2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第3章《第三章 磁場》章末總結(jié)（教案）.doc

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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第3章第三章 磁場章末總結(jié)（教案）知識(shí)結(jié)構(gòu)【教學(xué)過程】重難點(diǎn)一、有關(guān)安培力問題的分析與計(jì)算有關(guān)安培力問題的分析與計(jì)算安培力是一種性質(zhì)力，既可以使通電導(dǎo)體靜止、運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，又可以對(duì)通電導(dǎo)體做功，因此，有關(guān)安培力問題的分析與計(jì)算的基本思路和方法與力學(xué)問題一樣，先取研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，判斷通電導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況，然后根據(jù)題目中的條件由牛頓定律或動(dòng)能定理等規(guī)律求解。具體求解應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手分析。1安培力的大小當(dāng)通電導(dǎo)體與磁場方向垂直時(shí)，F(xiàn)ILB；當(dāng)通電導(dǎo)體與磁場方向平行時(shí)，F(xiàn)0；當(dāng)通電導(dǎo)體和磁場方向的夾角為時(shí)，F(xiàn)ILBsin。2安培力的方向由左手定則判斷，安培力垂直于磁場的方向，也垂直于導(dǎo)線的方向，即安培力垂直于磁場和導(dǎo)線所決定的平面，但磁場與導(dǎo)線可以不垂直。3解決安培力問題的一般步驟（1）先畫出通電導(dǎo)線所在處的磁感線的方向，用左手定則確定通電導(dǎo)線所受安培力的方向；（2）根據(jù)受力分析確定通電導(dǎo)體所處的狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)過程；（3）根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律或動(dòng)能定理求解?！镜湫屠}】水平面上有電阻不計(jì)的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電動(dòng)勢為E的電源（不計(jì)內(nèi)阻）現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m，電阻為R的金屬棒ab，并加一個(gè)范圍較大的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與水平面夾角為且指向右斜上方，如圖所示，問：（1）當(dāng)ab棒靜止時(shí)，受到的支持力和摩擦力各為多少？（2）若B的大小和方向均能改變，則要使ab棒所受支持力為零，B的大小至少為多少？此時(shí)B的方向如何？【答案】（1）FNmg，（2），磁場方向水平向右【解析】從b向a看側(cè)視圖如圖所示（1）水平方向：FfFAsin 豎直方向：FNFAcosmg 又FABILBL 聯(lián)立得：FNmg，（2）使ab棒受支持力為零，且讓磁場最小，可知安培力豎直向上，則有FAmg根據(jù)左手定則判定磁場方向水平向右重難點(diǎn)二、有關(guān)洛倫茲力的多解問題有關(guān)洛倫茲力的多解問題要充分考慮帶電粒子的電性、磁場方向、軌跡及臨界條件的多種可能性，畫出其運(yùn)動(dòng)軌跡，分階段、分層次地求解。常見的多解問題有以下幾種：1帶電粒子電性不確定造成多解受洛倫茲力作用的帶電粒子，可能帶正電，也可能帶負(fù)電，在相同的初速度的條件下，正負(fù)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡不同，形成多解。如圖甲所示，帶電粒子以速率v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，如帶正電，其軌跡為a，如帶負(fù)電，其軌跡為b。2磁場方向不確定形成多解有些題目只告訴了磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，而未具體指出磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，此時(shí)必須要考慮磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不確定而形成的多解。如圖乙所示，帶正電粒子以速率v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，如B垂直紙面向里，其軌跡為a，如B垂直紙面向外，其軌跡為b。3臨界狀態(tài)不惟一形成多解帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時(shí)，由于粒子運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧狀，因此，它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過180從入射界面這邊反向飛出，如圖丙所示，于是形成了多解。4運(yùn)動(dòng)的往復(fù)性形成多解帶電粒子在部分是電場，部分是磁場的空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)往往具有往復(fù)性，從而形成多解。如圖丁所示?！镜湫屠}】如圖所示，無限寬廣的勻強(qiáng)磁場分布在xoy平面內(nèi)，x軸上下方磁場均垂直xoy 平面向里，x軸上方的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，x軸下方的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為4B/3?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m，電量為-q帶負(fù)電粒子以速度v0從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿y方向進(jìn)入上方磁場。在粒子運(yùn)動(dòng)過程中，與x軸交于若干點(diǎn)。不計(jì)粒子的重力。求：（1）粒子在x軸上方磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑r1（2）如把x上方運(yùn)動(dòng)的半周與x下方運(yùn)動(dòng)的半周稱為一周期的話，則每經(jīng)過一周期，在x軸上粒子右移的平均速度。（3）在與x軸的所有交點(diǎn)中，粒子兩次通過同一點(diǎn)的坐標(biāo)位置?！敬鸢浮浚?）；（2）2v0/7；（3）【解析】（1）粒子在x軸上方磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑r1，下方磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑r2由（2）在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，如把x上方運(yùn)動(dòng)的半周與x下方運(yùn)動(dòng)的半周稱為一周期的話，則每經(jīng)過一周期，在x軸上粒子右移t=（T1+T2)/2=7m/4Bq, 得：v=2v0/7（3）則在每4周期剛結(jié)束時(shí)粒子第二次經(jīng)過的這一點(diǎn)，以后每過一周期將會(huì)出現(xiàn)符合要求的點(diǎn)。故（式中k取1、2、3）重難點(diǎn)三、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)規(guī)律1復(fù)合場指重力場、磁場和電場并存，或其中某兩場并存，或分區(qū)域存在粒子連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般要同時(shí)考慮重力、洛倫茲力和靜電力的作用2三種場的不同特點(diǎn)比較力的特點(diǎn)功和能的特點(diǎn)重力場(1)大小：Gmg(2)方向：豎直向下(1)重力做功與路徑無關(guān)(2)重力做功改變物體重力勢能靜電場(1)大?。篎qE(2)方向：A正電荷受力方向與場強(qiáng)方向相同b負(fù)電荷受力方向與場強(qiáng)方向相反(1)電場力做功與路徑無關(guān)(2)WqU(3)電場力做功改變電勢能磁場(1)洛倫茲力fqvB(2)方向符合左手定則洛倫茲力不做功，不改變帶電粒子的動(dòng)能3.運(yùn)動(dòng)情況分析(1)當(dāng)帶電體所受合外力為零時(shí)，將處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(2)當(dāng)帶電體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力提供向心力，其余各力的合力必為零(3)當(dāng)帶電體所受合力大小與方向均變化時(shí)，將做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)這類問題一般只能用能量關(guān)系來處理二、帶電粒子在組合場中的運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中偏轉(zhuǎn)的區(qū)別垂直電場線進(jìn)入勻強(qiáng)電場(不計(jì)重力)垂直磁感線進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(不計(jì)重力)受力情況電場力FEqE，其大小、方向不變，與速度v無關(guān)，F(xiàn)E是恒力；垂直電場線進(jìn)入勻強(qiáng)電場(不計(jì)重力)洛倫茲力FBqvB，其大小不變，方向隨v而改變，F(xiàn)B是變力；垂直磁感線進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(不計(jì)重力)軌跡拋物線圓或圓的一部分運(yùn)動(dòng)軌跡求解方法利用類似平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求解：vxv0，xv0tvyt，yt2偏轉(zhuǎn)角：tan半徑：r周期：T偏移距離y和偏轉(zhuǎn)角要結(jié)合圓的幾何關(guān)系利用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律討論求解2.在電場和磁場組合而成的組合場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子分別在兩個(gè)區(qū)域中做類平拋和勻速圓周運(yùn)動(dòng)，通過連接點(diǎn)的速度將兩種運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來，一般可用類平拋和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求解另外，準(zhǔn)確畫好運(yùn)動(dòng)軌跡圖是解題的關(guān)鍵三、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)分類1靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受合外力為零時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。2勻速圓周運(yùn)動(dòng)在三場并存的區(qū)域中，當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力大小相等、方向相反時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。3較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一條直線上，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線。4.分階段運(yùn)動(dòng)帶電粒子可能依次通過幾種不同情況的復(fù)合場區(qū)域，其運(yùn)動(dòng)情況隨區(qū)域發(fā)生變化，其運(yùn)動(dòng)過程由幾種不同的運(yùn)動(dòng)階段組成?！咎貏e提醒】研究帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要明確各種不同力的性質(zhì)和特點(diǎn)；其次要正確地畫出其運(yùn)動(dòng)軌跡，再選擇恰當(dāng)?shù)囊?guī)律求解。一般情況下，電子、質(zhì)子、粒子等微觀粒子在復(fù)合場中所受的重力遠(yuǎn)小于電場力、磁場力，因而重力可以忽略，如果有具體數(shù)據(jù)，可以通過比較來確定是否考慮重力，在有些情況下需要由題設(shè)條件來確定是否考慮重力。求解帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)問題的一般步驟是：(1)選帶電粒子為研究對(duì)象；(2)對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析；(3)依據(jù)受力情況判定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)形式；(4)分析運(yùn)動(dòng)過程并結(jié)合力學(xué)規(guī)律列方程或畫圖象，然后求解。【典型例題】如圖所示，在直角坐標(biāo)系中，x軸水平，y軸豎直，x軸上方空間只存在重力場，第III象限存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場和垂直xy平面向里的勻強(qiáng)磁場，在第象限由沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小與第III象限存在的電場的場強(qiáng)大小相等一質(zhì)量為m，帶電荷量大小為q的質(zhì)點(diǎn)a，從y軸上y=h處的P1點(diǎn)以一定的水平速度沿x軸負(fù)方向拋出，它經(jīng)過x=2h處的P2點(diǎn)進(jìn)入第象限，恰好做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，又經(jīng)過y軸上方y(tǒng)=2h的P3點(diǎn)進(jìn)入第象限，試求：(1)質(zhì)點(diǎn)a到達(dá)P2點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向；(2)第III象限中勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度和勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??；(3)質(zhì)點(diǎn)a進(jìn)入第象限且速度減為零時(shí)的位置坐標(biāo)【答案】（1），方向與x軸負(fù)向夾角=45（2）；（3）（h，-h）【解析】粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示；（1）質(zhì)點(diǎn)在第象限中做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)初速度為v0，h=gt2，2h=v0t，解得：，在P2點(diǎn)，速度v的豎直分量為：，所以：，其方向與x軸負(fù)向夾角=45（2）帶電粒子進(jìn)入第象限做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，必有：mg=qE，解得：；又恰能過負(fù)y軸2h處，故P2P3為圓的直徑，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為：，由牛頓第二定律得：，解得：（3）帶電粒以大小為v，方向與x軸正向夾45角進(jìn)入第象限，所受電場力與重力的合力為：mg，方向與過P3點(diǎn)的速度方向相反，故帶電粒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度大小為a，由牛頓第二定律得：，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式得：02-v2=-2as，解得：，由此得出速度減為0時(shí)的位置坐標(biāo)是（h，-h）