鲁科版选修31 第6章 磁场对电流和运动电荷的作用 章末复习课 学案.doc

巩固层知识整合(教师用书独具)体系构建核心速填1安培力(1)概念：磁场对电流的作用力(2)大小：fbilsin_，为b与i的夹角，lsin 为有效长度(3)方向：总垂直于b与i决定的平面，由左手定则判定(4)应用：电动机、电流计等2洛伦兹力(1)概念：磁场对运动电荷的作用力，洛伦兹力是安培力的微观表现(2)大小：fqvbsin_，为b与v的夹角(3)方向：总垂直于b、v决定的平面，由左手定则判定(注：负电荷的运动方向与四指指向相反)(4)特点：洛伦兹力不做功3洛伦兹力与带电体的运动(1)带电粒子在匀强磁场中的运动(2)带电粒子在复合场中的运动4洛伦兹力的应用提升层能力强化有关安培力问题的分析与计算安培力既可以使通电导体静止、运动或转动，又可以对通电导体做功，因此有关安培力问题分析与计算的基本思路和方法与力学问题一样，先取研究对象进行受力分析，判断通电导体的运动情况，然后根据题中条件由牛顿定律或动能定理等规律列式求解具体求解应从以下几个方面着手分析1安培力的大小(1)当通电导体和磁场方向垂直时，filb.(2)当通电导体和磁场方向平行时，f0.(3)当通电导体和磁场方向的夹角为时，filbsin .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安培力作用下导体的状态分析通电导体在安培力的作用下可能处于平衡状态，也可能处于运动状态对导体进行正确的受力分析，是解决该类问题的关键分析的一般步骤是：(1)明确研究对象，这里的研究对象一般是通电导体(2)正确进行受力分析并画出导体的受力分析图，必要时画出侧视图、俯视图等(3)根据受力分析确定通电导体所处的状态或运动过程(4)运用平衡条件或动力学知识列式求解在倾角为的光滑斜面上，放置一根通有电流为i、长为l、质量为m的导体棒，如图61所示(1)欲使棒静止在斜面上，求外加匀强磁场的磁感应强度b的最小值和方向；(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，求外加匀强磁场的磁感应强度b的大小和方向；(3)欲使棒有可能静止在斜面上且要求b垂直于l，求应加外磁场的方向范围图61解析(1)由于棒在斜面上处于静止状态，故棒受力平衡棒共受三个力的作用：重力大小为mg，方向竖直向下；弹力垂直于斜面，大小随安培力的变化而变化；安培力的方向始终与磁场方向及电流方向垂直，大小随磁感应强度的大小的变化而变化但由平衡条件知，弹力与安培力的合力必与重力mg等大、反向，故当安培力方向与弹力方向垂直，即沿斜面向上时，安培力最小，即bminilmgsin ，所以bmin.由左手定则知，bmin的方向应垂直斜面向上(2)棒静止在斜面上，又对斜面无压力，则棒只受两个力的作用，即竖直向下的重力mg和安培力f的作用，由平衡条件知fmg，且安培力f竖直向上，所以有bilmg，故b.由左手定则知，b的方向水平向左(3)此问讨论的只是问题的可能性，并没有具体研究满足平衡的定量关系为讨论问题方便，建立如图所示的直角坐标系欲使棒有可能平衡，安培力f的方向需限定在图上f1和f2之间由图不难看出，f的方向应包括f2的方向，但不能包括f1的方向，根据左手定则可知，b与x轴正方向间的夹角应满足.答案(1)方向垂直斜面向上(2)方向水平向左(3)b与x轴正方向间的夹角应满足与安培力相关的力学类问题的解题方法(1)选择通电导体作为研究对象，转换立体图，分析通电导体所受的各种力，运用平衡条件或牛顿第二定律列出方程(2)然后运用安培力公式、闭合电路欧姆定律列出安培力表达式，联立求解针对训练1(多选)电磁轨道炮工作原理如图62所示待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触电流i从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与i成正比通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是() 【导学号：46242250】图62a只将轨道长度l变为原来的2倍b只将电流i增加至原来的2倍c只将弹体质量减至原来的一半d将弹体质量减至原来的一半，轨道长度l变为原来的2倍，其他量不变bd由题意可知磁感应强度bki(k为比例系数)，安培力fbidki2d，由动能定理可得fl，解得vi，由此式可判断选项b、d正确带电粒子在有界磁场中的运动1.几种常见情景(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图63所示)图63(2)平行边界(不同情况下从不同边界射出，存在临界条件，如图64所示)图64(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图65所示)图652两类典型问题(1)临界问题：解决此类问题的关键是找准临界点，找临界点的方法是以题目中的“恰好”“最大”“至少”等词语为突破点，挖掘隐含条件，分析可能的情况，必要时画出几个不同半径的轨迹，这样就能顺利地找到临界条件(2)多解问题：造成多解问题的常见原因有带电粒子电性的不确定、磁场方向的不确定、临界状态不唯一、运动的周期性等解答这类问题的关键是认真分析物理过程，同时考虑问题要全面，不要漏解3寻找临界点的两种有效方法(1)轨迹圆的缩放：当粒子的入射方向不变而速度大小可变时，粒子做圆周运动的轨迹圆圆心一定在入射点所受洛伦兹力所表示的射线上，但位置(半径r)不确定，用圆规作出一系列大小不同的轨迹圆，从圆的动态变化中即可发现“临界点”(2)轨迹圆的旋转：当粒子的入射速度大小确定而方向不确定时，所有不同方向入射的粒子的轨迹圆是一样大的，只是位置绕入射点发生了旋转，从定圆的动态旋转(作图)中，也容易发现“临界点”另外，要重视分析时的尺规作图，规范而准确的作图可突出几何关系，使抽象的物理问题更形象、直观如图66所示，s为粒子源，该源能在图示纸面内360范围内向各个方向发射速率相等的质量为m、带负电荷量e的粒子，mn是一块足够大的竖直挡板且与s的水平距离osl，挡板左侧充满垂直纸面向里的匀强磁场(1)若粒子的发射速率为v0，要使粒子一定能经过点o，求磁场的磁感应强度b的条件；(2)若磁场的磁感应强度为b0，要使s发射出的粒子能到达挡板，则粒子的发射速率为多大？(3)若磁场的磁感应强度为b0，从s发射出的粒子的速率为，则挡板上出现粒子的范围为多大？图66解析粒子从点s发出后受到洛伦兹力作用而在纸面上做匀速圆周运动，若使磁感应强度的大小变化，粒子的轨迹构成过s点的一组动态圆，不同半径的圆对应不同大小的磁感应强度，如图所示(1)要使粒子一定能经过点o，即so为圆周的一条弦，则粒子做圆周运动的轨道半径必满足r，即解得b.(2)要使粒子从s发出后能到达挡板，则粒子至少能到达挡板上的o点，故粒子做圆周运动的半径r，即，解得v0.(3)当从s发出的粒子的速率为时，粒子在磁场中的运动轨迹半径r2l，如图所示，最低点为动态圆与mn相切时的交点p1，最高点为动态圆与mn相割的交点p2，且sp2是轨迹圆的直径，粒子击中挡板的范围在p1、p2之间对sp1弧分析，由图知op1l对sp2弧分析，由图知op2l.答案见解析(1)刚好没穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切.(2)当速率v一定时，弧长(或弦长)越长，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长.(3)当速率v变化时，圆心角越大，运动时间越长.针对训练2(多选)如图67所示，左右边界分别为pp、qq的匀强磁场的宽度为d，磁感应强度大小为b，方向垂直纸面向里一个质量为m、电荷量为q的微观粒子，沿图示方向以速度v0垂直射入磁场欲使粒子不能从边界qq射出，粒子入射速度v0的最大值可能是() 【导学号：46242251】a.b.c. d.图67bc粒子射入磁场后做匀速圆周运动，由r知，粒子的入射速度v