第一章安培力与洛伦磁力+知识点总结 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册_第1页
第一章安培力与洛伦磁力+知识点总结 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册_第2页
第一章安培力与洛伦磁力+知识点总结 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册_第3页
第一章安培力与洛伦磁力+知识点总结 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册_第4页
第一章安培力与洛伦磁力+知识点总结 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册_第5页
已阅读5页,还剩15页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

2/2新教材鲁科版2019版物理选择性必修第二册第1章知识点清单目录第1章安培力与洛伦兹力第1节安培力及其应用第2节洛伦兹力第3节洛伦兹力的应用第1章安培力与洛伦兹力第1节安培力及其应用一、安培力1.安培力:磁场对通电导线的作用力。2.方向判断——左手定则如图所示,伸开左手,拇指与其余四指垂直,且都与手掌在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电流的方向,此时拇指所指的方向即为安培力的方向。3.安培力的大小(1)通电直导线电流方向与磁场方向平行时,导线所受安培力为零。(2)在匀强磁场中,电流方向与磁场方向垂直时,通电直导线受到的安培力F=IlB。(3)在匀强磁场中,电流方向与磁场方向成θ角时,通电导线受到的安培力F=IlBsinθ。二、安培力的应用1.电动机、多用电表等的使用过程中,安培力都在发挥作用。2.电流计(1)电流计的构造:U形磁铁、线圈、游丝、指针、圆柱形铁芯、铝框。(2)电流计的原理:当电流流入线圈时,线圈受安培力作用而转动,使游丝扭转形变,从而对线圈的转动产生阻碍。当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时,指针便停留在某一刻度。电流越大,安培力越大,指针偏转的角度越大,而通过指针的偏转角度便可知道电流的大小。三、安培力的方向判断与大小计算1.安培力方向的特点(1)当电流方向跟磁场方向垂直时,安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直。应用左手定则判断时,磁感线从掌心垂直进入,拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直。(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直于电流方向,也垂直于磁场方向。应用左手定则判断时,拇指与四指、拇指与磁感线均垂直,但磁感线与四指不垂直,磁感线从掌心进入即可。2.安培力大小(1)如图甲,通电导线与磁场方向垂直,此时安培力最大,F=IlB。(2)如图乙,通电导线与磁场方向平行,此时不受安培力作用。(3)如图丙,通电导线与磁场方向成θ角,此时可以分解磁感应强度,如图丁所示,于

是有安培力大小为F=IlBsinθ,这是一般情况下安培力的表达式。(4)F=IlBsinθ适用于匀强磁场中的通电直导线,求通电的弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时,l为有效长度,即导线两端点所连的线段长度,相应的电流方向沿线段由始端指向末端,如图中虚线所示。四、安培力作用下导体运动方向的判断内容实例分析电流元法把整段导线分成很多段电流元,先用左手定则判断出每段电流元所受安培力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,最后确定运动方向。注意一般取对称的电流元分析 判断能自由移动的导线运动情况 把通电导线等效为AO、BO两段电流元,蹄形磁铁周围的磁感线分布以及两段电流元受安培力方向如图。可见,导线将沿逆时针方向(俯视)转动特殊位置法根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向,判断其运动方向,然后推广到一般位置 用导线转过90°的特殊位置(如图所示的位置)来分析,判断出安培力方向向下,故导线在逆时针转动的同时向下运动等效分析法环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁),条形磁铁也可等效成环形电流,通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁判断环形电流受到的安培力方向 把环形电流等效成如图所示右边的条形磁铁,可见两条形磁铁相互吸引,不会有转动。环形电流受到的安培力方向向左结论法(1)两直线电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥;(2)两直线电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势判断光滑杆上的同向电流的运动方向同向电流相互吸引,两个环形电流会相互靠拢转换研究对象法定性分析磁体在电流产生的磁场中所受安培力方向时,可先分析电流在磁体磁场中所受安培力方向,然后再根据牛顿第三定律判断磁体所受安培力方向判断图中所示磁铁受到的地面摩擦力方向 电流受到的磁铁的作用力方向如图所示,由牛顿第三定律知通电导线对磁铁的作用力方向斜向右下方。可知地面对磁铁的摩擦力方向向左五、安培力作用下的平衡问题1.模型特点通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型,该模型一般由倾斜导轨、导体棒、匀强磁场、电源和电阻等组成。这类题目的难点是题图具有立体性,各力的方向不易确定。因此解题时一定要先把立体图转化成平面图,通过受力分析建立各力的平衡关系,如图所示。2.解题思路第2节洛伦兹力一、磁场对运动电荷的作用1.洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力叫作洛伦兹力。2.洛伦兹力的大小(1)电荷的速度方向与磁场方向平行时,所受到的洛伦兹力为零。(2)在磁感应强度为B的匀强磁场中,电荷量为q的电荷以速度v垂直于磁场的方向

运动时,所受到的洛伦兹力f=qvB。(3)在磁感应强度为B的匀强磁场中,如果电荷运动的方向与磁场方向夹角为θ,所

受到的洛伦兹力f=qvBsinθ。二、从安培力到洛伦兹力1.公式推导通电直导线垂直于磁场放置,设导线的横截面积为S,导线中单位体积内所含自由电子数为n,电子的电荷量大小为e,自由电子定向移动的平均速率为v,截取一段长度为l=vΔt的导线,这段导线中所含有的自由电子数为N,则N=nSl=nSvΔt。 在Δt时间内,通过导线横截面的电荷量为Δq=neSvΔt。通过导线的电流为I=ΔqΔt=neSv这段导线所受到的安培力F=IlB=neSv2BΔt。每个自由电子所受到的洛伦兹力f=FN=evB2.洛伦兹力的方向用左手定则判定:伸出左手,拇指与其余四指垂直,且都与手掌处于同一平面

内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所指的方向就

是正电荷所受洛伦兹力的方向。负电荷的受力方向与正电荷的相反。三、带电粒子在匀强磁场中的运动1.洛伦兹力不对运动电荷做功,它不改变运动电荷的速率,只改变运动电荷的运动

方向。2.带电粒子垂直进入匀强磁场中的运动(1)运动性质:匀速圆周运动。(2)向心力:由洛伦兹力提供。(3)半径:r=mvqB(4)周期:T=2πrv=2πm四、对洛伦兹力的理解极光出现于星球的高磁纬地区上空,是一种绚丽多彩的发光现象。而地球的极光是来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流(太阳风)使高层大气分子或原子激发(或电离)而产生的。由于地磁场的作用,这些高能带电粒子以螺旋运动方式趋近于地磁的南北两极,所以极光常见于高磁纬地区。极光产生的条件有三个:大气、磁场、高能带电粒子。这三者缺一不可。极光不只在地球上出现,太阳系内的其他一些具有磁场的行星上也有极光。1.决定洛伦兹力方向的三个因素电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向。三个因素决定洛伦兹力的方向,如果只让一个因素相反,则洛伦兹力方向必定相反;如果同时让两个因素相反,则洛伦兹力方向将不变。2.F、B、v三者方向之间的关系电荷运动方向和磁场方向之间没有因果关系,两者关系是不确定的。电荷运动方向和磁场方向决定洛伦兹力方向,F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v所决定的平面。3.洛伦兹力的特点洛伦兹力总与电荷的运动方向垂直,故洛伦兹力永不做功,它只改变电荷运动方向,不改变电荷速度大小。4.洛伦兹力与安培力的区别和联系区别联系①洛伦兹力是指单个运动电荷所受到的磁场力,安培力是指电流(即大量定向移动的电荷)所受到

的磁场力;②洛伦兹力永不做功,安培力可以做功①安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观解释;②大小关系:F安=NF洛(N是导体中定向运动的电荷数);③方向关系:洛伦兹力与安培力的方向特点一致,均可用左手定则进行判断5.洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力F洛电场力F电性质磁场对在其中运动的电荷的作用力电场对放入其中的电荷的作用力产生条件v≠0且v与B不平行电场中的电荷一定受到电场力作用大小F洛=qvB(v⊥B)F电=qE力方向与场方向的关系F洛⊥B正电荷所受电场力方向与电场方向相同,负电荷所受电场力方向与电场方向相反做功情况任何情况下都不做功可能做正功、负功,也可能不做功力为零时场的情况F洛为零时,B不一定为零F电为零时,E一定为零作用效果只改变电荷运动的速度方向,不改变速度大小既可以改变电荷运动的速度大小,也可以改变电荷运动的方向五、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动1.带电粒子在匀强磁场中的运动分析带电粒子垂直进入匀强磁场中,只受洛伦兹力作用,洛伦兹力提供粒子做匀速圆周运动的向心力,运动半径r=mvqB,运动周期T=2πm(1)圆心的确定方法一:若已知粒子轨迹上的两点的速度方向,则可根据洛伦兹力F⊥v,分别确定两点处洛伦兹力F的方向,其延长线的交点即圆心,如图甲。方法二:若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向,则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线,中垂线与过已知点速度方向的垂线的交点即圆心,如图乙。(2)半径的确定和计算利用平面几何关系,求出该圆的可能半径(或圆心角),求解时注意以下几何特点:粒子速度的偏向角(φ)等于圆心角(α),并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图),即φ=α=2θ=ωt。(3)运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为T,当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α

时,其运动时间可由下式表示:t=α360°T或t=α2πT,t=2.常见运动轨迹的确定(1)直线边界:粒子从直线边界进出磁场,速度与边界的夹角相等,如图甲所示。甲(2)平行边界:常见情景如图乙所示。经常出现粒子恰好从磁场另一侧飞出(或恰好飞不出)的临界问题。乙丙(3)圆形边界:沿径向射入的带电粒子必沿径向射出,如图丙所示。六、带电粒子在组合场中的运动1.组合场组合场指电场与磁场各位于一定的区域内的情况。带电粒子在组合场中的运动,实际上是几个典型运动的组合,解决此类问题要分段处理,找出各段之间的衔接点和相关物理量。2.电偏转与磁偏转电偏转磁偏转偏转条件垂直电场方向进入匀强电场(不计重力)垂直磁场方向进入匀强磁场(不计重力)受力情况电场力F电=qE,大小和方向都不变洛伦兹力F洛=qvB,大小不变,方向始终和v垂直运动类型类平抛运动匀速圆周运动运动轨迹抛物线圆或圆弧运动图示  3.解决带电粒子在组合场中运动问题的思路、方法七、带电粒子(物体)在叠加场中的运动1.洛伦兹力、重力并存(1)若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动。(2)若重力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒。2.电场力、洛伦兹力并存(不计重力)(1)若电场力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动。(2)若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电体做复杂的曲线运动,可用动能定理求解。3.电场力、洛伦兹力、重力并存(1)若三力平衡,带电体做匀速直线运动。(2)若重力与电场力平衡,带电体做匀速圆周运动。(3)若合力不为零,带电体可能做复杂的曲线运动,可用能量守恒定律或动能定理求解。4.带电粒子在叠加场中运动的处理方法(1)确定叠加场的种类:电场、磁场、重力场两两叠加,或三者叠加。(2)进行受力分析:一般涉及三种场力(电场力、磁场力、重力)、弹力、摩擦力。(3)运动分析:根据带电粒子的受力情况,判断其运动状态,是做匀速直线运动、匀速圆周运动、匀变速直线运动还是非匀变速直线运动、非匀变速曲线运动。(4)利用运动学公式、牛顿第二定律、功能关系分析①力和运动的角度:根据带电粒子所受的力,运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解,必要时进行运动的合成与分解,如类平抛运动。②功能的角度:根据场力及其他外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系解决问题,这条线索不仅适用于均匀场,也适用于非均匀场,因此要熟悉各种力做功的特点。八、带电粒子在匀强磁场中运动的临界问题1.分析临界极值问题常用的四个结论(1)刚好不能穿出匀强磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。(2)当速率v一定时,弧长越长,圆心角越大,带电粒子在有界匀强磁场中运动的时间越长。(3)当速率v变化时,圆心角大的,运动时间长,解题时一般要根据受力情况和运动情况画出运动轨迹的草图,找出圆心,根据几何关系求出半径及圆心角等。(4)在圆形匀强磁场中,当运动轨迹圆半径大于区域圆半径时,则当入射点和出射点分别为圆形匀强磁场的同一直径的两个端点时,轨迹对应的偏转角最大(所有的弦长中直径最长)。2.处理临界问题常用的两种方法解决带电粒子在匀强磁场中运动的临界问题,关键在于运用动态思维,寻找临界状态(一般是粒子运动轨迹与磁场边界相切或轨迹半径达到最大),常用方法如下:(1)动态放缩法:定点粒子源发射速度大小不同、方向相同、比荷和电性都相同的粒子,粒子速度越大,粒子运动轨迹的半径就越大,运动轨迹的圆心在垂直初速度方向的直线上。(2)旋转平移法:定点粒子源发射速度大小相等、方向不同、比荷和电性都相同的粒子,运动轨迹的圆心在以入射点为圆心,半径为R=mvqB九、带电粒子在磁场中运动的多解问题1.多解的原因原因特点图例带电粒子电性不确定受洛伦兹力作用的带电粒子,可能带正电,也可能带负电,在相同的初速度条件下,正、负粒子在磁场中运动轨迹不同,形成多解 如图,带电粒子以速度v垂直进入匀强磁场,若带正电,其轨迹为a,若带负电,其轨迹为b磁场方向不确定有些题目只告诉了磁感应强度的大小,而未具体指出磁感应强度的方向,此时由于磁感应强度方向不确定形成多解如图,带正电粒子以速度v垂直进入匀强磁场,若B垂直纸面向里,其轨迹为a,若B垂直纸面向外,其轨迹为b速度不确定有些题目只指明了带电粒子的电性,但未具体指出速度的大小或方向,此时要考虑由于速度的不确定而形成的多解 如图,两磁场的磁感应强度大小均为B,带正电的粒子从M运动到N,速度大小不确定,故其轨迹有多种可能,造成了多解运动的周期性带电粒子在电场和磁场的组合场空间运动时,运动往往具有往复性,从而形成多解 如图,带负电的粒子从O点沿y轴正方向射入匀强磁场后,在磁场和电场中做周期性运动2.解决多解问题的思路第3节洛伦兹力的应用一、显像管1.利用电场改变带电粒子的运动方向称为电偏转。2.利用磁场改变带电粒子的运动方向称为磁偏转。3.显像管运用的是电子束的磁偏转原理。二、质谱仪1.功能:质谱仪是一种分离和检测同位素的仪器。2.原理图3.工作原理带电粒子在电场中加速:qU=12mv2带电粒子在磁场中偏转:x2=mv带电粒子的比荷:qm=8U由此可知,带电粒子的比荷与偏转距离x的平方成反比,凡是比荷不相等的粒子都被分开,并按比荷的大小顺序排列。三、回旋加速器1.主要构造:两个金属D形盒。2.工作原理(1)磁场作用:带电粒子垂直磁场方向射入磁场时,只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,其周期与速率和半径都无关。(2)交变电压的作用:在两D形盒狭缝间产生周期性变化的电场,使带电粒子每经过狭缝就加速一次。(3)交变电压的周期(或频率):与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期(或频率)相等。四、质谱仪的工作原理质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。现以下图为例说明其结构和工作原理。(1)容器A中含有大量电荷量相同而质量有微小差别的带电粒子,从下方小孔S1飘出时,这些带电粒子的初速度可认为都为零。(2)对某个质量为m、电荷量为q的带电粒子进行分析:经过S1和S2之间电势差为U的电场加速后,由qU=12mv2可求得其从S2射出时的速度为v=2qUm。该粒子进入磁场后,在洛伦兹力作用下做圆周运动。由qvB=mv2r可求得其轨迹半径r=mvqB2(3)由r的表达式可知,电荷量相同而质量不同的带电粒子将沿不同轨迹做圆周运动,经过半个圆周打在照相底片D上的不同位置,质量越大的带电粒子轨迹半径越大,质量越小的轨迹半径越小。a.如果已知q、U、B2,又测出其半径r,可求得带电粒子的质量m=qB比荷qm=2Ub.对质量有微小差别的同位素,因q相同、m不同,也可区别、分离出来。在底片上形成的若干谱线状的细条,称为质谱线。五、回旋加速器的工作原理1.交变电压的周期带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T=2πmqB,与速率、半径均无2.带电粒子的最终能量由r=mvqB知,当带电粒子的运动半径最大时,其速度也最大,若D形盒半径为则带电粒子的最终速度vm=BqRm,最终动能Ekm=q3.粒子被加速次数的计算

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论