【全优课堂】2014秋高中物理 第三章 磁场章末整合课件 粤教版选修3-1

章末整合1．通电导线在磁场中会受到安培力作用，由于安培力的方向与电流的方向、磁场的方向之间存在着较复杂的空间方位关系，因此要求学生有较强的空间想象力，并且善于把立体图改画成平面图．将此类题目处理好要注意两点：(1)分析安培力的方向应牢记安培力方向既跟磁感应强度方向垂直又跟电流方向垂直；(2)画出导体受力的平面图．通电导体在磁场中的运动问题2．安培力与以前各章节知识均能综合到一起，其分析与解决问题的方法与力学方法相同，只不过是在分析受力时再加一种安培力即可．(1)利用画出的平面图对导体棒进行详细的受力分析．分析安培力时如果F、B、I两两垂直，可根据左手定则判断安培力的方向，如果B和I不垂直，可把B进行正交分解，利用B1的方向判断出安培力的方向．(2)根据平衡条件或运动情况列方程求解．图3－1【例1】如图3－1(a)所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在磁感应强度为B方向竖直向下的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源，电路中有一阻值为R的电阻，其余电阻不计．将质量为m，长度为L的导体棒ab由静止释放，求导体棒在释放的瞬时加速度的大小．解析：对导体棒受力分析，画出侧面受力图如图(b)所示，导体棒受重力mg、支持力FN和安培力F，对力使用正交分解法，利用闭合电路欧姆定律和牛顿第二定律可求解．由闭合电路欧姆定律得：I＝ER＋r，①安培力F＝BIL，②沿斜面方向由牛顿第二定律得：ma＝mgsinθ－Fcosθ，③解①②③得：a＝gsinθ－BELmR＋rcosθ.答案：gsinθ－BELmR＋rcosθ“电偏转”和“磁偏转”分别是利用电场和磁场对运动电荷施加作用力，从而控制其运动方向，由于磁场和电场对电荷的作用具有不同的特征，使得两种偏转存在着差别．带电粒子的电磁偏转1．受力特征(1)“磁偏转”：质量为m，电荷量为q的粒子以速度v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，所受的磁场力(即洛伦兹力)f＝qvB与粒子的速度v有关，f所产生的加速度使粒子的速度方向发生变化，而速度方向的变化反过来又导致f的方向变化，f是变力．(2)“电偏转”：质量为m，电荷量为q的粒子以速度v0垂直射入电场强度为E的匀强电场中时，所受的电场力F＝Eq，与粒子的速度v0无关，F是恒力．2．运动规律(1)“磁偏转”：变化的f使粒子做匀速圆周运动，其运动规律分别从时间(周期)、空间(半径)两个侧面给出如下表达形式：T＝2πmBq，r＝mvqB.(2)“电偏转”：恒定的F使粒子做匀变速曲线运动，即“类平抛运动”，其运动规律分别沿垂直于和平行于电场的两个相互垂直的方向给出为：vx＝v0，x＝v0t；vy＝qEm·t，y＝12qEmt2.3．动能变化的差别在“磁偏转”中，由于f始终与粒子的运动速度垂直，所以其动能的数值保持不变，在“电偏转”中，由于电场力F做功，其动能发生变化．【例2】如图3－2所示，在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场，第三象限有沿y轴负方向的匀强电场，第四象限内无电场和磁场．质量为m、电荷量为q的粒子从M点以速度v0沿x轴负方向进入电场，不计粒子的重力，粒子经N、P最后又回到M点，设OM＝L，ON＝2L.图3－2(1)则电场强度E的大小等于()A.4mv20qLB.mv20qLC.mv202qLD.2mv20qL(2)匀强磁场的方向是________．(3)磁感应强度B的大小是多少？解析：(1)带电粒子在第三象限：L＝12·qEmt2，且2L＝v0t，则解得E＝mv202qL，选项C正确．(2)粒子带负电，由左手定则可知匀强磁场的方向为垂直纸面向里．(3)设粒子到达N点的速度为v，如图所示．设运动方向与x轴负方向的夹角为θ，由动能定理得：qEL＝12mv2－12mv20.将E代入可得v＝2v0，所以θ＝45°.粒子在磁场中做匀速圆周运动，经过P点时速度方向也与x轴负方向成45°角．则OP＝OM＝L，NP＝NO＋OP＝3L，粒子在磁场中的轨道半径为：R＝12NP1cos45°＝322L，又R＝mvqB，解得：B＝2mv03qL.答案：(1)C(2)垂直纸面向里(3)2mv03qL1．带电粒子在电场、磁场或重力场并存的复合场中运动分类：(1)若粒子所受的电场力、洛伦兹力和重力的合力为零，则粒子做匀速直线运动；(2)若粒子所受匀强电场的电场力和重力平衡，那么粒子在匀强磁场的洛伦兹力作用下有可能做匀速圆周运动；带电粒子在复合场中的运动问题(3)若粒子所受的电场力、洛伦兹力和重力的合力方向与速度方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，在这种情况下，虽然粒子的轨迹不是简单的曲线，但由于洛伦兹力不做功，重力和电场力做的功只由初末位置的高度差和电势差决定，所以一般应用动能定理或能量守恒定律来解会比较方便．2．应用举例：(1)电视机显像管中的电子束，先经过加速电场加速后，再进入磁场区进行偏转；(2)测比荷qm的质谱仪，先使待测粒子经过加速电场加速，再经过速度选择器，最后进入磁场进行偏转；(3)回旋加速器，通过电场和磁场交替作用，使带电粒子获得足够的能量．(4)磁流体发电机磁流体发电机就是利用等离子体来发电．在高温条件下(例如2000K)气体发生电离，电离后的气体中含有离子、电子和未经电离的中性粒子．因为正、负电荷的密度几乎相等，故从整体看来呈电中性，这种高度电离的气体就称为等离子体，也有人称它为“物质的第四态”．磁流体发电机原理如图3－3所示，其平面图如图3－4所示．图3－3图3－4(5)电磁流量计图3－5是电磁流量计的示意图．在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的a、b两点间的电动势E，就可以知道管中液体的流量Q——单位时间内流过的液体体积(m3/s)．图3－5(6)霍尔效应如图3－6所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．图3－6实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝kIBd，式中的比例系数k称为霍尔系数．霍尔效应可解释为：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的电场力，当电场力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．【例3】目前世界上正在研究的一种新型发电机叫做磁流体发电机．如图3－7，这种发电机与一般发电机不同，它可以直接把内能转化为电能，它的发电原理是：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)喷射入磁场，磁场中A、B金属板上会聚集电荷，产生电压，设A、B两平行金属板的面积为S，彼此相距L，等离子体气体的导电率为P(即电阻率的倒数)，喷入速度为v，板间磁感应强度B与气流方向垂直，与板相连的电阻的阻值为R.问流过R的电流I为多少？图3－7解析：电源电动势为外电路断开时电源两极间的电势差，当等离子体匀速通过A、B极板时，A、B两板间的电势差达到最大，设等离子体电荷量为q，则当等离子体匀速通过A、B两板时，有qvB＝qE，所以电源电动势为E势＝EL＝vBL.由电阻定律得电源内阻为r＝ρLS＝LPS.根据全电路欧姆定律，流过R的电流为I＝E势R＋r，故I＝vBLR＋LPS＝vBLPSL＋RPS.答案：vBLPSL＋RPS