2024-2025版高中物理第三章磁场阶段提升课学案新人教版选修3-1

PAGE9-第三章磁场阶段提升课学问体系·思维导图考点整合·素养提升考点磁感应强度及磁感线的理解与应用1.磁感应强度的理解的几点留意:(1)磁感应强度由磁场本身确定,因此不能依据定义式B=认为B与F成正比,与IL成反比。(2)测量磁感应强度时小段通电导线必需垂直磁场放入,假如平行磁场放入,则所受安培力为零,但不能说该点的磁感应强度为零。(3)磁感应强度是矢量,其方向为放入其中的小磁针N极的受力方向,也是自由转动的小磁针静止时N极的指向。2.磁感线及特点:(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。(2)磁感线的疏密程度表示磁场强弱。(3)磁感线是闭合曲线,没有起点和终点。在磁体外部,从N极指向S极,在磁体内部,从S极指向N极。(4)磁感线是假想的曲线,不相交、不中断、不相切。3.磁感线的关键词转化:1.如图所示,在长直导线上通以电流I,在导线右侧放正三角形导线框,两者在同一竖直平面内,则有 ()A.线框ac边受到的安培力竖直向下B.线框bc边受到的安培力水平向右C.线框ac边受到的安培力竖直向上D.整个线框受到的安培力的合力为零【解析】选B。依据右手定则,在竖直导线右侧,磁感线垂直纸面对里,依据左手定则线框ac边受到的安培力垂直ac边向下,故A、C错误;依据左手定则,线框bc边受到的安培力水平向右,故B正确;因为通电导线四周的磁场随与导线的距离变远而变小,因此线圈所受合力水平向左,故D错误。2.(多选)彼此绝缘、相互交叉的两根通电直导线与闭合线圈共面,图中穿过线圈的磁通量可能为零的是 ()【解析】选A、D。由安培定则可得:A图线圈中I1和I2分别产生的磁场方向相反,A图中磁通量可能为零,A正确;B图线圈中,I2产生的磁通量为零,I1产生的磁通量垂直于纸面对外,所以线圈中磁通量不行能为零;C图中,两电流产生的磁通量都垂直于纸面对外,不行能为零,C错误;D图中,两电流产生的磁场方向相反,磁通量可能为零,D正确。考点1安培力作用下的力学问题1.通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路:(1)选定探讨对象。(2)变三维为二维,如侧视图、剖面图或俯视图等,并画出平面受力分析图,其中安培力的方向要留意F安⊥B、F安⊥I;如图所示。(3)列平衡方程或牛顿其次定律方程进行求解。2.安培力作用下的功能问题分析要点:(1)安培力做功与路径有关,这一点与电场力不同。(2)安培力做功的实质是能量转化。①安培力做正功时,将电源的能量转化为导体的机械能或其他形式的能。②安培力做负功时,将机械能转化为电能或其他形式的能。(3)解答时一般要用到动能定理与能量守恒定律。3.安培力关键词转化:1.(多选)质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的导轨上,导轨的宽度为d,导体棒ab与导轨间的动摩擦因数为μ。有电流时,ab恰好在导轨上静止,如图所示。图中的四个侧视图中,标出了四种可能的匀强磁场方向,其中导体棒ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是 ()【解析】选A、B。A图,导体棒受重力、水平向右的安培力和斜面给的支持力,若三个力平衡,则不受摩擦力,故A正确;B图,导体棒受重力、竖直向上的安培力,若重力与安培力相等,则二力平衡,不受摩擦力,故B正确;C图,导体棒受重力、竖直向下的安培力和斜面给的支持力,若不受摩擦力,导体棒不行能平衡,故C错误;D图,导体棒受重力、水平向左的安培力和斜面给的支持力,若不受摩擦力,导体棒不行能平衡,故D错误。2.(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中,与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动。当AB在外力F作用下向右运动时,下列说法中正确的是 ()A.导体棒CD内有电流通过,方向是D→CB.导体棒CD内有电流通过,方向是C→DC.磁场对导体棒AB的作用力向左D.磁场对导体棒CD的作用力向左【解析】选B、C。AB棒切割磁感线产生感应电流,依据右手定则可知,AB中感应电流的方向为B→A,则导体棒CD中的感应电流的方向为C→D,故A错误,B正确。由左手定则可知,磁场对导体棒AB的作用力向左,对导体棒CD的作用力向右,故C正确,D错误。考点2带电粒子在磁场中的运动1.理解洛伦兹力的四点留意:(1)正确分析带电粒子所在区域的合磁场方向。(2)推断洛伦兹力方向时,特殊区分电荷的正、负,并充分利用F⊥B、F⊥v的特点。(3)计算洛伦兹力大小时,公式F=qvB中,v是电荷与磁场的相对速度。(4)洛伦兹力对运动电荷(或带电体)不做功、不变更速度的大小,但它可变更运动电荷(或带电体)速度的方向,影响带电体所受其他力的大小,影响带电体的运动时间等。2.带电粒子在匀强磁场中的运动:3.带电粒子在匀强磁场中运动关键词转化:1.如图,虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场,P为磁场边界上的一点。大量相同的带电粒子以相同的速率经过P点,在纸面内沿不同方向射入磁场。若粒子射入速率为v1,这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周上;若粒子射入速率为v2,相应的出射点分布在三分之一圆周上。不计重力及带电粒子之间的相互作用,则v2∶v1为 ()A.∶2 B.∶1C.∶1 D.3∶【解析】选C。相同的带电粒子垂直匀强磁场入射,均做匀速圆周运动。粒子以速度v1入射,一端为入射点P,对应圆心角为60°(对应六分之一圆周)的弦PP′必为垂直该弦入射粒子运动轨迹的直径2r1,如图甲所示,设圆形区域的半径为R,由几何关系知r1=R。其他不同方向以v1入射的粒子的出射点在PP′对应的圆弧内。同理可知,粒子以速度v2入射及出射状况,如图乙所示。由几何关系知r2==R,可得r2∶r1=∶1。因为m、q、B均相同,由公式r=可得v∝r,所以v2∶v1=∶1。故选C。2.如图所示,质量为m、带电荷量为+q的滑块,沿绝缘斜面匀速下滑,当滑块滑至竖直向下的匀强电场区域时,滑块的运动状态为 ()A.接着匀速下滑B.将加速下滑C.将减速下滑D.上述三种状况都有可能发生【解析】选A。设斜面的倾角为θ,滑块没有进入电场时,依据平衡条件得mgsinθ=fN=mgcosθ又f=μN得到mgsinθ=μmgcosθ,即有sinθ=μcosθ当滑块进入电场时,设滑块受到的电场力大小为F。依据正交分解得到滑块受到的沿斜面对下的力为(mg+F)sinθ,沿斜面对上的力为μ(mg+F)cosθ,由于sinθ=μcosθ,所以(mg+F)sinθ=μ(mg+F)cosθ,即受力仍平衡,所以滑块仍做匀速运动。考点3带电粒子在组合场与复合场中的运动1.带电粒子在组合场中运动:(1)四种常见的运动模型。①带电粒子先在电场中做匀加速直线运动,然后垂直进入磁场做圆周运动,如图:②带电粒子先在电场中做类平抛运动,然后垂直进入磁场做圆周运动,如图:③带电粒子先在磁场中做圆周运动,然后垂直进入电场做类平抛运动,如图:④带电粒子先在磁场Ⅰ中做圆周运动,然后垂直进入磁场Ⅱ做圆周运动,如图:(2)三种常用的解题方法。①带电粒子在电场中做加速运动,依据动能定理求速度。②带电粒子在电场中做类平抛运动,须要用运动的合成和分解处理。③带电粒子在磁场中的圆周运动,可以依据磁场边界条件,画出粒子轨迹,用几何学问确定半径,然后用洛伦兹力供应向心力和圆周运动学问求解。2.带电粒子在叠加场中运动:(1)叠加场:电场、磁场、重力场中的两者或三者在同一区域共存,就形成叠加场。(2)带电体在叠加场中运动的几种状况。如图所示,匀强磁场垂直于纸面对里,匀强电场竖直向下。一带负电粒子从左边沿水平方向射入复合场区域。①若考虑重力,且mg=Eq,则粒子做匀速圆周运动。②若不计重力,且qvB=Eq,则粒子做匀速直线运动。③若不计重力,且qvB≠Eq,则粒子做变加速曲线运动。3.临界问题关键词转化:1.如图所示的坐标系中,第一象限存在与y轴平行的匀强电场,场强方向沿y轴负方向,其次象限存在垂直纸面对里的匀强磁场。P、Q两点在x轴上,Q点横坐标是C点纵坐标的2倍。一带电粒子(不计重力)若从C点以垂直于y轴的速度v0向右射入第一象限,恰好经过Q点。若该粒子从C点以垂直于y轴的速度v0向左射入其次象限,恰好经过P点,经过P点时,速度方向与x轴正方向成90°角,则电场强度E与磁感应强度B的比值为 ()A.v0B.v0C.v0D.v0【解析】选B。画出粒子运动轨迹如图所示;O点为粒子在磁场中运动轨迹的圆心;则∠POC=90°,粒子在磁场中做圆周运动的半径为r=,OC=r,粒子在电场中做类平抛运动,有:OQ=2OC=2r,粒子在电场中运动的时间为t===,OC=at2=××t2,联立解得E=Bv0,因此E∶B=,故B正确。2.(多选)如图所示,一根水平光滑的绝缘直槽轨连接一个竖直放置的半径为R=0.50m的绝缘光滑圆槽轨。槽轨处在垂直纸面对外的匀强磁场中,磁感强度B=0.5T,有一质量为m=0.10g的带正电的电量为q=1.6×10-3C的小球在水平轨道上向右运动,小球恰好能通过光滑圆槽轨的最高点,重力加速度g取10m/s2,则下列说法正确的是 ()A.小球在最高点只受到洛仑兹力和重力的作用B.小球在最高点时受到的洛仑兹力为1×10-3NC.小球到达最高点的线