2022-2023學(xué)年新教材高中物理第一章安培力與洛倫茲力章末小結(jié)課件新人教版選擇性必修第二冊(cè)

第一章安培力與洛倫茲力章

末

小

結(jié)方法歸納提煉進(jìn)考場(chǎng)練真題知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建IlBsinθ

垂直左手定則qvBsinθ

垂直左手定則Bdv

方法歸納提煉

一、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(chǎng)方向垂直時(shí)，F(xiàn)＝ILB；當(dāng)通電導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，F(xiàn)＝0；當(dāng)通電導(dǎo)體和磁場(chǎng)方向的夾角為θ時(shí)，F(xiàn)＝ILBsinθ。2．安培力的方向由左手定則判斷，安培力垂直于磁場(chǎng)的方向，也垂直于導(dǎo)線的方向，即安培力垂直于磁場(chǎng)和導(dǎo)線所決定的平面，但磁場(chǎng)與導(dǎo)線可以不垂直。3．通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的平衡和加速問題的分析思路(1)選定研究對(duì)象。(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I；如圖所示。(3)列平衡方程或牛頓第二定律方程進(jìn)行求解。(2021·河北承德第一中學(xué)高二月考)如圖所示，水平導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)＝0.5m，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)；導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m＝1kg，電阻R0＝0.9Ω，與導(dǎo)軌接觸良好；電源電動(dòng)勢(shì)E＝10V，內(nèi)阻r＝0.1Ω，電阻R＝4Ω；外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝5T，方向垂直于ab，與導(dǎo)軌平面成α＝53°角；ab與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，定滑輪摩擦不計(jì)，線對(duì)ab的拉力沿水平方向，重力加速度g取10m/s2，ab處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。求：例1(1)通過ab的電流大小和方向。(2)ab受到的安培力大小。(3)重物重力G的取值范圍。思路引導(dǎo)：(1)由閉合電路歐姆定律求解；(2)由安培力公式求解；(3)準(zhǔn)確畫出金屬棒的受力分析圖，根據(jù)物體的受力平衡條件求解。答案：(1)2A方向由a到b

(2)5N

(3)0.5N≤G≤7.5N二、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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)，如帶正電，其軌跡為a，如帶負(fù)電，其軌跡為b。2．磁場(chǎng)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(chǎng)，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)不唯一形成多解帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場(chǎng)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(chǎng)，部分是磁場(chǎng)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。

長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間，有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板間距離為L(zhǎng)，板不帶電。現(xiàn)在質(zhì)量為m、電量為q的正電粒子(不計(jì)重力)，從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在極板上，可采用的方法是

(

)A．使粒子的速度v<BqL/4mB．使粒子的速度v>BqL/4mC．使粒子的速度v>5BqL/4mD．使粒子的速度BqL/4m<v<5BqL/4m典例2AC

三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)并存或其中某兩種場(chǎng)并存的場(chǎng)，也可以指場(chǎng)分區(qū)域存在。1．三種場(chǎng)的比較

力的特點(diǎn)功和能的特點(diǎn)重力場(chǎng)大?。篏＝mg方向：豎直向下重力做功與路徑無關(guān)重力做功改變重力勢(shì)能

力的特點(diǎn)功和能的特點(diǎn)靜電場(chǎng)大小：F＝qE方向：正電荷受力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相同；負(fù)正電荷受力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)W＝qU電場(chǎng)力做功改變電勢(shì)能磁場(chǎng)洛倫茲力的大小：F＝qvB方向：符合左手定則洛倫茲力不做功，不改變電荷的動(dòng)能2．帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)并存的區(qū)域中，當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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。注意：①研究帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)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。②一般情況下，電子、質(zhì)子、α粒子等微觀粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的重力遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力、磁場(chǎng)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。3．求解帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題的一般步驟(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)律列方程或畫圖像，然后求解。

如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的坐標(biāo)系xOy，在其第三象限空間有沿水平方向的、垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.5T，還有沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E＝2N/C。在其第一象限空間有沿y軸負(fù)方向的、場(chǎng)強(qiáng)大小也為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，并在y>h＝0.4m的區(qū)域有磁感應(yīng)強(qiáng)度也為B的垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一個(gè)帶電荷量為q的油滴從圖中第三象限的P點(diǎn)得到一初速度，恰好能沿PO做勻速直線運(yùn)動(dòng)(PO與x軸負(fù)方向的夾角為θ＝45°)，并從原點(diǎn)O進(jìn)入第一象限。重力加速度g取10m/s2，問：典例3(1)油滴在第三象限運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力三力的大小之比，并指出油滴帶何種電荷；(2)油滴在P點(diǎn)得到的初速度大?。?3)油滴在第一象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。思路引導(dǎo)：(1)根據(jù)帶電油滴在復(fù)合場(chǎng)中作勻速直線運(yùn)動(dòng)可求出各力的大小關(guān)系及粒子的初速度。(2)由mg＝Eq可畫出帶電油滴的運(yùn)動(dòng)軌跡，繼而求運(yùn)動(dòng)時(shí)間。進(jìn)考場(chǎng)練真題

一、高考真題探析(2020·全國(guó)卷Ⅱ，24)如圖，在0≤x≤h，－∞<y<＋∞區(qū)域中存在方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小可調(diào)，方向不變。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子以速度v0從磁場(chǎng)區(qū)域左側(cè)沿x軸進(jìn)入磁場(chǎng)，不計(jì)重力。典題(1)若粒子經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后穿過y軸正半軸離開磁場(chǎng)，分析說明磁場(chǎng)的方向，并求在這種情況下磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值Bm；(2)如果磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，粒子將通過虛線所示邊界上的一點(diǎn)離開磁場(chǎng)，求粒子在該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與x軸正方向的夾角及該點(diǎn)到x軸的距離。思路引導(dǎo)：本題考查了帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；清楚粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡，并準(zhǔn)確找出圓心與半徑是解題關(guān)鍵。二、臨場(chǎng)真題練兵1.(2019·全國(guó)卷Ⅰ，17)如圖，等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成，固定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，線框頂點(diǎn)M、N與直流電源兩端相接。已知導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為F，則線框LMN受到的安培力的大小為 (

)A．2F

B．1.5F

C．0.5F

D．0B

2．(2020·天津卷，7)如圖所示，在Oxy平面的第一象限內(nèi)存在方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一帶電粒子從y軸上的M點(diǎn)射入磁場(chǎng)，速度方向與y軸正方向的夾角θ＝45°。粒子經(jīng)過磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后在N點(diǎn)(圖中未畫出)垂直穿過x軸。已知OM＝a，粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，重力不計(jì)。則

(

)AD

3．(2020·全國(guó)卷Ⅱ，17)CT掃描是計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)的簡(jiǎn)稱，CT掃描機(jī)可用于對(duì)多種病情的探測(cè)。圖甲是某種CT機(jī)主要部分的剖面圖，其中X射線產(chǎn)生部分的示意圖如圖乙所示。圖乙中M、N之間有一電子束的加速電場(chǎng)，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；經(jīng)調(diào)節(jié)后電子束從靜止開始沿帶箭頭的實(shí)線所示的方向前進(jìn)，打到靶上，產(chǎn)生X射線(如圖中帶箭頭的虛線所示)，將電子束打到靶上的點(diǎn)記為P點(diǎn)。則

(

)A．M處的電勢(shì)高于N處的電勢(shì)B．增大M、N之間的加速電壓可使P點(diǎn)左移C．偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向外D．增大偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可使P點(diǎn)左移答案：D

4．(2020·全國(guó)卷Ⅰ，18)一勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外，其邊界如圖中虛線所示，為半圓，ac、bd與直徑ab共線，ac間的距離等于半圓的半徑。一束質(zhì)量為m、電荷量為q(q＞0)的粒子，在紙面內(nèi)從c點(diǎn)垂直于ac射入磁場(chǎng)，這些粒子具有各種速