【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修2：第1章安培力与洛伦兹力本章整合课件

第1章本章整合知识网络·体系构建专题突破·归纳整合目录索引

知识网络·体系构建F=IlBsinθ,θ为B与I的夹角

左手定则

F=qvBsinθ,θ为B与v的夹角

左手定则

洛伦兹力始终与速度垂直,不做功

专题突破·归纳整合专题一安培力与力学知识的综合应用1.通电导线在磁场中的平衡和加速(1)首先把立体图画成易于分析的平面图,如侧视图、正视图或俯视图等。(2)确定导线所处磁场的方向,根据左手定则确定安培力的方向。(3)结合通电导线的受力分析、运动情况等,根据题目要求,列出平衡方程或牛顿第二定律方程求解。2.安培力做功的特点和实质(1)安培力做功与路径有关,不像重力、电场力做功与路径无关。(2)安培力做功的实质:起传递能量的作用。①安培力做正功:是将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能。②安培力做负功:是将其他形式的能转化为电能后储存或转化为其他形式的能。典例1

如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽为l。匀强磁场的磁感应强度为B。金属杆长为l,质量为m,水平放在导轨上。当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止。(1)这时B至少多大?B的方向如何?(2)若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?解析

(1)画出金属杆的截面图如图所示。由三角形法则得,只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小,B也最小。根据左手定则,这时B应垂直于导轨平面向上,大小满足BI1l=mgsin

α,(2)当B的方向改为竖直向上时,安培力的方向变为水平向右,要使金属杆保持静止,应使沿导轨方向的合力为零,得BI2lcos

α=mgsin

α,方法技巧

(1)注意把立体图改画为平面图。(2)对物体进行正确的受力分析,画受力分析图,特别注意安培力的方向。(3)利用平衡条件、牛顿运动定律、动能定理等列式求解。专题二通电导体在安培力作用下运动的判断四法1.电流元法:把整段通电导体等效为许多小段的直线电流元,用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判断整段通电导体所受合力方向。2.特殊位置法:把通电导体或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后,再判断安培力的方向。3.等效法:环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁,条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管,通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流。4.利用结论法(1)两通电导线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)两通电导线不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势。典例2

如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面。当线圈内通以图示方向的电流后,线圈的运动情况是(

)A.线圈向左运动B.线圈向右运动C.从上往下看顺时针转动D.从上往下看逆时针转动A解析

解法一

电流元法首先将线圈分成很多小段,每一小段可看作一直线电流元,取其中上、下两小段分析,其截面图和受到的安培力情况如图所示。根据对称性可知,线圈所受安培力的合力水平向左,故线圈向左运动。只有选项A正确。解法二

等效法将环形电流等效成小磁针,如图所示,根据异名磁极相互吸引可知,线圈将向左运动。也可将左侧条形磁铁等效成环形电流,根据结论“同向电流相互吸引,异向电流相互排斥”判断出线圈向左运动,选项A正确。专题三带电粒子在有界磁场中的运动带电粒子在有界匀强磁场中运动时的常见情形

直线边界(粒子进出磁场具有对称性)平行边界(粒子运动存在临界条件)圆形边界(粒子沿径向射入,再沿径向射出)典例3

如图所示,半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面),磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外。一电荷量为q(q>0)、质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域,射入点与ab的距离为

。已知粒子射出磁场时与射入磁场时运动方向间的夹角为60°,则粒子的速率为(不计重力)(

)BD专题四带电粒子在磁场中运动的临界极值问题典例5

如图所示,左右边界分别为PP'、QQ'的匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里。一个质量为m、电荷量为q的带负电粒子,沿图示方向以速度v0垂直射入磁场。欲使粒子不能从边界QQ'射出,粒子入射速度v0的最大值是(

)C方法技巧

带电粒子在磁场中运动的临界极值问题的分析方法借助半径R和速度v(或磁场B)之间的约束关系进行动态运动轨迹分析,确定轨迹圆和边界的关系,找出临界点,然后利用数学方法求解极值。注意:(1)刚好穿出或不穿出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)当速度v一定时,弧长(或弦长)越长,圆心角越大,则带电粒子在有界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。专题五带电粒子在组合场或叠加场中的运动1.带电粒子在组合场中的运动要依据粒子运动过程的先后顺序和受力特点辨别清楚在电场中做什么运动,在磁场中做什么运动。(1)带电粒子在匀强电场中的运动特点:①带电粒子沿平行于电场方向进入匀强电场时,做匀变速直线运动;②带电粒子沿垂直于电场方向进入匀强电场时,做类平抛运动。(2)带电粒子在匀强磁场中的运动特点:①当带电粒子(不计重力)的速度方向与磁场方向平行时,做匀速直线运动;②当带电粒子(不计重力)的速度方向与磁场方向垂直时,做匀速圆周运动。2.带电粒子在叠加场中的运动(1)当带电粒子在叠加场中做匀速运动时,根据平衡条件列方程求解。(2)当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时,往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程求解。(3)当带电粒子在叠加场中做非匀变速曲线运动时,常选用动能定理或能量守恒定律列方程求解。典例6

如图甲所示,一个质量为m、电荷量为q的圆环,可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动,细杆处于匀强磁场中,不计空气阻力,现给圆环向右的初速度v0,在以后的运动过程中的速度图像如图乙所示。则关于圆环所带的电性、匀强磁场的磁感应强度B和圆环克服摩擦力所做的功W,以下说法正确的是(重力加速度为g)(

)B典例7

如图所示,在竖直平面内建立直角坐标系xOy,其第一象限存在着正交的匀强电场和匀强磁场,电场强度的方向水平向右,磁感应强度的方向垂直纸面向里。一电荷量为+q、质量为m的微粒从原点出发,以与x轴正方向的夹角为45°的初速度进入复合场中,正好做直线运动,当微粒运动到A(l,l)时,电场方向突然变为竖直向上(不计电场变化的时间),微粒继续运动一段时间后,正好垂直于y轴穿出复合场。不计一切阻力,求:(1)电场强度E的大小;(2)磁感应强度B的大小;(3)微粒在复合场中运动的时间。解析

(1)微粒在到达A(l,l)之前做直线运动,受力分析如图甲所示,根据平衡条件,有qE=mg,解得

。典例8

(2023山东聊城二中期末)在图示区域中,y轴右方有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直纸面向里,大小为B,y轴左方有一匀强电场,该匀强电场的电场强度大小为E,方向与y轴夹角为45°斜向右上方。有一质子以速度v0由x轴上的P点沿x轴正方向射入磁场,质子在磁场中运动一段时间以后从Q点进入y轴左方的匀强电场区域