時的速度方向恰好與其入射方向相反，求粒子的入射速度是多大？（2）恰好能從M點射出的粒子速度是多大？（3）若h=，粒子從P點經(jīng)磁場到M點的時間是多少？4.如圖所示，在傾角為θ=30°的斜面上，固定一寬L=0.25m的平行金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上端接入電源和滑動變阻器R．電源電動勢E=12V，內(nèi)阻r=1Ω，一質(zhì)量m=20g的金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并接觸良好．整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=0.80T、垂直于斜面向上的勻強磁場中，金屬棒的電阻R1=1Ω（導(dǎo)軌電阻不計）．金屬導(dǎo)軌是光滑的，要保持金屬棒在導(dǎo)軌上靜止，取g=10m/s2，求：（1）金屬棒所受到的安培力的大小；（2）通過金屬棒的電流的大?。唬?）滑動變阻器R接入電路中的阻值．5.在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強電場，第Ⅳ象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點以一定的初速度垂直于y軸射入電場，經(jīng)x軸上的N點與x軸正方向成θ＝60°角射入磁場，最后從y軸負(fù)半軸上的P點垂直于y軸射出磁場，已知ON＝d，如圖所示．不計粒子重力，求：(1)粒子在磁場中運動的軌道半徑R；(2)粒子在M點的初速度v0的大??；(3)粒子從M點運動到P點的總時間t.6.如圖所示，在xOy坐標(biāo)平面的第一象限內(nèi)有一沿y軸負(fù)方向的勻強電場，在第四象限內(nèi)有一垂直于平面向里的勻強磁場．現(xiàn)有一粒子源處在M(0，L)點并能以垂直與電場方向不斷發(fā)射質(zhì)量為m、電量為＋q、速度為v0的粒子(重力不計)，粒子進(jìn)入磁場后又從x軸上P(3L,0)點射入電場，其入射方向與x軸成45°角．求：(1)粒子到達(dá)P點時的速度大小v；(2)勻強電場的電場強度E和勻強磁場的磁感應(yīng)強度B；(3)粒子從M點運動到P點所用的時間t.

答案解析1.【答案】（1）（2）【解析】（1）由靜止可知：當(dāng)小球恰好離開斜面時，對小球受力分析，受豎直向下的重力、電場力和垂直于斜面向上的洛倫茲力，此時在垂直于斜面方向上合外力為零．則有：由動能定理得：解得：（2）對小球受力分析，在沿斜面方向上合力為，且恒定，故沿斜面方向上做勻加速直線運動．由牛頓第二定律得：得：由得：2.【答案】（1）（2）（3）【解析】解：（1）粒子出射方向與入射方向相反，在磁場中走了半周，其半徑r1=h，所以v1=（2）粒子從M點射出，其運動軌跡如圖，在△MQO1中，r22=（R﹣）2+（h﹣r2）2得：r2==所以v2=（3）若h=，sin∠POQ==，可得∠POQ=由幾何關(guān)系得粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)所對圓心角為α=周期T=所以t=T=3.【答案】（1）2A（2）0.6N【解析】（1）根據(jù)閉合電路歐姆定律，當(dāng)滑動變阻器的電阻為R1=1Ω時，電流I1===2A（2）金屬棒受重力mg、安培力F和支持力FN如圖．根據(jù)平衡條件可得，mgsinθ=F1cosθ又F1=BI1l聯(lián)立上式，解得磁感應(yīng)強度B===1.5T當(dāng)滑動變阻器的電阻為R2=4Ω時，電流I2==A=1A又F2=BI2l=1.5×1×0.5N=0.75Nmgsinθ=0.2×10×sin37°N=1.2N所以mgsinθ＞F2cosθ，故金屬棒受到沿導(dǎo)軌平面向上的摩擦力Ff根據(jù)平衡條件可得，mgsinθ=F2cosθ+Ff聯(lián)立解得：Ff=mgsinθ﹣F2cosθ=（0.2×10×sin37°﹣0.75×cos37°）N=0.6N4.【答案】（1）0.1N（2）0.5A（3）22Ω【解析】（1）金屬棒靜止在金屬導(dǎo)軌上受到重力、支持力和沿斜面向上的安培力，由受力平衡，F(xiàn)安=mgsin30°代入數(shù)據(jù)得F安=0.1N（2）由F安=BIL得=0.5A（3）設(shè)滑動變阻器接入電路的阻值為R，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：E=I（R+R1+r）解得R=-r-R1=22Ω5.【答案】(1)d(2)(3)【解析】(1)作出帶電粒子的運動軌跡如圖所示：由幾何關(guān)系得，Rsinθ＝d，解得R＝d.(2)由qvB＝得v＝在N點速度v與x軸正方向成θ＝60°角射出電場，將速度分解如圖所示cosθ＝得，射出速度v＝2v0，解得，v0＝.(3)設(shè)粒子在電場中運動的時間為t1，有d＝v0t1，所以t1＝＝.粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期為T＝，設(shè)粒子在磁場中運動的時間為t2，有t2＝T，所以t2＝.則t＝t1＋t2，所以t＝.6.【答案】(1)v0(2)(3)【解析】(1)粒子運動軌跡如圖所示．設(shè)粒子在P點速度為v，根據(jù)對稱性可知，v0＝vcos45°解得：v＝v0.(2)粒子由M點運動到P點的過程中，由動能定理得：qEL＝mv2－mv解得E＝水平方向的位移為xOQ＝v0t1豎直方向的位移為L＝t1，可得xOQ＝2L，xQP＝L由