高中物理 磁場鞏固學(xué)案 新人教版選修3

1、磁場鞏固學(xué)案一、 安培力的判斷及計算：F=BILsin（為I與B的夾角）例1.如圖所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡膠盤，帶有大量均勻分布的負(fù)電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向如圖。當(dāng)圓盤高速繞中心軸OO轉(zhuǎn)動時，通電直導(dǎo)線所受磁場力的方向是（ ） A、豎直向上B、豎直向下C、水平向里D、水平向外例2.載流導(dǎo)線L1、L2處在同一平面內(nèi)，L1是固定的，L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動，各自的電流方向如圖所示，則下列說法中正確的是（ ） A、因不受磁場力作用，故L2不動B、因L2所受的磁場力對軸O的力矩相平衡，故L2不動S NC、L2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動D、L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動例3. 如

2、圖在條形磁鐵N極附近懸掛一個線圈，當(dāng)線圈中通有逆時針方向的電流時，線圈將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？例4.如圖所示，用均勻粗細(xì)的電阻絲折成平面三角形框架，三邊的長度分別為3L、4L和5L，電阻絲L的長度的電阻為r，框架與一電動勢為e、內(nèi)阻為r的電源相連接，垂直于框架平面有磁感強度為B的勻強磁場，則框架受到的磁場力大小為 方向是 例5.在傾角37的斜面上，固定一寬 l =0.2m的金屬框，電池電動勢 10V，內(nèi)阻不計，垂直框架放一質(zhì)量為m=0.1kg 的金屬桿ab， 桿與導(dǎo)軌間的摩擦因數(shù)為0.5. 整個裝置放在磁感應(yīng)強度B1T，豎直向上的勻強磁場中，如圖.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)，可使金屬桿靜止

3、在導(dǎo)軌上？（g取10m/s2）二、洛倫茲力的判斷及計算帶電粒子在勻強磁場中僅受洛倫茲力而做勻速圓周運動時，洛倫茲力充當(dāng)向心力，即: qvB = m v 2/r由此可以推導(dǎo)出該圓周運動的半徑公式和周期公式：r= mv/qB, T =2m/qB 【說明】由洛倫茲力所引起的帶電粒子運動的方向總是與洛倫茲力的方向相垂直的，所以它對運動的帶電粒子總是不做功的。、帶電粒子在有界磁場中的運動：關(guān)鍵是找圓心、畫軌跡、求半徑及圓心角，同時要利用好對稱性和幾何關(guān)系。例1. 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)的勻強磁場中，并恰好垂直于y軸射出第一

4、象限。求勻強磁場的磁感應(yīng)強度B和射出點的坐標(biāo)。遇如下兩特殊情況的處理方法：穿過矩形磁場區(qū)。一定要先畫好輔助線（半徑、速度及延長線）。偏轉(zhuǎn)角由sin=L/R求出。側(cè)移由R2=L2-(R-y)2解出。經(jīng)歷時間由t =m/qB得出。【注意】這里射出速度的反向延長線與初速度延長線的交點不再是寬度線段的中點，這點與帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)結(jié)論不同！穿過圓形磁場區(qū)。畫好輔助線（半徑、速度、軌跡圓的圓心、連心線）。偏角可由求出。經(jīng)歷時間由得出?！咀⒁狻坑蓪ΨQ性，若入射線的方向指向磁場圓心，則射出線的反向延長線必過磁場圓的圓心。例2. 電視機的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的

5、加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，如圖所示。磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為O，半徑為r。當(dāng)不加磁場時，電子束將通過O點而打到屏幕的中心M點。為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度，此時的磁場的磁感應(yīng)強度B應(yīng)為多少？例3.如圖所示，一質(zhì)量為m，帶電荷量為+q的粒子以速度v0從O點沿y軸正方向射入磁感應(yīng)強度為B的圓形勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，粒子飛出磁場區(qū)域后，從點b處穿過x軸，速度方向與x軸正方向的夾角為30，同時進入場強為E、方向沿x軸負(fù)方向成60角斜向下的勻強電場中，通過了b點正下方的c點，如圖所示。粒子的重力不計，試求：（1）圓形勻強磁場的最小面積。（

6、2）c點到b點的距離s。、帶電微粒在復(fù)合場中的運動（常會涉及到受力分析、運動分析以及能量關(guān)系）、復(fù)合場：復(fù)合場一般包括重力場、電場和磁場這三種場的任意兩種復(fù)合或三種場復(fù)合。、帶電體在復(fù)合場中運動時受力分析帶電物體在重力場、電場、磁場中運動時，其運動狀態(tài)的改變由其受到的合力決定，因此，對運動物體進行受力分析時必須注意以下幾點：受力分析的順序：先場力(包括重力、電場力、磁場力)、后彈力、再摩擦力等。電子、質(zhì)子、離子等微觀的帶電粒子無特殊說明一般不計重力；帶電小球、塵埃、油滴、液滴等帶電顆粒無特殊說明一般計重力；如果有具體數(shù)據(jù)可通過比較確定是否考慮重力。、帶電粒子在復(fù)合場中的運動分析正確分析帶電粒子

7、的受力及運動特征是解決問題的前提帶電粒子在疊加場中做什么運動，取決于帶電粒子所受的合外力及其初始狀態(tài)的速度，因此應(yīng)把帶電粒子的運動情況和受力情況結(jié)合起來進行分析。1、當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受的合外力為0時，粒子將靜止或作勻速直線運動。2、當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運動方向在同一條直線上時，粒子將做勻變速直線運動。3、當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力時，粒子將做勻速圓周運動。4、當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不斷變化的，則粒子將做一般的變速運動，這類問題一般只能用能量關(guān)系處理。、帶電粒子在復(fù)合場中運動問題的處理方法解決這類問題的方法可按以下思路進行：正確進行受力分析、除彈力、重力、摩擦力，

8、要特別注意電場力和磁場力的分析。正確進行物體的運動狀況分析，找出物體的速度、位置及變化，分清運動過程，如果出現(xiàn)臨界狀態(tài)，要分析臨界條件。恰當(dāng)選用解決力學(xué)問題的三大方法：1)牛頓運動定律及運動學(xué)公式(只適用于勻變速運動)；2)用動量觀點分析，即動量守恒定律；3)用能量觀點分析，包括動能定理和機械能(或能量)守恒定律，應(yīng)注意：不論帶電體運動狀態(tài)如何，洛侖茲力永遠(yuǎn)不做功，電場力與重力做功與路徑無關(guān)。在這三大方法中，應(yīng)首選能量觀點和動量觀點進行分析。常見具體情況如下：帶電微粒在三個場共同作用下做勻速圓周運動。由于重力和電場力均為恒力，則必然是電場力和重力平衡，而洛倫茲力充當(dāng)向心力。E B例1 一個帶電

9、微粒在圖示的正交勻強電場和勻強磁場中在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動。則該帶電微粒必然帶_，旋轉(zhuǎn)方向為_。若已知圓半徑為r，電場強度為E磁感應(yīng)強度為B，則線速度為_。帶電微粒在含有磁場的復(fù)合場中做直線運動時，情況如下：當(dāng)初速v0與B平行時，不受洛倫茲力，則電場力與重力的合力必然與初速v0共線，則可能作勻變速直線運動(當(dāng)F電=mg時，作勻速直線運動)。當(dāng)初速v0與B不平行時，若做直線運動，則必然是勻速直線運動（因為速度大小一變化，洛倫茲力大小就會變化，軌跡就不會保持一條直線）。與力學(xué)緊密結(jié)合的綜合題，要認(rèn)真分析受力情況和運動情況（包括速度和加速度）。必要時加以討論。例2. 如圖所示，套在絕緣棒上的小球，

10、質(zhì)量為m=0.1g，帶有q=410-4C的正電荷，小球在棒上可以自由滑動，直棒放在互相垂直且沿水平方向的勻強電場E=10N/C和勻強磁場B=0.5T之中，小球和直棒之間的動摩擦因數(shù)為=0.2。求：小球由靜止沿棒豎直下落的最大加速度和最大速度。（設(shè)小球在運動過程中電量不變）。例3.用一根長L=0.8m的絕緣輕繩，吊一質(zhì)量m=1.0g的帶電小球，放在磁感應(yīng)強度B=2.5T、方向如圖所示的勻強磁場中把小球拉到懸點的右側(cè)，輕繩剛好水平拉直，將小球由靜止釋放，小球便在垂直于磁場的豎直平面內(nèi)擺動當(dāng)小球第一次擺到最低點時，懸線的拉力恰好為0.5mg（取重力加速度g=10m/s2）.求：（1）小球帶何種電荷，

11、電量是多少？ （2）當(dāng)小球第二次經(jīng)過最低點時，懸線對小球的拉力多大？例4.ab、cd為平行金屬板，板間存在正交的勻強電場和勻強磁場，電場強度E=100V/m，磁感應(yīng)強度B=4T。如圖所示，一帶電荷量q=1.010-8C、質(zhì)量m=1.010-10kg的微粒，以初速度v0=30m/s、垂直板進入板間場區(qū)，粒子做曲線運動至M點時速度方向與極板平行，在M點這一帶電粒子恰與另一質(zhì)量和它相等的不帶電微粒吸附在一起，之后一起做勻速直線運動，不計重力，求：（1）微粒帶何種電荷？ （2）微粒在M點吸咐另一微粒前速度多大？（3）M點距ab板的距離是多大？例5.如圖所示，質(zhì)量M=3.0kg的小車靜止在光滑的水平面上，AD部分是表面粗糙的水平導(dǎo)軌，DC部分是光滑的1/4圓弧且半徑為R=5m導(dǎo)軌，整個導(dǎo)軌都是由絕緣材料制成的，小車所在平面內(nèi)有豎直向上E=40N/C的勻強電場和垂直紙面向里B=2.0T的