新教材物理人教版選擇性必修第二冊(cè)課件第一章安培力與洛倫茲力本章整合

本章整合答案:(1)F=BIlsinθ,θ為B與I的夾角

(2)左手定則

(3)F=qvBsinθ,θ為B與v的夾角

(4)左手定則專題一

安培力與力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用1.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(cè)視圖、正視圖或俯視圖等。(2)確定導(dǎo)線所在處磁場(chǎng)的方向,根據(jù)左手定則確定安培力的方向。(3)結(jié)合通電導(dǎo)線的受力分析、運(yùn)動(dòng)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(diǎn)和實(shí)質(zhì)(1)安培力做功與路徑有關(guān),不像重力、電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)。(2)安培力做功的實(shí)質(zhì):起傳遞能量的作用。①安培力做正功:是將電源的能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或其他形式的能。②安培力做負(fù)功:是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。例1

如圖所示,光滑導(dǎo)軌與水平面成α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?(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?解析:(1)畫出金屬桿的截面圖。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)規(guī)律方法(1)注意把立體圖改畫為平面圖。(2)對(duì)物體進(jìn)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(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理等列式求解。專題二

通電導(dǎo)體在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的判斷四法1.電流元法:把整段通電導(dǎo)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(dǎo)體所受合力方向。2.特殊位置法:把通電導(dǎo)體或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)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(jié)論法:(1)兩通電導(dǎo)線相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì),同向電流相互吸引,反向電流相互排斥;(2)兩通電導(dǎo)線不平行時(shí),有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì)。例2

如圖所示,把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)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(dāng)線圈內(nèi)通以圖示方向的電流后,線圈的運(yùn)動(dòng)情況是(

)A.線圈向左運(yùn)動(dòng)B.線圈向右運(yùn)動(dòng)C.從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D.從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)稱性可知,線圈所受安培力的合力水平向左,故線圈向左運(yùn)動(dòng)。只有選項(xiàng)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)異名磁極相吸引可知,線圈將向左運(yùn)動(dòng)。也可將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流,根據(jù)結(jié)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(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確。答案:A專題三

帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的常見情形例3

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

。已知粒子射出磁場(chǎng)時(shí)與射入磁場(chǎng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向間的夾角為60°,則粒子的速率為(不計(jì)重力)(

)答案:B答案:D專題四

帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解問題例5

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

)答案:C規(guī)律方法帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)臨界極值問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)剛好穿出或不穿出磁場(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(或弦長)越長,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。(3)當(dāng)速率v變化時(shí),圓心角大的,運(yùn)動(dòng)時(shí)間長。專題五

帶電粒子在組合場(chǎng)或疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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)。(1)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):①帶電粒子沿平行于電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),做勻變速直線運(yùn)動(dòng);②帶電粒子沿垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),做類平拋運(yùn)動(dòng)。(2)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):①當(dāng)帶電粒子(不計(jì)重力)的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),做勻速直線運(yùn)動(dòng);②當(dāng)帶電粒子(不計(jì)重力)的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2.帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)當(dāng)帶電粒子在疊加場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)平衡條件列方程求解。(2)當(dāng)帶電粒子在疊加場(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。(3)當(dāng)帶電粒子在疊加場(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6(2018北京卷)某空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)。一個(gè)帶電粒子(不計(jì)重力)以一定初速度射入該空間后,做勻速直線運(yùn)動(dòng);若僅撤除電場(chǎng),則該粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。下列因素與完成上述兩類運(yùn)動(dòng)無關(guān)的是(

)A.磁場(chǎng)和電場(chǎng)的方向 B.磁場(chǎng)和電場(chǎng)的強(qiáng)弱C.粒子的電性和電荷量 D.粒子入射時(shí)的速度解析:由于帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng),對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析知,電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力平衡,qE=qvB,即v=,由此式可知,粒子的電性和電荷量與完成題述兩類運(yùn)動(dòng)無關(guān),故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。答案:C例7

如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖。設(shè)平行金屬板間距為d,發(fā)電通道長為a、寬為b,其間有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,導(dǎo)電流體的流速為v,電阻率為ρ,負(fù)載電阻為R,導(dǎo)電流體從一側(cè)沿垂直磁場(chǎng)且與極板平行方向射入極板間,求:(1)該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E。(2)負(fù)載R上的電流I。(3)磁流體發(fā)電機(jī)總功率P。解析:(1)在發(fā)電通道的前后兩面加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,等粒子體經(jīng)過管道時(shí)受洛倫茲力作用會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)(即霍爾效應(yīng))。達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),例8

如圖所示,在第一象限存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面(xOy平面)向外;在第四象限存在勻強(qiáng)電場(chǎng),方向沿x軸負(fù)向。在y軸正半軸上某點(diǎn)以與x軸正向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子,該粒子在(d,0)點(diǎn)沿垂直于x軸的方向進(jìn)入電場(chǎng)。不計(jì)粒子重力。若該粒子離開電場(chǎng)時(shí)速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為θ,求電場(chǎng)強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值和該粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。解析:粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示:粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)