高中物理第3章磁場(chǎng)章末學(xué)案新人教版選修

1、第三章磁場(chǎng)章末復(fù)習(xí)【課前預(yù)習(xí)】1.知識(shí)網(wǎng)絡(luò)2.知識(shí)要點(diǎn)和方法指導(dǎo)要點(diǎn)一 ：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)及受力（1）直線電流元分析法：把整段電流分成很多小段直線電流，其中每一小段就是一個(gè)電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元受到的安培力的方向，再判斷整段電流所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向（2）特殊位置分析法：根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力方向，判斷其運(yùn)動(dòng)方向，然后推廣到一般位置（3）等效分析法：環(huán)形電流可等效為小磁針，條形磁鐵或小磁針也可等效為環(huán)形電流，通電螺線管可等效為多個(gè)環(huán)形電流或條形磁鐵（4）利用結(jié)論法：兩電流相互平行時(shí)，無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)；電流同向?qū)Ь€相互吸引，電流反向?qū)Ь€相互排斥；兩電流

2、不平行時(shí)，導(dǎo)線有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流同向的趨勢(shì)要點(diǎn)二 帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)指在局部空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，帶電粒子從磁場(chǎng)區(qū)域外垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)區(qū)域，在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)經(jīng)歷一段勻速圓周運(yùn)動(dòng)，也就是通過一段圓弧后離開磁場(chǎng)區(qū)域由于運(yùn)動(dòng)的帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向，從磁場(chǎng)邊界進(jìn)入磁場(chǎng)的方向不同，或磁場(chǎng)區(qū)域邊界不同，造成它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓弧軌道各不相同如下面幾種常見情景：解決這一類問題時(shí)，找到粒子在磁場(chǎng)中一段圓弧運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的圓心位置、半徑大小以及與半徑相關(guān)的幾何關(guān)系是解題的關(guān)鍵。1三個(gè)(圓心、半徑、時(shí)間)關(guān)鍵確定研究帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，?？紤]的幾個(gè)問題：(1)圓心的確定已知帶電粒子在圓

3、周中兩點(diǎn)的速度方向時(shí)(一般是射入點(diǎn)和射出點(diǎn))，沿洛倫茲力方向畫出兩條速度的垂線，這兩條垂線相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)即為圓心(弦的垂直平分線過圓心也常用到)(2)半徑的確定 一般應(yīng)用幾何知識(shí)來確定(3)運(yùn)動(dòng)時(shí)間：teq f(,360)Teq f(,2)T(、為圓周運(yùn)動(dòng)的圓心角)，另外也可用弧長(zhǎng)l與速率的比值來表示，即tl/v.(4)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的角度關(guān)系：如圖，粒子的速度偏向角()等于圓心角()，并等于AB弦與切線的夾角(弦切角)的2倍，即2t；相對(duì)的弦切角()相等，與相鄰的弦切角()互補(bǔ)，即180.如圖 所示2兩類典型問題(1)極值問題：常借助半徑R和速度v(或磁場(chǎng)B)之間的約束關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)軌

4、跡分析，確定軌跡圓和邊界的關(guān)系，找出臨界點(diǎn)，然后利用數(shù)學(xué)方法求解極值注意剛好穿出磁場(chǎng)邊界的條件是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡與邊界相切當(dāng)速度v一定時(shí)，弧長(zhǎng)(或弦長(zhǎng))越長(zhǎng)，圓周角越大，則帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)當(dāng)速率v變化時(shí)，圓周角大的，運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)(2)多解問題：多解形成的原因一般包含以下幾個(gè)方面：粒子電性不確定；磁場(chǎng)方向不確定；臨界狀態(tài)不唯一；粒子運(yùn)動(dòng)的往復(fù)性等關(guān)鍵點(diǎn)：審題要細(xì)心重視粒子運(yùn)動(dòng)的情景分析要點(diǎn)三 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)并存，或其中某兩場(chǎng)并存，或分區(qū)域存在的某一空間粒子經(jīng)過該空間時(shí)可能受到的力有重力、靜電力和洛倫茲力處理帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(chǎng)

5、中運(yùn)動(dòng)問題的方法：1正確分析帶電粒子(帶電體)的受力特征帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)，取決于帶電粒子(帶電體)所受的合外力及其初始速度帶電粒子(帶電體)在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力還會(huì)隨速度的變化而變化，而洛倫茲力的變化可能會(huì)引起帶電粒子(帶電體)所受的其他力的變化，因此應(yīng)把帶電粒子(帶電體)的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況結(jié)合起來分析，注意分析帶電粒子(帶電體)的受力和運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，通過正確的受力分析和運(yùn)動(dòng)情況分析，明確帶電粒子(帶電體)的運(yùn)動(dòng)過程和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，選擇恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律解決問題2靈活選用力學(xué)規(guī)律(1)當(dāng)帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，就根據(jù)平衡條件列方程求解(2)當(dāng)帶電粒子(帶電

6、體)在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往同時(shí)應(yīng)用牛頓第二定律和平衡條件列方程求解(3)當(dāng)帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(chǎng)中做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，常選用動(dòng)能定理或能量守恒定律列方程求解(4)由于帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場(chǎng)中受力情況復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，這時(shí)應(yīng)以題目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等詞語為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)隱含條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解(5)若勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)是分開的獨(dú)立的區(qū)域，則帶電粒子在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別遵守在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律，處理這類問題的時(shí)候要注意分階段求解.【典型例題】例1：條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導(dǎo)線，通有圖示方

7、向的電流后，磁鐵對(duì)水平面的壓力將會(huì)(增大、減小還是不變？)。水平面對(duì)磁鐵的摩擦力大小為。NSFFF /F【解析】本題有多種分析方法。畫出通電導(dǎo)線中電流的磁場(chǎng)中通過兩極的那條磁感線（如圖中粗虛線所示），可看出兩極受的磁場(chǎng)力的合力豎直向上。磁鐵對(duì)水平面的壓力減小，但不受摩擦力。畫出條形磁鐵的磁感線中通過通電導(dǎo)線的那一條（如圖中細(xì)虛線所示），可看出導(dǎo)線受到的安培力豎直向下，因此條形磁鐵受的反作用力豎直向上。把條形磁鐵等效為通電螺線管，上方的電流是向里的，與通電導(dǎo)線中的電流是同向電流，所以互相吸引。aIB例2： 如圖所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌寬L。勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。金屬桿長(zhǎng)也為L(zhǎng) ，質(zhì)量為

8、m，水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路總電流為I1時(shí)，金屬桿正好能靜止。求：B至少多大？這時(shí)B的方向如何？若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應(yīng)把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？B【解析】畫出金屬桿的截面圖。由三角形定則可知，只有當(dāng)安培力方向沿導(dǎo)軌平面向上時(shí)安培力才最小，B也最小。根據(jù)左手定則，這時(shí)B應(yīng)垂直于導(dǎo)軌平面向上，大小滿足：BI1L=mgsin， B=mgsin/I1L。當(dāng)B的方向改為豎直向上時(shí)，這時(shí)安培力的方向變?yōu)樗较蛴遥貙?dǎo)軌方向合力為零，得BI2Lcos=mgsin，I2=I1/cos?？偨Y(jié)：在解這類題時(shí)必須畫出截面圖，只有在截面圖上才能正確表示各力的準(zhǔn)確方向，從而弄清

9、各矢量方向間的關(guān)系。yx0B2BPd2d例3：（2011年江西高考理綜卷25題）如圖，在區(qū)域I（0 xd）和區(qū)域II（dx2d）內(nèi)分別存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B和2B，方向相反，且都垂直于Oxy平面。一質(zhì)量為m、帶電荷量q（q0）的粒子a于某時(shí)刻從y軸上的P點(diǎn)射入?yún)^(qū)域I，其速度方向沿x軸正向。已知a在離開區(qū)域I時(shí)，速度方向與x軸正方向的夾角為30；因此，另一質(zhì)量和電荷量均與a相同的粒子b也從p點(diǎn)沿x軸正向射入?yún)^(qū)域I，其速度大小是a的1/3。不計(jì)重力和兩粒子之間的相互作用力。求（1）粒子a射入?yún)^(qū)域I時(shí)速度的大??；（2）當(dāng)a離開區(qū)域II時(shí)，a、b兩粒子的y坐標(biāo)之差。 【解析】(1)設(shè)粒子

10、a在I內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心在 C（在y軸上），半徑為Ra1,粒子速率為va，運(yùn)動(dòng)軌跡與兩磁場(chǎng)區(qū)域邊界的交點(diǎn)為P,如圖。由洛侖茲力公式和牛頓第二定律得 由幾何關(guān)系得 式中 由式得 （2）設(shè)粒子在 a在II內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心為Oa，半徑為Ra2，射出點(diǎn)為Pa（圖中未畫出軌跡），由洛侖茲力公式和牛頓第二定律得 由式得 yx0B2BPd2dPaobOaCPPbC、P和Oa三點(diǎn)共線，且由式知Oa必位于 的平面上。由對(duì)稱性知Pa點(diǎn)與P點(diǎn)縱坐標(biāo)相同，即 式中，h是C點(diǎn)的y坐標(biāo)。 設(shè)b在I中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為 R b1，由洛侖茲力公式和牛頓第二定律得 設(shè)a到達(dá)Pa點(diǎn)時(shí)，b點(diǎn)位于Pa點(diǎn)，轉(zhuǎn)過的角度為。如果b沒有飛出I，則 式中，t是a在區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，而 由以上式解得且b沒有飛出。Pb點(diǎn)的y坐標(biāo)為則a、b