【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第1章安培力與洛倫茲力本章整合課件

第1章本章整合知識網(wǎng)絡·體系構建專題突破·歸納整合目錄索引

知識網(wǎng)絡·體系構建F=IlBsinθ,θ為B與I的夾角

左手定則

F=qvBsinθ,θ為B與v的夾角

左手定則

洛倫茲力始終與速度垂直,不做功

專題突破·歸納整合專題一安培力與力學知識的綜合應用1.通電導線在磁場中的平衡和加速(1)首先把立體圖畫成易于分析的平面圖,如側視圖、正視圖或俯視圖等。(2)確定導線所處磁場的方向,根據(jù)左手定則確定安培力的方向。(3)結合通電導線的受力分析、運動情況等,根據(jù)題目要求,列出平衡方程或牛頓第二定律方程求解。2.安培力做功的特點和實質(1)安培力做功與路徑有關,不像重力、電場力做功與路徑無關。(2)安培力做功的實質:起傳遞能量的作用。①安培力做正功:是將電源的能量轉化為導線的動能或其他形式的能。②安培力做負功:是將其他形式的能轉化為電能后儲存或轉化為其他形式的能。典例1

如圖所示,光滑導軌與水平面成α角,導軌寬為l。勻強磁場的磁感應強度為B。金屬桿長為l,質量為m,水平放在導軌上。當回路總電流為I1時,金屬桿正好能靜止。(1)這時B至少多大?B的方向如何?(2)若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上,應把回路總電流I2調到多大才能使金屬桿保持靜止?解析

(1)畫出金屬桿的截面圖如圖所示。由三角形法則得,只有當安培力方向沿導軌平面向上時安培力才最小,B也最小。根據(jù)左手定則,這時B應垂直于導軌平面向上,大小滿足BI1l=mgsin

α,(2)當B的方向改為豎直向上時,安培力的方向變?yōu)樗较蛴?要使金屬桿保持靜止,應使沿導軌方向的合力為零,得BI2lcos

α=mgsin

α,方法技巧

(1)注意把立體圖改畫為平面圖。(2)對物體進行正確的受力分析,畫受力分析圖,特別注意安培力的方向。(3)利用平衡條件、牛頓運動定律、動能定理等列式求解。專題二通電導體在安培力作用下運動的判斷四法1.電流元法:把整段通電導體等效為許多小段的直線電流元,用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向,從而判斷整段通電導體所受合力方向。2.特殊位置法:把通電導體或磁鐵轉到一個便于分析的特殊位置后,再判斷安培力的方向。3.等效法:環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵,條形磁鐵也可以等效成環(huán)形電流或通電螺線管,通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流。4.利用結論法(1)兩通電導線相互平行時無轉動趨勢,同向電流相互吸引,反向電流相互排斥;(2)兩通電導線不平行時,有轉動到相互平行且電流方向相同的趨勢。典例2

如圖所示,把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面。當線圈內通以圖示方向的電流后,線圈的運動情況是(

)A.線圈向左運動B.線圈向右運動C.從上往下看順時針轉動D.從上往下看逆時針轉動A解析

解法一

電流元法首先將線圈分成很多小段,每一小段可看作一直線電流元,取其中上、下兩小段分析,其截面圖和受到的安培力情況如圖所示。根據(jù)對稱性可知,線圈所受安培力的合力水平向左,故線圈向左運動。只有選項A正確。解法二

等效法將環(huán)形電流等效成小磁針,如圖所示,根據(jù)異名磁極相互吸引可知,線圈將向左運動。也可將左側條形磁鐵等效成環(huán)形電流,根據(jù)結論“同向電流相互吸引,異向電流相互排斥”判斷出線圈向左運動,選項A正確。專題三帶電粒子在有界磁場中的運動帶電粒子在有界勻強磁場中運動時的常見情形

直線邊界(粒子進出磁場具有對稱性)平行邊界(粒子運動存在臨界條件)圓形邊界(粒子沿徑向射入,再沿徑向射出)典例3

如圖所示,半徑為R的圓是一圓柱形勻強磁場區(qū)域的橫截面(紙面),磁感應強度大小為B,方向垂直于紙面向外。一電荷量為q(q>0)、質量為m的粒子沿平行于直徑ab的方向射入磁場區(qū)域,射入點與ab的距離為

。已知粒子射出磁場時與射入磁場時運動方向間的夾角為60°,則粒子的速率為(不計重力)(

)BD專題四帶電粒子在磁場中運動的臨界極值問題典例5

如圖所示,左右邊界分別為PP'、QQ'的勻強磁場的寬度為d,磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向里。一個質量為m、電荷量為q的帶負電粒子,沿圖示方向以速度v0垂直射入磁場。欲使粒子不能從邊界QQ'射出,粒子入射速度v0的最大值是(

)C方法技巧

帶電粒子在磁場中運動的臨界極值問題的分析方法借助半徑R和速度v(或磁場B)之間的約束關系進行動態(tài)運動軌跡分析,確定軌跡圓和邊界的關系,找出臨界點,然后利用數(shù)學方法求解極值。注意:(1)剛好穿出或不穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切。(2)當速度v一定時,弧長(或弦長)越長,圓心角越大,則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長。(3)當速率v變化時,圓心角大的,運動時間長。專題五帶電粒子在組合場或疊加場中的運動1.帶電粒子在組合場中的運動要依據(jù)粒子運動過程的先后順序和受力特點辨別清楚在電場中做什么運動,在磁場中做什么運動。(1)帶電粒子在勻強電場中的運動特點:①帶電粒子沿平行于電場方向進入勻強電場時,做勻變速直線運動;②帶電粒子沿垂直于電場方向進入勻強電場時,做類平拋運動。(2)帶電粒子在勻強磁場中的運動特點:①當帶電粒子(不計重力)的速度方向與磁場方向平行時,做勻速直線運動;②當帶電粒子(不計重力)的速度方向與磁場方向垂直時,做勻速圓周運動。2.帶電粒子在疊加場中的運動(1)當帶電粒子在疊加場中做勻速運動時,根據(jù)平衡條件列方程求解。(2)當帶電粒子在疊加場中做勻速圓周運動時,往往同時應用牛頓第二定律和平衡條件列方程求解。(3)當帶電粒子在疊加場中做非勻變速曲線運動時,常選用動能定理或能量守恒定律列方程求解。典例6

如圖甲所示,一個質量為m、電荷量為q的圓環(huán),可在水平放置的足夠長的粗糙細桿上滑動,細桿處于勻強磁場中,不計空氣阻力,現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0,在以后的運動過程中的速度圖像如圖乙所示。則關于圓環(huán)所帶的電性、勻強磁場的磁感應強度B和圓環(huán)克服摩擦力所做的功W,以下說法正確的是(重力加速度為g)(

)B典例7

如圖所示,在豎直平面內建立直角坐標系xOy,其第一象限存在著正交的勻強電場和勻強磁場,電場強度的方向水平向右,磁感應強度的方向垂直紙面向里。一電荷量為+q、質量為m的微粒從原點出發(fā),以與x軸正方向的夾角為45°的初速度進入復合場中,正好做直線運動,當微粒運動到A(l,l)時,電場方向突然變?yōu)樨Q直向上(不計電場變化的時間),微粒繼續(xù)運動一段時間后,正好垂直于y軸穿出復合場。不計一切阻力,求:(1)電場強度E的大小;(2)磁感應強度B的大小;(3)微粒在復合場中運動的時間。解析

(1)微粒在到達A(l,l)之前做直線運動,受力分析如圖甲所示,根據(jù)平衡條件,有qE=mg,解得

。典例8

(2023山東聊城二中期末)在圖示區(qū)域中,y軸右方有一勻強磁場,磁感應強度的方向垂直紙面向里,大小為B,y軸左方有一勻強電場,該勻強電場的電場強度大小為E,方向與y軸夾角為45°斜向右上方。有一質子以速度v0由x軸上的P點沿x軸正方向射入磁場,質子在磁場中運動一段時間以后從Q點進入y軸左方的勻強電場區(qū)域