【学案导学设计】高中物理 第5章 磁场与回旋加速器章末总结 沪科版选修31.doc

【学案导学设计】2014-2015学年高中物理 第5章 磁场与回旋加速器章末总结 沪科版选修3-1一、通电导体在安培力作用下运动的判断四法安培力作用下通电导体在磁场中运动问题的分析方法：(1)电流元法：把整段通电导体等效为许多小段的直线电流元，用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段通电导体所受合力方向(2)特殊位置法：把通电导体或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力的方向(3)等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流(4)利用结论法：两通电导线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；两者不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势例1如图1所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁n极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面当线圈内通以图示方向的电流后，线圈的运动情况是()图1a线圈向左运动b线圈向右运动c从上往下看顺时针转动d从上往下看逆时针转动解析解法一电流元法首先将线圈分成很多小段，每一小段可看作一直线电流元，取其中上、下两小段分析，其截面图和受到的安培力情况如图所示根据对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动只有选项a正确解法二等效法将环形电流等效成小磁针，如图所示，根据异名磁极相互吸引知，线圈将向左运动，选a.也可将左侧条形磁铁等效成环形电流，根据结论“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”也可判断出线圈向左运动，选a.答案a二、安培力作用下导体的平衡1分析安培力的方向应牢记安培力方向既跟磁感应强度方向垂直又跟电流方向垂直；2一般是先把立体图改画成平面图，并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上，然后根据平衡条件列方程例2如图2所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽为l.匀强磁场磁感应强度为b.金属杆长为l，质量为m，水平放在导轨上当回路总电流为i1时，金属杆正好能静止求：图2(1)b至少多大？这时b的方向如何？(2)若保持(1)中b的大小不变而将b的方向改为竖直向上，应把回路总电流i2调到多大才能使金属杆继续保持静止？解析在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系(1)画出金属杆的截面图由三角形法则得，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，b也最小根据左手定则，这时b应垂直于导轨平面向上，大小满足bi1lmgsin ，bmgsin /i1l.(2)当b的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，要使金属杆保持静止，应使沿导轨方向的合力为零，得bi2lcos mgsin ，i2i1/cos .答案(1)mgsin /i1l垂直于导轨平面向上(2)i1/cos 三、带电粒子在电场或组合场中的运动正确分析带电粒子的受力情况和运动情况，明确运动过程和运动性质，选择恰当的规律解答1带电粒子在组合场中运动要依据粒子运动过程的先后顺序和受力特点辨别清楚在电场中做什么运动，在磁场中做什么运动2带电粒子在电场中的运动(1)当带电粒子(带电体)在电场中做匀速运动时，根据平衡条件列方程求解(2)当带电粒子(带电体)在电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)在电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例3如图3所示，相距为d的两带电平行板间存在磁感应强度为b、方向垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m，带电量为q的小球由下板边缘沿水平方向射入该区域，带电小球恰能在两板间做匀速圆周运动，则()图3a小球一定带负电b小球一定带正电c两板间电压为d小球在两板间的运动时间为答案bc解析要使小球在复合场中做匀速圆周运动，必须满足重力与电场力平衡，即mgeq，方向相反，因为电场方向向上，故小球一定带正电，a错误，b正确；根据e可得mgq，所以u，c正确；小球在两板间的运动时间为整个圆周运动周期的一半，即t，d错误例4如图4所示的直角坐标系xoy中，x0的区域内有沿x轴正方向的匀强电场，x0的区域内有垂直于xoy坐标平面向外的匀强磁场，x轴上p点坐标为(l,0)，y轴上m点的坐标为(0，l)有一个带正电的粒子从p点以初速度v沿y轴正方向射入匀强电场区域，经过m点进入匀强磁场区域，然后经x轴上的c点(图中未画出)运动到坐标原点o.不计重力求：图4(1)粒子在m点的速度v；(2)c点与o点的距离x；(3)匀强电场的电场强度e与匀强磁场的磁感应强度b的比值解析(1)设粒子在由p到m的过程中运动时间为t，在m点时速度为v，沿x轴正方向的速度大小为vx，带电粒子在第二象限做匀变速曲线运动，则：vtlvxtlv2v2v联解得：v2v(2)设粒子在m点的速度v与y轴正方向的夹角为，如图所示，则：tan 粒子在x0的区域内受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示设轨迹半径为r，由几何关系有：2rsin lx2rcos 联解得：xl(3)设粒子质量为m，带电荷量为q，则：qemv2mv2qvbm联解得：答案(1)2v(2)l(3)1.(通电导体在安培力作用下运动方向的判断)如图5所示，用绝缘细线悬挂一个导线框，导线框是由两同心半圆弧导线和直导线ab、cd(ab、cd在同一条水平直线上)连接而成的闭合回路，导线框中通有图示方向的电流，处于静止状态在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线p.当p中通以方向向外的电流时()图5a导线框将向左摆动b导线框将向右摆动c从上往下看，导线框将顺时针转动d从上往下看，导线框将逆时针转动答案d解析当直导线p中通以方向向外的电流时，由安培定则可判断出长直导线p产生的磁场方向为逆时针方向，磁感线是以p为圆心的同心圆，半圆弧导线与磁感线平行不受安培力，由左手定则可判断出直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向外，cd所受的安培力方向垂直纸面向里，从上往下看，导线框将逆时针转动，故d正确2.(安培力作用下导体的平衡)倾角为的光滑斜面上，放一根长l、质量为m的导体棒，通以如图6所示方向电流i，为使其静止在斜面上，可加一个强度、方向适当的匀强磁场，这磁场可能是()图6a垂直于斜面向上，bmgsin /ilb垂直于斜面向下，bmgsin /ilc竖直向下，bmgtan /ild水平向左，bmg/il答案bcd解析当磁场方向垂直于斜面向上时导体棒受到的安培力方向沿斜面向下，又重力竖直向下，所以不可能静止在斜面上，a错误当磁场垂直斜面向下时，导体棒受到的安培力方向沿斜面向上，当bmgsin /il时，沿斜面方向上的合力为零，故可能，b正确当磁场方向竖直向下时，导体棒受到的安培力方向水平向左，当bmgtan /il时，合力为零，故c正确当磁场方向水平向左时，导体棒受到的安培力竖直向上，所以当安培力等于重力时，合力为零，即bmg/il，d正确3(带电粒子在混合场中的运动)地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直纸面向里，一个带电油滴能沿一条与竖直方向成角的直线mn运动(mn在垂直于磁场方向的平面内)，如图7所示，则以下判断中正确的是()图7a油滴一定带正电b油滴一定带负电c如果电场方向水平向右，油滴是从m点运动到n点d如果电场方向水平向左，油滴是从m点运动到n点答案d解析粒子所受力只有重力的方向是确定的，竖直向下，根据力的合成与分解可知磁场力的方向必须是垂直mn斜向上的，电场力的方向必须是水平向左的，所以如果电场方向水平向左，那么粒子带正电，从m点运动到n点，如果电场方向水平向右，那么粒子带负电，从n运动到m，故d正确4(带电粒子在组合场中的运动)如图8所示，在矩形abcd内对角线bd以上的区域存在有平行于ad向下的匀强电场，对角线bd以下的区域存在有垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出)，矩形ad边长l，ab边长为l.一个质量为m、电荷q的带电粒子(不计重力)以初速度v0从a点沿ab方向进入电场，从对角线bd的中点p处进入磁场，并从dc边上的q点垂直于dc离开磁场，试求：图8(1)电场强度的大小；(2)带电粒子经过p点时速度的大小