高中物理 第三章 磁场章末整合课件 新人教版选修31.ppt

章末整合 判定安培力作用下通电导体或通电线圈的运动方向 首先应该画出通电导体所在处的磁感线方向 然后根据左手定则确定导体所受安培力的方向 再由导体的受力情况判定导体的运动方向 安培力作用下导体运动方向的判断 1 电流元分析法把整段电流分成很多小段直线电流 其中每一小段就是一个电流元 先用左手定则判断出每一小段电流元受到的安培力的方向 再判断整段电流所受安培力的方向 从而确定导体的运动方向 2 等效分析法环形电流可等效为小磁针 条形磁铁或小磁针也可等效为环形电流 通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁 3 利用结论法 1 两电流相互平行时 无转动趋势 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 2 两电流不平行时 有转动到相互平行且方向相同的趋势 4 转换研究对象法在分析磁体所受磁场力作用时 往往根据物体之间作用力的相互性 首先判定直导线受力 而后分析磁体受力 这是一个逆向思维的过程 在学习过程中应注意这种分析方法的使用 解析 同向环形电流间相互吸引 虽然两电流的大小不等 但根据牛顿第三定律知两线圈间相互作用力必大小相等 又因线圈质量相等 所以选c项 答案 c 安培力可以使通电导体静止 运动或转动 安培力还可以做功 解题的基本思路和力学问题一样 先取研究对象进行受力分析 然后根据题中条件 牛顿定律等规律列式求解 具体求解应从以下几个方面着手分析 1 安培力大小 1 当通电导体和磁场方向垂直时 f ilb 2 当通电导体和磁场方向平行时 f 0 3 当通电导体和磁场方向的夹角为 时 f ilbsin 安培力的计算与方向判断 2 安培力的方向 1 安培力的方向由左手定则确定 2 f安 b 同时f安 l 即f安垂直于b和l决定的平面 但l和b不一定垂直 3 解决安培力问题的一般步骤 1 画出通电导线所在处的磁感线的方向 2 用左手定则确定通电导线所受安培力的方向 3 根据初速度的方向结合牛顿定律确定导体的运动情况 4 注意的问题 1 通电导线在磁场中受到的安培力与导线放置的角度有关 导线垂直于磁场方向的长度为有效长度 2 在将三维立体图转化为平面图时注意画准力的方向 例2 如图3 2所示 质量m 0 1kg的导体棒静止于倾角为30 的斜面上 导体棒长度l 0 5m 通入垂直纸面向里的电流 电流大小i 2a 整个装置处于磁感应强度b 0 5t 方向竖直向上的匀强磁场中 求 取g 10m s2 1 导体棒所受安培力的大小和方向 2 导体棒所受静摩擦力的大小和方向 解析 解决此题的关键是分析导体棒的受力情况 明确各力的方向和大小 1 安培力f安 ilb 2 0 5 0 5n 0 5n 由左手定则可知安培力的方向水平向右 2 建立如图坐标系 分解重力和安培力 在x轴方向上 设导体棒受的静摩擦力大小为ff 方向沿斜面向下 在x轴方向上有 mgsin ff f安 cos 解得ff 0 067n 负号说明静摩擦力的方向与假设的方向相反 即沿斜面向上 答案 1 0 5n水平向右 2 0 067n沿斜面向上 运动电荷在匀强磁场中受到的力 2 带电粒子在磁场中运动的临界问题当某种物理现象变化为另一种物理现象 或物体从一种状态变化为另一种状态 发生这种质的飞跃的转折状态通常称临界状态 涉及临界状态的物理问题叫临界问题 产生临界状态的条件叫临界条件 临界问题能有效地考查多方面的能力 带电粒子在磁场中运动 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 根据临界条件列出辅助方程 再与其他方程联立求解 例3 如图3 3所示 匀强磁场的磁感应强度为b 宽度为d 边界为cd和ef 一电子从cd边界外侧以速率v0垂直射入匀强磁场 入射方向与cd边界间夹角为 已知电子的质量为m 电荷量为e 为使电子能从磁场的另一侧ef射出 求电子的速率v0至少多大 若 角可取任意值 v0的最小值是多少 解析 本题考查圆周运动的边界问题的求解方法 当入射速率v0很小时 电子会在磁场中转动一段圆弧后又从cd一侧射出 速率越大 轨道半径越大 当轨道的边界与ef相切时 电子恰好不能从ef射出 如图所示 电子恰好射出时 由几何知识可得 反思领悟 解题关键是用放缩法画图找临界条件 复合场是指电场 磁场和重力场并存 或其中某两场并存 或分区域存在的某一空间 粒子经过该空间时可能受到的力有重力 静电力和洛伦兹力 处理带电粒子 带电体 在复合场中运动问题的方法 带电粒子在复合场中的运动 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 3 带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的区别 例4 在如图3 4所示的平面直角坐标系中 存在一个半径r 0 2m的圆形匀强磁场区域 磁感应强度b 0 1t 方向垂直纸面向外 该磁场区域的右边缘与坐标原点o相切 y轴右侧存在电场强度大小为e 1 0 104n c的匀强电场 方向沿y轴正方向 电场区域宽度l 0 1m 现从坐标为 0 2m 0 2m 的p点发射出质量m 2 0 10 9kg 带电荷量q 5 0 10 5c的带正电粒子 沿y轴正方向射入匀强磁场 速度大小v0 5 0 103m s 重力不计 1 求该带电粒子射出电场时的位置坐标 2 为了使该带电粒子能从坐标为 0 1m 0 05m 的点回到电场中 可在紧邻电场的右侧一正方形区域内加匀强磁场 试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和正方形区域的最小面积 答案 1 0 1m 0 05m 2 4t0 02m2 洛伦兹力在现代科技中应用十分广泛 前面我们已经学习的速度选择器 质谱仪 回旋加速器等都是利用洛伦兹力 下面再列举几例 洛伦兹力与现代科技 1 磁流体发电机如图3 5所示是磁流体发电机的原理图 其原理是由燃烧室o燃烧电离成的正 负离子 等离子体 以高速v喷入偏转磁场b 发电通道 中 正负离子在洛伦兹力作用下发生上 下偏转而积聚到a c板上 产生电势差 从而在两板间形成一个向下的电场 此后进入两板间的等离子体将同时受静电力和洛伦兹力作用 当等离子体受静电力与洛伦兹力平衡 即qe bqv时 等离子体将匀速通过发电通道 此时a c板上积聚的电荷最多 两板间电势差最大 闭合开关s 将a c两板与负载r相连 就可对外供电 这就是磁流体发电 ac两板间电势差的最大值u即为该发电机的电动势 由qe bqv及e u d可得 电动势为 u bdv 其中d为ac两板间的距离 思路点拨 当小灯泡正常发光时 根据所提供的参数 可求出灯泡两端的电压 因不考虑发电机的内阻 该电压就等于发电机的电动势 也等于两极板间的电压 然后对等离子体列受力平衡方程即可求解 例1 如图3 9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 对基本概念 规律掌握不牢 错因分析 很多同学只选c 认为合磁感应强度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 例2 如图3 10所示 a为带正电的小物块 b是一不带电的绝缘物块 设a b间无电荷转移 a b叠放于粗糙的水平地面上 地面上方有垂直纸面向里的匀强磁场 现用水平恒力f拉b物块 使a b一起无相对滑动地向左加速运动 则在加速运动阶段 a a对b的压力不变b a对b的压力变大c a b物块间的摩擦力变大d a b物块间的摩擦力不变 洛伦兹力应用出错 错解 b c由于a向左加速 由左手定则判断洛伦兹力向下且变大 故b对 由摩擦力公式ff fn 得a b间ff变大 c对 错因分析 对a b之间摩擦力分析错 虽然向下的f洛变大了 但a b一起加速 无相对运动 是静摩擦力 不可用公式求解 正确解析 对a b整体分析 当f洛变大时 整体摩擦力变大了 加速度会减小 再对a分析 水平方向a只受a b间静摩擦力 此摩擦力应减小 答案 b 例3 如图3 11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 对粒子在复合场中运动情况分析不清 错因分析 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