2019-2020年人教版高中物理选修3-1 第3章《第三章 磁场》章末总结（教案）.doc

2019-2020年人教版高中物理选修3-1 第3章第三章 磁场章末总结（教案）知识结构【教学过程】重难点一、有关安培力问题的分析与计算有关安培力问题的分析与计算安培力是一种性质力，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，有关安培力问题的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，然后根据题目中的条件由牛顿定律或动能定理等规律求解。具体求解应从以下几个方面着手分析。1安培力的大小当通电导体与磁场方向垂直时，FILB；当通电导体与磁场方向平行时，F0；当通电导体和磁场方向的夹角为时，FILBsin。2安培力的方向由左手定则判断，安培力垂直于磁场的方向，也垂直于导线的方向，即安培力垂直于磁场和导线所决定的平面，但磁场与导线可以不垂直。3解决安培力问题的一般步骤（1）先画出通电导线所在处的磁感线的方向，用左手定则确定通电导线所受安培力的方向；（2）根据受力分析确定通电导体所处的状态或运动过程；（3）根据牛顿运动定律或动能定理求解。【典型例题】水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源（不计内阻）现垂直于导轨搁一根质量为m，电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为且指向右斜上方，如图所示，问：（1）当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？（2）若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？【答案】（1）FNmg，（2），磁场方向水平向右【解析】从b向a看侧视图如图所示（1）水平方向：FfFAsin 竖直方向：FNFAcosmg 又FABILBL 联立得：FNmg，（2）使ab棒受支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上，则有FAmg根据左手定则判定磁场方向水平向右重难点二、有关洛伦兹力的多解问题有关洛伦兹力的多解问题要充分考虑带电粒子的电性、磁场方向、轨迹及临界条件的多种可能性，画出其运动轨迹，分阶段、分层次地求解。常见的多解问题有以下几种：1带电粒子电性不确定造成多解受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，在相同的初速度的条件下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解。如图甲所示，带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如带正电，其轨迹为a，如带负电，其轨迹为b。2磁场方向不确定形成多解有些题目只告诉了磁感应强度大小，而未具体指出磁感应强度方向，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解。如图乙所示，带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如B垂直纸面向里，其轨迹为a，如B垂直纸面向外，其轨迹为b。3临界状态不惟一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过180从入射界面这边反向飞出，如图丙所示，于是形成了多解。4运动的往复性形成多解带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解。如图丁所示。【典型例题】如图所示，无限宽广的匀强磁场分布在xoy平面内，x轴上下方磁场均垂直xoy 平面向里，x轴上方的磁场的磁感应强度为B，x轴下方的磁场的磁感应强度为4B/3。现有一质量为m，电量为-q带负电粒子以速度v0从坐标原点O沿y方向进入上方磁场。在粒子运动过程中，与x轴交于若干点。不计粒子的重力。求：（1）粒子在x轴上方磁场做匀速圆周运动半径r1（2）如把x上方运动的半周与x下方运动的半周称为一周期的话，则每经过一周期，在x轴上粒子右移的平均速度。（3）在与x轴的所有交点中，粒子两次通过同一点的坐标位置。【答案】（1）；（2）2v0/7；（3）【解析】（1）粒子在x轴上方磁场做匀速圆周运动半径r1，下方磁场中做匀速圆周运动半径r2由（2）在磁场中运动轨迹如图所示，如把x上方运动的半周与x下方运动的半周称为一周期的话，则每经过一周期，在x轴上粒子右移t=（T1+T2)/2=7m/4Bq, 得：v=2v0/7（3）则在每4周期刚结束时粒子第二次经过的这一点，以后每过一周期将会出现符合要求的点。故（式中k取1、2、3）重难点三、带电粒子在复合场中运动规律一、带电粒子在复合场中运动规律1复合场指重力场、磁场和电场并存，或其中某两场并存，或分区域存在粒子连续运动时，一般要同时考虑重力、洛伦兹力和静电力的作用2三种场的不同特点比较力的特点功和能的特点重力场(1)大小：Gmg(2)方向：竖直向下(1)重力做功与路径无关(2)重力做功改变物体重力势能静电场(1)大小：FqE(2)方向：A正电荷受力方向与场强方向相同b负电荷受力方向与场强方向相反(1)电场力做功与路径无关(2)WqU(3)电场力做功改变电势能磁场(1)洛伦兹力fqvB(2)方向符合左手定则洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能3.运动情况分析(1)当带电体所受合外力为零时，将处于静止或匀速直线运动状态(2)当带电体做匀速圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，其余各力的合力必为零(3)当带电体所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速曲线运动这类问题一般只能用能量关系来处理二、带电粒子在组合场中的运动1带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的区别垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)受力情况电场力FEqE，其大小、方向不变，与速度v无关，FE是恒力；垂直电场线进入匀强电场(不计重力)洛伦兹力FBqvB，其大小不变，方向随v而改变，FB是变力；垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)轨迹抛物线圆或圆的一部分运动轨迹求解方法利用类似平抛运动的规律求解：vxv0，xv0tvyt，yt2偏转角：tan半径：r周期：T偏移距离y和偏转角要结合圆的几何关系利用圆周运动规律讨论求解2.在电场和磁场组合而成的组合场中的运动带电粒子分别在两个区域中做类平抛和匀速圆周运动，通过连接点的速度将两种运动联系起来，一般可用类平抛和匀速圆周运动的规律求解另外，准确画好运动轨迹图是解题的关键三、带电粒子在复合场中的运动分类1静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或做匀速直线运动。2匀速圆周运动在三场并存的区域中，当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动。3较复杂的曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。4.分阶段运动带电粒子可能依次通过几种不同情况的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成。【特别提醒】研究带电粒子在复合场中的运动时，首先要明确各种不同力的性质和特点；其次要正确地画出其运动轨迹，再选择恰当的规律求解。一般情况下，电子、质子、粒子等微观粒子在复合场中所受的重力远小于电场力、磁场力，因而重力可以忽略，如果有具体数据，可以通过比较来确定是否考虑重力，在有些情况下需要由题设条件来确定是否考虑重力。求解带电粒子在复合场中的运动问题的一般步骤是：(1)选带电粒子为研究对象；(2)对带电粒子进行受力分析；(3)依据受力情况判定带电粒子的运动形式；(4)分析运动过程并结合力学规律列方程或画图象，然后求解。【典型例题】如图所示，在直角坐标系中，x轴水平，y轴竖直，x轴上方空间只存在重力场，第III象限存在沿y轴正方向的匀强电场和垂直xy平面向里的匀强磁场，在第象限由沿x轴负方向的匀强电场，场强大小与第III象限存在的电场的场强大小相等一质量为m，带电荷量大小为q的质点a，从y轴上y=h处的P1点以一定的水平速度沿x轴负方向抛出，它经过x=2h处的P2点进入第象限，恰好做匀速圆周运动，又经过y轴上方y=2h的P3点进入第象限，试求：(1)质点a到达P2点时速度的大小和方向；(2)第III象限中匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度的大小；(3)质点a进入第象限且速度减为零时的位置坐标【答案】（1），方向与x轴负向夹角=45（2）；（3）（h，-h）【解析】粒子运动轨迹如图所示；（1）质点在第象限中做平抛运动，设初速度为v0，h=gt2，2h=v0t，解得：，在P2点，速度v的竖直分量为：，所以：，其方向与x轴负向夹角=45（2）带电粒子进入第象限做匀速圆周运动，必有：mg=qE，解得：；又恰能过负y轴2h处，故P2P3为圆的直径，转动半径为：，由牛顿第二定律得：，解得：（3）带电粒以大小为v，方向与x轴正向夹45角进入第象限，所受电场力与重力的合力为：mg，方向与过P3点的速度方向相反，故带电粒做匀减速直线运动，设其加速度大小为a，由牛顿第二定律得：，由匀变速直线运动的速度位移公式得：02-v2=-2as，解得：，由此得出速度减为0时的位置坐标是（h，-h）