2024-2025版高中物理第三章磁場(chǎng)階段提升課學(xué)案新人教版選修3-1

PAGE9-第三章磁場(chǎng)階段提升課學(xué)問(wèn)體系·思維導(dǎo)圖考點(diǎn)整合·素養(yǎng)提升考點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度及磁感線的理解與應(yīng)用1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解的幾點(diǎn)留意:(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身確定,因此不能依據(jù)定義式B=認(rèn)為B與F成正比,與IL成反比。(2)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)小段通電導(dǎo)線必需垂直磁場(chǎng)放入,假如平行磁場(chǎng)放入,則所受安培力為零,但不能說(shuō)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其方向?yàn)榉湃肫渲械男〈裴楴極的受力方向,也是自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針靜止時(shí)N極的指向。2.磁感線及特點(diǎn):(1)磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。(2)磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱。(3)磁感線是閉合曲線,沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)。在磁體外部,從N極指向S極,在磁體內(nèi)部,從S極指向N極。(4)磁感線是假想的曲線,不相交、不中斷、不相切。3.磁感線的關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化:1.如圖所示,在長(zhǎng)直導(dǎo)線上通以電流I,在導(dǎo)線右側(cè)放正三角形導(dǎo)線框,兩者在同一豎直平面內(nèi),則有 ()A.線框ac邊受到的安培力豎直向下B.線框bc邊受到的安培力水平向右C.線框ac邊受到的安培力豎直向上D.整個(gè)線框受到的安培力的合力為零【解析】選B。依據(jù)右手定則,在豎直導(dǎo)線右側(cè),磁感線垂直紙面對(duì)里,依據(jù)左手定則線框ac邊受到的安培力垂直ac邊向下,故A、C錯(cuò)誤;依據(jù)左手定則,線框bc邊受到的安培力水平向右,故B正確;因?yàn)橥妼?dǎo)線四周的磁場(chǎng)隨與導(dǎo)線的距離變遠(yuǎn)而變小,因此線圈所受合力水平向左,故D錯(cuò)誤。2.(多選)彼此絕緣、相互交叉的兩根通電直導(dǎo)線與閉合線圈共面,圖中穿過(guò)線圈的磁通量可能為零的是 ()【解析】選A、D。由安培定則可得:A圖線圈中I1和I2分別產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反,A圖中磁通量可能為零,A正確;B圖線圈中,I2產(chǎn)生的磁通量為零,I1產(chǎn)生的磁通量垂直于紙面對(duì)外,所以線圈中磁通量不行能為零;C圖中,兩電流產(chǎn)生的磁通量都垂直于紙面對(duì)外,不行能為零,C錯(cuò)誤;D圖中,兩電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反,磁通量可能為零,D正確?？键c(diǎn)1安培力作用下的力學(xué)問(wèn)題1.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的平衡和加速問(wèn)題的分析思路:(1)選定探討對(duì)象。(2)變?nèi)S為二維,如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等,并畫(huà)出平面受力分析圖,其中安培力的方向要留意F安⊥B、F安⊥I;如圖所示。(3)列平衡方程或牛頓其次定律方程進(jìn)行求解。2.安培力作用下的功能問(wèn)題分析要點(diǎn):(1)安培力做功與路徑有關(guān),這一點(diǎn)與電場(chǎng)力不同。(2)安培力做功的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化。①安培力做正功時(shí),將電源的能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能或其他形式的能。②安培力做負(fù)功時(shí),將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能或其他形式的能。(3)解答時(shí)一般要用到動(dòng)能定理與能量守恒定律。3.安培力關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化:1.(多選)質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度為d,導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。有電流時(shí),ab恰好在導(dǎo)軌上靜止,如圖所示。圖中的四個(gè)側(cè)視圖中,標(biāo)出了四種可能的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向,其中導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零的圖是 ()【解析】選A、B。A圖,導(dǎo)體棒受重力、水平向右的安培力和斜面給的支持力,若三個(gè)力平衡,則不受摩擦力,故A正確;B圖,導(dǎo)體棒受重力、豎直向上的安培力,若重力與安培力相等,則二力平衡,不受摩擦力,故B正確;C圖,導(dǎo)體棒受重力、豎直向下的安培力和斜面給的支持力,若不受摩擦力,導(dǎo)體棒不行能平衡,故C錯(cuò)誤;D圖,導(dǎo)體棒受重力、水平向左的安培力和斜面給的支持力,若不受摩擦力,導(dǎo)體棒不行能平衡,故D錯(cuò)誤。2.(多選)兩根相互平行的金屬導(dǎo)軌水平放置于如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,與導(dǎo)軌接觸良好的導(dǎo)體棒AB和CD可以自由滑動(dòng)。當(dāng)AB在外力F作用下向右運(yùn)動(dòng)時(shí),下列說(shuō)法中正確的是 ()A.導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過(guò),方向是D→CB.導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過(guò),方向是C→DC.磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒AB的作用力向左D.磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒CD的作用力向左【解析】選B、C。AB棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,依據(jù)右手定則可知,AB中感應(yīng)電流的方向?yàn)锽→A,則導(dǎo)體棒CD中的感應(yīng)電流的方向?yàn)镃→D,故A錯(cuò)誤,B正確。由左手定則可知,磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒AB的作用力向左,對(duì)導(dǎo)體棒CD的作用力向右,故C正確,D錯(cuò)誤。考點(diǎn)2帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.理解洛倫茲力的四點(diǎn)留意:(1)正確分析帶電粒子所在區(qū)域的合磁場(chǎng)方向。(2)推斷洛倫茲力方向時(shí),特殊區(qū)分電荷的正、負(fù),并充分利用F⊥B、F⊥v的特點(diǎn)。(3)計(jì)算洛倫茲力大小時(shí),公式F=qvB中,v是電荷與磁場(chǎng)的相對(duì)速度。(4)洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷(或帶電體)不做功、不變更速度的大小,但它可變更運(yùn)動(dòng)電荷(或帶電體)速度的方向,影響帶電體所受其他力的大小,影響帶電體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間等。2.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng):3.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化:1.如圖,虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),P為磁場(chǎng)邊界上的一點(diǎn)。大量相同的帶電粒子以相同的速率經(jīng)過(guò)P點(diǎn),在紙面內(nèi)沿不同方向射入磁場(chǎng)。若粒子射入速率為v1,這些粒子在磁場(chǎng)邊界的出射點(diǎn)分布在六分之一圓周上;若粒子射入速率為v2,相應(yīng)的出射點(diǎn)分布在三分之一圓周上。不計(jì)重力及帶電粒子之間的相互作用,則v2∶v1為 ()A.∶2 B.∶1C.∶1 D.3∶【解析】選C。相同的帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)入射,均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。粒子以速度v1入射,一端為入射點(diǎn)P,對(duì)應(yīng)圓心角為60°(對(duì)應(yīng)六分之一圓周)的弦PP′必為垂直該弦入射粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑2r1,如圖甲所示,設(shè)圓形區(qū)域的半徑為R,由幾何關(guān)系知r1=R。其他不同方向以v1入射的粒子的出射點(diǎn)在PP′對(duì)應(yīng)的圓弧內(nèi)。同理可知,粒子以速度v2入射及出射狀況,如圖乙所示。由幾何關(guān)系知r2==R,可得r2∶r1=∶1。因?yàn)閙、q、B均相同,由公式r=可得v∝r,所以v2∶v1=∶1。故選C。2.如圖所示,質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的滑塊,沿絕緣斜面勻速下滑,當(dāng)滑塊滑至豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域時(shí),滑塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為 ()A.接著勻速下滑B.將加速下滑C.將減速下滑D.上述三種狀況都有可能發(fā)生【解析】選A。設(shè)斜面的傾角為θ,滑塊沒(méi)有進(jìn)入電場(chǎng)時(shí),依據(jù)平衡條件得mgsinθ=fN=mgcosθ又f=μN(yùn)得到mgsinθ=μmgcosθ,即有sinθ=μcosθ當(dāng)滑塊進(jìn)入電場(chǎng)時(shí),設(shè)滑塊受到的電場(chǎng)力大小為F。依據(jù)正交分解得到滑塊受到的沿斜面對(duì)下的力為(mg+F)sinθ,沿斜面對(duì)上的力為μ(mg+F)cosθ,由于sinθ=μcosθ,所以(mg+F)sinθ=μ(mg+F)cosθ,即受力仍平衡,所以滑塊仍做勻速運(yùn)動(dòng)。考點(diǎn)3帶電粒子在組合場(chǎng)與復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng):(1)四種常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)模型。①帶電粒子先在電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng),然后垂直進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng),如圖:②帶電粒子先在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),然后垂直進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng),如圖:③帶電粒子先在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),然后垂直進(jìn)入電場(chǎng)做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),如圖:④帶電粒子先在磁場(chǎng)Ⅰ中做圓周運(yùn)動(dòng),然后垂直進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ做圓周運(yùn)動(dòng),如圖:(2)三種常用的解題方法。①帶電粒子在電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng),依據(jù)動(dòng)能定理求速度。②帶電粒子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),須要用運(yùn)動(dòng)的合成和分解處理。③帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng),可以依據(jù)磁場(chǎng)邊界條件,畫(huà)出粒子軌跡,用幾何學(xué)問(wèn)確定半徑,然后用洛倫茲力供應(yīng)向心力和圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)求解。2.帶電粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng):(1)疊加場(chǎng):電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)中的兩者或三者在同一區(qū)域共存,就形成疊加場(chǎng)。(2)帶電體在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的幾種狀況。如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面對(duì)里,勻強(qiáng)電場(chǎng)豎直向下。一帶負(fù)電粒子從左邊沿水平方向射入復(fù)合場(chǎng)區(qū)域。①若考慮重力,且mg=Eq,則粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。②若不計(jì)重力,且qvB=Eq,則粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)。③若不計(jì)重力,且qvB≠Eq,則粒子做變加速曲線運(yùn)動(dòng)。3.臨界問(wèn)題關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)化:1.如圖所示的坐標(biāo)系中,第一象限存在與y軸平行的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)方向沿y軸負(fù)方向,其次象限存在垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。P、Q兩點(diǎn)在x軸上,Q點(diǎn)橫坐標(biāo)是C點(diǎn)縱坐標(biāo)的2倍。一帶電粒子(不計(jì)重力)若從C點(diǎn)以垂直于y軸的速度v0向右射入第一象限,恰好經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)。若該粒子從C點(diǎn)以垂直于y軸的速度v0向左射入其次象限,恰好經(jīng)過(guò)P點(diǎn),經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí),速度方向與x軸正方向成90°角,則電場(chǎng)強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的比值為 ()A.v0B.v0C.v0D.v0【解析】選B。畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示;O點(diǎn)為粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心;則∠POC=90°,粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r=,OC=r,粒子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),有:OQ=2OC=2r,粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t===,OC=at2=××t2,聯(lián)立解得E=Bv0,因此E∶B=,故B正確。2.(多選)如圖所示,一根水平光滑的絕緣直槽軌連接一個(gè)豎直放置的半徑為R=0.50m的絕緣光滑圓槽軌。槽軌處在垂直紙面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感強(qiáng)度B=0.5T,有一質(zhì)量為m=0.10g的帶正電的電量為q=1.6×10-3C的小球在水平軌道上向右運(yùn)動(dòng),小球恰好能通過(guò)光滑圓槽軌的最高點(diǎn),重力加速度g取10m/s2,則下列說(shuō)法正確的是 ()A.小球在最高點(diǎn)只受到洛侖茲力和重力的作用B.小球在最高點(diǎn)時(shí)受到的洛侖茲力為1×10-3NC.小球到達(dá)最高點(diǎn)的線