高中物理 第6章 磁场对电流和运动电荷的作用 章末整合课件 鲁科版选修31.ppt

章末整合 网络建构 磁场的作用 洛伦兹力 概念 磁场对运动电荷的作用大小 f bqv方向 总垂直于b v决定的平面 用左手定则判定作用 概念 磁场对电流的作用大小 f bilsin 为b与i的夹角 l为有效长度方向 方向总垂直于b与i所决定的平面 由左手定则判定应用 在安培力作用下物体运动的分析方法 认识立体图 根据立体图投影成平面图 综合平抛运动或牛顿运动定律或功能关系分析 安培力 作用 洛伦兹力对电荷永不做功 若只有洛伦兹力充当向心力 电荷做匀速圆周运动回旋加速器 质谱仪 专题讲座 关于安培力作用下导体的平衡问题 关于安培力作用下导体的平衡问题 安培力与力学 电路相联系的综合问题 求解时要注意 1 要正确地对通电导体进行受力分析 特别是安培力的方向 牢记安培力的方向既和b垂直又和i垂直 2 由于b i l的方向关系涉及三维的立体空间 为便于分析 要善于选择合理的角度 将立体图转化为平面图 俯视图 剖视图 侧视图等 平面图中要突出b i的方向 并根据左手定则进一步确定安培力的方向 3 处理物体受力的方法仍为 直接合成法 正交分解法 例1 如图6 1所示 铜棒质量为m 0 1kg 静放在相距l 8cm的水平导轨上 两者之间的动摩擦因数 0 5 现在铜棒中通以i 5a 的电流 要使铜棒滑动 可在两导轨间加一个匀强磁场 求所加匀强磁场的磁感应强度b的最小值 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 图6 1 解析 要使棒能在导轨上滑动起来 所给的动力必须大于或等于棒受到的摩擦力 通常易出的错误是认为 题目中要求磁感应强度的最小值 只要使安培力等于棒受到的摩擦力就可以了 为磁场方向一定是向上的 但题目中没有明确给出 设安培力的方向与水平面成 角 如图所示 则根据题意可得 在水平方向上fcos f 方法总结1 关于通电导体在磁场中受重力 弹力 摩擦力 安培力等的作用下平衡问题的解决 关键是受力分析 2 由于安培力f的方向 电流i的方向 磁感应强度b的方向三者之间涉及到三维空间 所以在分析和计算安培力的大小时 要善于把立体图形改画成平面图形 以便于进行受力分析 关于带电粒子在有界磁场中的运动问题 1 几种常见的情景带电粒子垂直匀强磁场的方向进入有界磁场 由于入射方向或磁场边界的形状不同 造成它在磁场中运动的圆弧轨道各不相同 如图6 2为几种常见情景 图6 2 3 极值问题 常借助半径r和速度v 或磁场b 之间的约束关系进行动态运动轨迹分析 确定轨迹圆和边界的关系 找出临界点 然后利用数学方法求解极值 4 多解问题 1 多解形成的原因一般包含以下几个方面 粒子电性不确定 磁场方向不确定 临界状态不唯一 粒子运动的往复性等 2 关键点 审题要细心 重视粒子运动的情景分析 对周期性运动的粒子常用 n 表示多解 图6 3 思路分析 由于粒子从同一点向各个方向发射 粒子的运动轨迹构成绕s点旋转的一系列动态圆 每一个运动轨迹圆周都是逆时针旋转 这样可以作出打到最高点与最低点的粒子的轨迹 如图所示 由此可根据带电粒子在匀强磁场中的运动规律确定所求的范围 解析 如图所示 最高点a为动态圆与mn相切时的切点 a为切点 所以oa l 最低点b为动态圆与mn相割且sb为直径时的点 带电粒子在磁场中做圆周运动 关于带电粒子在复合场中的运动问题 处理带电粒子 带电体 在复合场中运动问题的基本方法1 正确分析带电粒子 带电体 的受力特征带电粒子 带电体 在复合场中做什么运动 取决于带电粒子 带电体 所受的合外力及其初始速度 带电粒子 带电体 在磁场中所受的洛伦兹力还会随速度的变化而变化 而洛伦兹力的变化可能会引起带电粒子 带电体 所受的其他力的变化 因此应把带电粒子 带电体 的运动情况和受力情况结合起来分析 注意分析带电粒子 带电体 的受力和运动的相互关系 通过正确的受力分析和运动情况分析 明确带电粒子 带电体 的运动过程和运动性质 选择恰当的运动规律解决问题 2 灵活选用力学规律 1 当带电粒子 带电体 在复合场中做匀速运动时 就根据平衡条件列方程求解 2 当带电粒子 带电体 在复合场中做匀速圆周运动时 往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程求解 3 当带电粒子 带电体 在复合场中做非匀变速曲线运动时 常选用动能定理或能量守恒定律列方程求解 4 由于带电粒子 带电体 在复合场中受力情况复杂 运动情况多变 往往出现临界问题 这时应以题目中的 恰好 最大 最高 至少 等词语为突破口 挖掘隐含条件 根据隐含条件列出辅助方程 再与其他方程联立求解 例3 如图6 4所示 在noq范围内有垂直于纸面向里的匀强磁场 在moq范围内有垂直于纸面向外的匀强磁场 m o n在一条直线上 moq 60 这两个区域磁场的磁感应强度大小 图6 4 均为b 离子源中的离子 带电荷量为 q 质量为m 通过小孔o1进入极板间电压为u的加速电场区域 可认为初速度为零 离子经电场加速后通过小孔o2射出 从接近o点处进入磁场区域 离子进入磁场的速度垂直于磁场边界mn 也垂直于磁场 不计离子的重力 1 当加速电场极板电压u u0 求离子进入磁场中做圆周运动的半径r 2 在oq上有一点p p点到o点距离为l 当加速电场极板电压u取哪些值 才能保证离子通过p点 洛伦兹力与现代科技 电场对电荷有作用力 磁场对运动电荷有作用力 这一原理在现代科学技术中有着重要的应用 例如前面已学习的回旋加速器 质谱仪 都是利用电场和磁场来控制电荷运动的 下面再介绍两个与洛伦兹力的应用联系密切的现代科学技术 1 磁流体发电机如图6 5所示是磁流体发电机原理图 其原理是 等离子气体喷入磁场 正 负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到a b板上 产生电势差 设a b平行金属板的面积为s 相距l 等离子气体的电阻率为 喷入气体速度为v 板间磁场的磁感应强度为b 板外电阻为r 当等离子气体匀速通过a b板间时 a b板上聚集的电荷最多 板间电势差最大 即为电源电动势 此时离子受力平衡 eq 图6 5 图6 6 例4 一种测量血管中血流速度仪器的原理如图6 7所示 在动脉血管左右两侧加有匀强磁场 上下两侧安装电极并连接电压表 设血管直径是2 0mm 磁场的磁 图6 7 感应强度为0 080t 电压表测出的电压为0 10mv 则血流速度大小为 m s 答案 0 625 易错分析 对基本概念 规律 方法掌握不牢固 例1 如图6 8所示 平行于纸面水平向右的匀强磁场 磁感应强度b1 1t 位于纸面内的细直导线 长l 1m 通有i 1a的恒定电流 当导线与b1成60 夹角时 发现其受到的 图6 8 安培力为零 则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度b2的大小可能为 易错剖析 很多同学只选c 认为合场强为零导线才不受安培力的作用 漏选b d 出现错误的主要原因是不清楚当合磁场的磁感应强度沿导线方向时导线也不受安培力 答案 bcd 纠错心得 万丈高楼平地起 空中楼阁只是一种梦幻 物理学习也是如此 基本的概念 规律 方法是我们学习的基础 我们只有把基本的知识掌握牢固了才能灵活应用 复杂的试题都是把一些基本的规律进行综合形成的综合性试题 所以我们在学习的过程中要重视对基础知识的学习 对左手定则理解不透彻导致电势高低判断错误 例2 一导体材料的样品的体积为a b c a c a c 为其四个侧面 如图6 9所示 已知导体样品中载流子是自由电子 且单位体积中的自由电子数为n 电阻率为 电子的电荷量为e 沿x轴正方向通有电流i 图6 9 1 导体a a两个侧面之间的电压大小为 导体中自由电子定向移动的速率是 2 将该导体样品放在匀强磁场中 磁场方向沿z轴正方向 则导体样品侧面c的电势 侧面c 的电势 填 高于 低于 或 等于 3 在 2 中 达到稳定状态时 沿x轴正方向电流仍为i 若测得c c 两面的电势差为u 计算匀强磁场的磁感应强度 易错剖析 本题易错点为电势高低判断的错误 错误的原因是与磁流体发电机判断混淆 在磁流体发电机中大拇指指的是正电荷受力的方向 而导体中运动的是电子 四指指的是电子运动的反方向即电流方向 大拇指指的是电子的受力方向 很多同学错误地认为大拇指指的是正电荷受力方向 没有注意到导体中是自由电子在运动 纠错心得 带电粒子在磁场中运动会受到洛伦兹力的作用 判断洛伦兹力的方向时四指指的是正电荷的运动方向 负电荷运动的反方向 金属导体中是自由电子导电 四指指向自由电子运动的反方向 大拇指指向电子的受力方向 特别提醒的是在应用左手定则判断时要注意分清正 负电荷 对粒子在复合场中的运动情况分析不清 例3 如图6 10所示实线表示处在竖直平面内的匀强电场的电场线 与水平方向成 角 水平方向的匀强磁场与电场正交 有一带电液滴沿斜向上的虚线l做直线运动 l与水平方向成 角 且 则下列说法中不正确的是 a 液滴一定做匀速直线运动b 液滴一定带正电c 电场线方向一定斜向上d 液滴有可能做匀变速直线运动 图6 10 易错剖析 本题有些同学错误地认为液滴可能做匀变速直线运动 易错选a 错选的原因是不能从题目给出的条件 液滴做直线运动判断出是做匀速直线运动 没有注意洛伦兹力随速度变化而变化 对受力分析 物体的平衡掌握不够牢固还可能错选b c 解析 本题带电液滴的运动为匀速直线运动