【金版新学案】2014-2015学年高中物理 第三章 磁场章末知识整合 粤教版选修3-1.doc
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1、【金版新学案】2014-2015学年高中物理 第三章 磁场章末知识整合 粤教版选修3-1专题一磁场对电流的作用1+公式FBIL中L为导线的有效长度2安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心3安培力做功:做功的结果将电能转化成其他形式的能4分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况用左手定则确定各段通电导线所受安培力据初速度方向结合牛顿定律确定导体运动情况如图所示:在倾角为的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L,质量为m的直导体棒当导体棒中的电流I垂直纸面向里时,欲使导体棒静止在斜面上,可将导体棒置于匀强磁场中,当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向在纸面内由
2、竖直向上逆时针转至水平向左的过程中,关于B大小的变化,正确的说法是()A逐渐增大 B逐渐减小C先减小后增大 D先增大后减小解析:根据外加匀强磁场的磁感应强度B的方向在纸面内由竖直向上逆时针至水平向左的条件,受力分析,再根据力的平行四边形定则作出力的合成变化图,由此可得B大小的变化情况是先减小后增大答案:C 练习1如右图所示,一根长度为L的均匀金属杆用两根劲度系数为k的轻弹簧水平悬挂在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里当金属棒中通有由左向右的电流I时,两根轻弹簧比原长缩短x后金属杆平衡,保持电流大小不变,方向相反流过金属杆时,两弹簧伸长x后金属杆平衡,求匀强磁场的磁感应强度B为多大?解析:根据安培
3、力和力的平衡条件有(设棒的重力为mg):当电流方向由左向右时:BIL2kxmg,当电流方向由右向左时:BILmg2kx,将重力mg消去得:B.答案:B2如图所示,两平行金属导轨间的距离L0.40 m,金属导轨所在的平面与水平面夹角37,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势E4.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直、且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R2.5 ,金属导轨电阻不计,g取.已知sin 370.60,cos 370.
4、80,求: (1)通过导体棒的电流;(2)导体棒受到的安培力大小;(3)导体棒受到的摩擦力解析:(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路,根据闭合电路欧姆定律有:I1.5 A(2)导体棒受到的安培力:F安BIL0.30 N(3)导体棒所受重力沿斜面向下的分力F1 mgsin 370.24 N,由于F1小于安培力,故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f;根据共点力平衡条件mgsin 37fF安,解得:f0.06 N.答案:(1)I1.5 A(2)F安0.30 N(3)f0.06 N专题二磁场对运动电荷的作用1带电粒子在无界匀强磁场中的运动:完整的圆周运动2带电粒子在有界匀强磁场中的运动:部分圆周运动
5、(偏转)解题一般思路和步骤:利用辅助线确定圆心利用几何关系确定和计算轨道半径利用有关公式列方程求解如图所示,在x轴的上方(y0的空间内)存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,一个不计重力的带正电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场,粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成45角,若粒子的质量为m,电量为q,求:(1)该粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径(2)粒子在磁场中运动的时间解析:先作圆O,根据题目条件过O作直线L即x轴,交圆O于O,即可得到粒子进入磁场的运动轨迹:过入射点O沿逆时针再经O出射再分别过O、O作垂线交于O,既为粒子作圆周运动轨迹的圆心如图(a)这样作出的图既准
6、确又标准,且易判断粒子做圆周运动的圆心角为270.(1)粒子轨迹如图(b)粒子进入磁场在洛伦兹力的作用下做圆周运动:qvBm,r.(2)粒子运动周期:T,粒子做圆周运动的圆心角为270,所以tT.答案:(1)(2)3(2013广东)(双选)两个初速度大小相同的同种离子a和b,从O点沿垂直磁场方向进人匀强磁场,最后打到屏P上不计重力,下列说法正确的有()Aa、b均带正电Ba在磁场中飞行的时间比b的短Ca在磁场中飞行的路程比b的短Da在P上的落点与O点的距离比b的近解析:a、b粒子的运动轨迹如图所示:粒子a、b都向下由左手定则可知,a、b均带正电,故A正确;由r可知,两粒子半径相等,根据上图中两粒
7、子运动轨迹可知a粒子运动轨迹长度大于b粒子运动轨迹长度,运动时间a在磁场中飞行的时间比b的长,故B、C错误;根据运动轨迹可知,在P上的落点与O点的距离a比b的近,故D正确故选AD.答案:AD 练习4如图所示,分布在半径为r的圆形区域内的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里电量为q、质量为m的带正电的粒子从磁场边缘A点沿圆的半径AO方向射入磁场,离开磁场时速度方向偏转了60角试求: (1)粒子做圆周运动的半径;(2)粒子的入射速度;(3)若保持粒子的速率不变,从A点入射时速度的方向顺时针转过60角,粒子在磁场中运动的时间解析:(1)设带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动半径为R,如图所示 O
8、OA 30由图可知,圆运动的半径R OA r; (2)根据牛顿运动定律, 有:Bqvm有:R ,故粒子的入射速度 v(3)当带电粒子入射方向转过60角,如图所示,在OAO1中,OA r,O1A r,O1AO30,由几何关系可得,O1Or,AO1E60设带电粒子在磁场中运动所用时间为t,由:v,R 有:T 解出:t 答案:见解析规律小结:(1) 直线边界(进出磁场具有对称性,如图)(2) 平行边界(存在临界条件,如图)(3) 圆形边界(沿径向射入必沿径向射出,如图)专题三带电粒子在复合场中的运动1复合场:电场、磁场、重力场共存,或其中两场共存2组合场:电场和磁场各位于一定得区域内,并不重叠或在同
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