高中物理 第3章 打开电磁学的大门章末分层突破教师用书 鲁科版选修1-1

第3章 打开电磁学的大门自我校对左手 B和I BIL 0 相吸 相斥 左手B和v qvB 0 不做功 汤姆孙 原子通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向的判断1.电流元分析法把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断每小段电流元所受的安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力方向，最后确定运动的方向2等效分析法环形电流可等效为小磁针，条形磁铁可等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或小磁铁3特殊位置分析法把通电导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向，从而确定运动方向4转换研究对象法因为电流之间、电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后用牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向如图31所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况(从上往下看)()图31A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升【解析】特殊位置法：作出通电瞬间直导线所在处的磁场分布如图甲所示，由左手定则得N极正上方导线受到的安培力垂直纸面向外，S极正上方导线受到的安培力垂直纸面向里可见从上往下看，导线在两安培力作用下按逆时针转动当转动到导线与纸面垂直时，如图乙所示，导线受到的安培力方向竖直向下，导线继续向下运动，故导线在安培力作用下逆时针转动(从上往下看)，同时下降甲乙【答案】C带电粒子在磁场中的运动1.若vB，带电粒子以v做匀速直线运动此时粒子受的洛伦兹力为零2若vB，带电粒子在垂直于磁场的平面内以v做匀速圆周运动(1)向心力由洛伦兹力提供：qvBm.(2)轨道半径公式：R.(3)周期公式：T.频率：f.角速度：.(4)动能公式：Ekmv2.如图32中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B，一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直于平板的初速度v射入磁场区域，最后到达平板的P点已知B、v以及P到O的距离l，不计重力，求此粒子的电荷q与质量m之比图32【解析】粒子初速度v垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动，设其半径为R，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，有qvBm.因粒子经O点时的速度垂直于OP，故OP是直径，l2R.由此得.【答案】2v/Bl章末综合测评(三)打开电磁学的大门(分值：100分时间：60分钟)一、选择题(本题共8个小题，每小题6分，共48分在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确全部选对的得6分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分)1发电机和电动机的发明使人类步入电气化时代其中电动机依据的物理原理是()A磁场对电流的作用B磁铁间的相互作用C惯性定律 D万有引力定律【解析】电动机依据的物理原理是磁场对电流的作用【答案】A2关于洛伦兹力的特点下列说法正确的是()A洛伦兹力既垂直磁场方向又垂直电荷运动方向B洛伦兹力是运动电荷在磁场中受到的力，静止的电荷不会受到洛伦兹力C当电荷运动方向和磁场方向相同或相反的时候，电荷不受洛伦兹力D只要电荷放在磁场中，就一定受到洛伦兹力【解析】静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力，当电荷运动方向与磁场方向平行时，也不受洛伦兹力，故只有D错误【答案】ABC3来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将()A竖直向下沿直线射向地面B相对于预定地点，稍向东偏转C相对于预定地点，稍向西偏转D相对于预定地点，稍向北偏转【解析】地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，带正电根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东【答案】B4如图所示的四个实验现象中，不能表明电流能产生磁场的是()甲 乙 丙丁A图甲中，导线通电后磁针发生偏转B图乙中，通电导线在磁场中受到力的作用C图丙中，当电流方向相同时，导线相互靠近D图丁中，当电流方向相反时，导线相互远离【解析】图甲中导线通电后小磁针发生偏转是导线中电流产生的磁场所至，图丙、图丁中两通电导线间的相互作用，也是一导线电流形成的磁场对另一通电导线产生作用所至，图乙是通电导线在永磁体的磁场中受安培力作用产生偏离，故选B.【答案】B5关于回旋加速器，下列说法正确的是()A回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大的B回旋加速器使粒子获得的最大动能与加速电压成正比C回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量的D带电粒子在回旋加速器中不断被加速，因而它做圆周运动一周所用的时间越来越短【解析】回旋加速器是利用电场加速，磁场偏转的，粒子在磁场中运动的时间与运动速度的大小无关，由R得vm所以 Ekmmv，即粒子获得的最大动能与加速电压无关，故只有C正确【答案】C6如图1所示，水平桌面上放一根条形磁铁，磁铁正中央上方吊着跟磁铁垂直的导线，当导线中通入指向纸内的电流时()图1A悬线上的拉力将变大B悬线上的拉力将不变C磁铁对水平桌面的压力将变大D磁铁对水平桌面的压力将不变【解析】如图所示，画出一条通过导线所在处的磁感线，磁场方向水平向左，由左手定则知，导线受安培力方向竖直向上，所以悬线的拉力将变小，A、B均错；根据牛顿第三定律可知，通电导线对磁铁的作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大，C对D错【答案】C7如图2所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时是线上有拉力为了使拉力等于零，可以()图2A适当减小磁感应强度B使磁场反向C适当增大电流强度D使电流反向【解析】由左手定则可知棒MN所受安培力方向竖直向上，此时线上有拉力说明安培力大小小于棒的重力，要使拉力等于零，必须保持安培力的方向不变，增大安培力的大小，所以只有C可能【答案】C8一长方形金属块放在匀强磁场中，将金属块通以电流，磁场方向和电流方向如图3所示，则在金属块两表面M、N上 ()图3AM集聚了电子 BM集聚了正电荷CN集聚了电子 DN集聚了正电荷【解析】在金属中自由电子的定向移动形成电流，所以图中的电流可以看成是相反方向运动的电子流，由左手定则可知电子受洛伦兹力向上，所以M面上聚集了电子【答案】AD二、非选择题(本题共4个小题，共52分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分有数值计算的题，答案中应明确写出数值和单位)9(10分)通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图4所示的电流时，通电直导线A受到水平向_的安培力作用当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受到的安培力方向水平向_图4【解析】由图可知，直导线A位于导线环B产生的垂直向里的磁场中，根据左手定则，可判断导线A受到的安培力方向向右当A、B中的电流方向改变时，A导线处于导线B产生的垂直向外的磁场中，同时导线A的电流方向改变，依据左手定则可以判定，A受安培力仍水平向右【答案】右右10(10分)如图5所示，匀强磁场的磁感应强度B0.5 T，方向图5垂直纸面向外，在纸面内放置长L0.5 m的直导线ab，当通以I2 A的电流(ba)时，导线受到的安培力大小为_，方向为_【解析】由安培力FBIL得：F0.520.5 N0.5 N；再由左手定则可确定方向是垂直导线ab、磁场方向向右【答案】0.5 N垂直导线和磁场方向向右11(16分)一初速度为v的带电粒子，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，已知带电粒子的质量是m，电量是q，求带电粒子所受的洛伦兹力和轨道半径的大小【解析】因为B与v垂直，所以带电粒子所受的洛伦兹力FqvB由洛伦兹力提供向心力，则qvBm所以r.【答案】见解析12(16分)电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图6所示.1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)，若轨道宽2 m，长为100 m，通过的电流为10 A，试问轨道间所加匀强磁场的磁感应强度是多大？(轨道摩擦不计)图6【解析】由于弹体做匀加速直线运动，由运动学公式v22as得am/s25105 m/s2由牛顿第二定律得F安ma得F安2.21035105N1.1103N由安培力公式F安BIl得BT55 T.【答案】55 T