高中物理選修3-1磁場 復(fù)習(xí) 提綱+例題.ppt

物理3 1磁場復(fù)習(xí) 一 磁場的產(chǎn)生 1 產(chǎn)生 磁體 磁極 電流 運(yùn)動電荷 2 電本質(zhì) 磁體 安培分子電流假說 電流 所有磁場都是運(yùn)動電荷 電流 產(chǎn)生 分子電流大小 3 磁現(xiàn)象 磁極間相互作用 同名相斥 異名相吸 電流間相互作用 同向相吸 反向相斥 磁場對電流作用 安培力 左手定則 磁場對運(yùn)動電荷作用 洛倫茲力 二 磁感線 1 2 特點(diǎn) 對于磁體 外部N S 內(nèi)部S N 右手螺旋定則 安培定則 B線疏密程度B大小 B線的切線B方向 不相交 不中斷 閉合 3 常見電流的磁場 磁感線 直線電流 電流的磁效應(yīng) 奧斯特 環(huán)形電流 螺線管電流 4 常見 磁體 的磁場 勻強(qiáng)磁場 條形磁鐵 蹄形磁鐵 地磁場 同條形磁鐵 地磁場N極在地理南極 S極在地理北極赤道B水平向北南半球B斜向上 北半球B斜向下 三 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 1 定義式 2 單位 特斯拉 T 3 矢量性 定量描述磁場的強(qiáng)弱 磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向 磁場方向 規(guī)定 小磁針N極的受力方向 靜止時(shí)N極指向 磁感線的切線 五 磁場對電流的作用 1 安培力 大小 方向 左手定則 一般情況 F IL B ILB 當(dāng)I B F最大 F ILB 當(dāng)I B F 0 3 解題一般步驟 判斷安培力方向 其它力受力分析 注意選擇視圖 視角 將立體受力圖應(yīng)轉(zhuǎn)化成平面圖 列力學(xué)方程 列電學(xué)輔助方程 解方程及必要的討論 答 平衡方程牛二方程 動能定理 F ILBQ Itu IR F BIL F BIL中的L為有效長度 試指出下述各圖中的安培力的大小 如圖所示 導(dǎo)線abc為垂直折線 其中電流為I ab bc L 導(dǎo)線拓在的平面與勻強(qiáng)磁場垂直 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 求導(dǎo)線abc所受安培力的大小和方向 a b c 反饋練習(xí) 下列措施可以提高電流表線圈的靈敏度的是 注 電表的靈敏度可以表示為 I NBS k A 增加線圈的匝數(shù) B 增強(qiáng)磁極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度 C 減小線圈的電阻 D 換用不易扭轉(zhuǎn)的彈簧 AB 安培力作用下物體的運(yùn)動情況分析 問題歸納 畫出導(dǎo)線所在處的磁場方向確定電流方向根據(jù)左手定則確定受安培力的方向根據(jù)受力情況判斷運(yùn)動情況 6 在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B中 有一個垂直磁感線的環(huán)形線圈 通有順時(shí)針電流I 如圖所示 則下列敘述中正確的是A 環(huán)形線圈所受的磁力的合力為零B 環(huán)形線圈所受的磁力的合力不為零C 環(huán)形線圈有收縮的趨勢D 環(huán)形線圈有擴(kuò)張的趨勢 AD 課堂練習(xí) 1 把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方 導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動 當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí) 導(dǎo)線的運(yùn)動情況是 從上往下看 A 順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動 同時(shí)下降B 順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動 同時(shí)上升C 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動 同時(shí)下降D 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動 同時(shí)上升 I 反饋練習(xí) C 電流微元法 B F 特殊位置法分析運(yùn)動 I 等效法分析運(yùn)動 N S 2 如圖所示 在條形磁鐵S極附近懸掛一個線圈 線圈與水平磁鐵位于同一平面內(nèi) 當(dāng)線圈中電流沿圖示方向流動時(shí) 將會出現(xiàn) A 線圈向磁鐵平移B 線圈遠(yuǎn)離磁鐵平移C 從上往下看 線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動 同時(shí)靠近磁鐵D 從上往下看 線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動 同時(shí)靠近磁鐵 電流微元法 特殊位置法 F F F F I方向 I方向 D 反饋練習(xí) N S 等效法 分析運(yùn)動 3 如圖兩個同樣的導(dǎo)線環(huán)同軸平行懸掛 相隔一小段距離 當(dāng)同時(shí)給兩導(dǎo)線環(huán)通以同向電流時(shí) 兩導(dǎo)線環(huán)將 A 吸引 B 排斥 C 保持靜止 D 邊吸引邊轉(zhuǎn)動 結(jié)論法 同向電流互相吸引 A N N S S 反饋練習(xí) 1 繩子拉力 變大 變小 不變 2 桌面對磁鐵的支持力 3 桌面對磁鐵的摩擦力 有 無 變大 變小 無 桌面對磁鐵有無摩擦力 有 無 方向 有 水平向右 f 反饋練習(xí) 10 討論下圖中通電導(dǎo)體棒ab在不計(jì)重力的情況下 將如何運(yùn)動 課堂練習(xí) 此題可以采用電流元法 也可采用等效法 法一 等效法 把通電線圈等效成小磁針 由安培定則 線圈等效成小磁針后 左端是N極 右端是S極 同名磁極相吸斥 線圈向右運(yùn)動 法二 電流元法 如圖所示 取其中的上 下兩小段分析 根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左 故線圈向右運(yùn)動 題后反思 在用電流元法分析問題時(shí) 要在對稱的特殊位置選取電流元 5 如圖所示 一條勁度系數(shù)較小的金屬彈簧處于自由狀態(tài) 當(dāng)彈簧通以電流時(shí) 彈簧將 縱向收縮 徑向膨脹 縱向伸長 徑向收縮 縱向收縮 徑向收縮 縱向伸長 徑向膨脹 A 推論分析法 反饋練習(xí) 變式訓(xùn)練2 2011年哈師大附中高二期中 如圖3 4 14所示 兩根垂直紙面 平行且固定放置的直導(dǎo)線M和N 通有同向等值電流 沿紙面與直導(dǎo)線M N等距放置的另一根可自由移動的通電導(dǎo)線ab 則通電導(dǎo)線ab在安培力作用下運(yùn)動的情況是 圖3 4 14 A 沿紙面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動B 沿紙面順時(shí)針轉(zhuǎn)動C a端轉(zhuǎn)向紙外 b端轉(zhuǎn)向紙里D a端轉(zhuǎn)向紙里 b端轉(zhuǎn)向紙外 D 三 安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動方向的判斷如果通電導(dǎo)體放置在非勻強(qiáng)磁場中 則不能夠運(yùn)用F BIL進(jìn)行定量的計(jì)算 但可用F BIL和左手定則進(jìn)行定性的討論 常用的方法有以下幾種 1 電流元分析法把整段電流等效分成很多段直線電流元 先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向 從而判斷出整段電流所受合力的方向 最后確定運(yùn)動方向 注意一般取對稱的兩段電流元分析 2 等效分析法環(huán)形電流可以等效為小磁針 或條形磁鐵 條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流 通電螺線管可以等效成很多的環(huán)形電流來分析 3 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的方向 判斷其運(yùn)動方向 然后推廣到一般位置 4 結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中 無轉(zhuǎn)動趨勢 同向電流互相吸引 反向電流互相排斥 兩不平行的直線電流相互作用時(shí) 有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢 安培力作用下物體的平衡問題 例題分析 例 在傾斜角為 的光滑斜面上 置一通有電流I 長為L 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒 如圖所示 在豎直向上的磁場中靜止 則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為 F B FN mg 例題分析 引申1 欲使它靜止在斜面上 外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為 方向 引申2 欲使它靜止在斜面上 且對斜面無壓力 外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為 方向 mg FN F mg 方向垂直斜面向上 F B 水平向左 四 安培力作用下的平衡問題1 安培力作為通電導(dǎo)體所受的外力參與受力分析 產(chǎn)生了通電導(dǎo)體在磁場中的平衡 加速及做功問題 這類問題與力學(xué)知識聯(lián)系很緊密 解題時(shí)把安培力等同于重力 彈力 摩擦力等性質(zhì)力 對物體進(jìn)行受力分析時(shí) 注意安培力大小和方向的確定 求解時(shí)注意對力學(xué)中靜力學(xué) 動力學(xué)及功和能等有關(guān)知識的綜合應(yīng)用 2 在安培力作用下的物體平衡的解決步驟和前面學(xué)習(xí)的共點(diǎn)力平衡相似 一般也是先進(jìn)行受力分析 再根據(jù)共點(diǎn)力平衡的條件列出平衡方程 其中重要的是在受力分析過程中不要漏掉了安培力 3 與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的題目 主要應(yīng)用 1 閉合電路歐姆定律 2 安培力公式F ILB 3 物體平衡條件 特別提醒 1 安培力作為一種性質(zhì)力 在受力分析時(shí)要單獨(dú)分析 不可與其他力混為一談 2 為方便對問題的分析和便于列方程 在受力分析時(shí)先將立體圖畫成平面圖 即面成俯視圖 剖面圖或側(cè)視圖等 如圖所示 金屬桿ab的質(zhì)量為m 長為L 通過的電流為I 處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中 結(jié)果ab靜止在水平導(dǎo)軌上 若磁場方向與水平導(dǎo)軌成 角 求 1 棒ab受到的摩擦力 2 棒對導(dǎo)軌的壓力 反饋練習(xí) 答案 1 Ff BILSin 2 FN mg BILCos 14 如圖所示 兩平行光滑導(dǎo)軌相距0 2m 與水平面夾角為45 金屬棒MN的質(zhì)量為0 1kg 處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中 電源電動勢為6V 內(nèi)阻為1 為使MN處于靜止?fàn)顟B(tài) 則電阻R應(yīng)為多少 其他電阻不計(jì) 課堂練習(xí) 答案 R 0 2 六 洛倫茲力 1 磁場力 2 洛倫茲力大小 安培力 洛倫茲力 磁場對電流作用 宏觀 一般位置 f qV B qVB 當(dāng)V B f最大 f qVB 當(dāng)V B f 0 與正電荷速度同向與負(fù)電荷速度反向 注意四指方向 電流方向 磁場對運(yùn)動電荷作用 微觀 3 洛倫茲力方向 左手定則 類似安培力 七 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動 1 當(dāng)V B f 0 勻速運(yùn)動 2 當(dāng)V B 洛倫茲力總是垂直速度 永遠(yuǎn)不會做功 運(yùn)動周期 運(yùn)動性質(zhì) 勻速圓周運(yùn)動 f為向心力 軌道半徑 3 解題思路 勻速圓周運(yùn)動 圓心半徑的確定 運(yùn)動軌跡中任兩點(diǎn)的切線的垂線交點(diǎn)即為圓心 飛行時(shí)間的確定 周期 圓心角 回旋角等于偏向角 運(yùn)動時(shí)間 t 360 T 八 綜合應(yīng)用實(shí)例分析 1 速度選擇器 與粒子的質(zhì)量 電量及正負(fù)無關(guān) E B V Eq Eq qVB qVB 2 質(zhì)譜儀 測定荷質(zhì)比 元素鑒定分析 3 回旋加速器 極板間交變電場周期T等于回旋周期T回 交變電場中的 加速 運(yùn)動時(shí)間忽略 N為回旋周期數(shù) d R 二 回旋加速器 1 帶電粒子在兩D形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場的變化周期 粒子每經(jīng)過一個周期 被電場加速二次 2 將帶電粒子在狹縫之間的運(yùn)動首尾連接起來是一個初速度為零的勻加速直線運(yùn)動 3 帶電粒子每經(jīng)電場加速一次 回旋半徑就增大一次 每次增加的動能為所有各次半徑之比為 4 對于同一回旋加速器 其粒子的回旋的最大半徑是相同的 三 綜合應(yīng)用類型題歸納 1 直線運(yùn)動 2 圓周運(yùn)動 受力平衡 勻速直線運(yùn)動 如 速度選擇器 霍爾效應(yīng) 磁流體 電磁流量計(jì) 只討論勻強(qiáng)磁場 勻強(qiáng)電場 磁場 重力場中 勻速圓周運(yùn)動 4 帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動問題分類解析 五 帶電粒子在環(huán)狀磁場中的運(yùn)動 一 兩個具體問題 1 圓心的確定 1 已知兩個速度方向 可找到兩條半徑 其交點(diǎn)是圓心 2 已知入射方向和出射點(diǎn)的位置 通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線 連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn) 作中垂線 交點(diǎn)是圓心 2 運(yùn)動時(shí)間的確定 2 關(guān)鍵 確定圓心 半徑 圓心角 1 若電子后來又經(jīng)過D點(diǎn) 則電子的速度大小是多少 2 電子從C到D經(jīng)歷的時(shí)間是多少 電子質(zhì)量me 9 1x10 31kg 電量e 1 6x10 19C 8 0 x106m s6 5x10 9s 1 帶電粒子在無界磁場中的運(yùn)動 例1 如圖直線MN上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場 正 負(fù)電子同時(shí)從同一點(diǎn)O以與MN成30 角的同樣速度v射入磁場 電子質(zhì)量為m 電荷為e 它們從磁場中射出時(shí)相距多遠(yuǎn) 射出的時(shí)間差是多少 M N B O v 答案為射出點(diǎn)相距 時(shí)間差為 關(guān)鍵是找圓心 找半徑和用對稱 2 帶電粒子在半無界磁場中的運(yùn)動 練習(xí)1 一個負(fù)離子 質(zhì)量為m 電量大小為q 以速率v垂直于屏S經(jīng)過小孔O射入存在著勻強(qiáng)磁場的真空室中 如圖所示 磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與離子的運(yùn)動方向垂直 并垂直于圖1中紙面向里 1 求離子進(jìn)入磁場后到達(dá)屏S上時(shí)的位置與O點(diǎn)的距離 2 如果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間t到達(dá)位置P 證明 直線OP與離子入射方向之間的夾角 跟t的關(guān)系是 例2 一個質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P a 0 點(diǎn)以速度v 沿與x正方向成60 的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場中 并恰好垂直于y軸射出第一象限 求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和射出點(diǎn)的坐標(biāo) y x o B v v a O 射出點(diǎn)坐標(biāo)為 0 例 一束電子 電量為e 以速度V0垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 寬為d的勻強(qiáng)磁場中 穿出磁場時(shí)速度方向與電子原來入射方向成300角 求 電子的質(zhì)量和穿過磁場的時(shí)間 B v0 e 30度 d 小結(jié) 1 兩洛倫茲力的交點(diǎn)即圓心2 偏轉(zhuǎn)角 初末速度的夾角 3 偏轉(zhuǎn)角 圓心角 3 穿過矩形磁場區(qū)的運(yùn)動 例 兩板間 長為L 相距為L 存在勻