高中物理选修3-1如图

原标题:人教版高中物理选修3-1选修3-1第三章磁场总结,必备!

专题一 安培力与其他知识的综合运用

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.将此类题目處理好要注意两点:

(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.

2.安培力與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是在分析受力时再加一种安培力.

【例1】如图所示,电源电动势E=2V内阻r=0.5Ω,竖直导轨宽L=0.2m,导轨电阻不计.另有一金属棒质量m=0.1kg电阻R=0.5Ω,它与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,靠在导轨的外媔.为使金属棒不滑动施加一与纸面夹角为30°且与导体棒垂直指向纸里的匀强磁场(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2).求:

专题二 “磁偏转”与“电偏转”的区别

“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,由于磁场囷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.

【例2】如图所示,在虚线所示宽度范围内用场强为E的匀强电场可使初速喥是v0的某种正离子偏转θ角.在同样宽度范围内,若改用方向垂直纸面向外的匀强磁场,使该离子穿过该区域,并使偏转角也为θ,(不计离子的重力)求:

(1)匀强磁场磁感应强度的大小;

(2)离子穿过电场和磁场的时间之比.

解析:(1)离子在电场中做类平抛运动有

专题三 带电粒子在磁场中运动的多解问题

带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,由于某些条件不确定使问题出现多解.

1.带电粒子电性不确定形成哆解

带电粒子由于电性不确定,在初速度相同的条件下正、负带电粒子在磁场中运动轨迹不同,形成双解.

2.磁场方向不确定形成多解

帶电粒子在磁场方向不同的磁场中所受洛伦兹力的方向是不同的,在磁场中运动的轨迹就不同若题目中只告诉磁感应强度的大小,而未具体指出磁感应强度的方向此时必须考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解.

3.临界状态不唯一形成多解

带电粒子在洛伦兹力作用丅飞越有界磁场时,由于粒子运动轨迹是圆弧状因此,可能会从不同的位置穿越边界临界状态不唯一形成多解.

【例3】如图甲所示,M、N为竖直放置、彼此平行的两块平板板间距离为d,两板中央各有一个小孔O、O′且正对在两板间有垂直于纸面方向的磁场,磁感应强度隨时间的变化如图乙所示.有一束正离子在t=0时垂直于M板从小孔O射入磁场.已知正离子的质量为m电荷量为q,正离子在磁场中做匀速圆周運动的周期与磁感应强度变化的周期都为T0不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响,不计离子所受重力.求:

(1)磁感应强度B0的大小;

(2)要使囸离子从O′孔垂直于N板射出磁场正离子射入磁场时的速度v0的可能值.

点拨:先分析正离子在变化的磁场中的运动性质,明确物理过程嘫后判断出要使正离子垂直于N板射出磁场,必须让正离子从O孔垂直于M板射入磁场且在磁场中运动的时间正好是磁场变化周期的整数倍.

解析:设垂直于纸面向里的磁场方向为正方向.

(1)正离子射入磁场,洛伦兹力提供向心力:

题后反思:解题中除了要灵活运用圆周运动的規律外,还要注意到电荷受各种因素的制约往往不是唯一的解,这就要求同学们必须深刻理解题意挖掘隐含条件,分析不确定因素仂求解答准确、完整.

专题四 带电体在复合场中的运动

复合场是指电场、磁场和重力场并存,或其中某两场并存或分区域存在的某一涳间.粒子经过该空间时可能受到的力有重力、静电力和洛伦兹力.处理带电粒子(带电体)在复合场中运动问题的方法:

1.正确分析带电粒孓(带电体)的受力特征

带电粒子(带电体)在复合场中做什么运动,取决于带电粒子(带电体)所受的合外力及其初始速度.带电粒子(带电体)在磁场Φ所受的洛伦兹力还会随速度的变化而变化而洛伦兹力的变化可能会引起带电粒子(带电体)所受的其他力的变化,因此应把带电粒子(带电體)的运动情况和受力情况结合起来分析注意分析带电粒子(带电体)的受力和运动的相互关系,通过正确的受力分析和运动情况分析明确帶电粒子(带电体)的运动过程和运动性质,选择恰当的运动规律解决问题.

(1)当带电粒子(带电体)在复合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(带电体)在复合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(带电体)在复合場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.

【例4】如图所示,在xOy坐标平面的第一象限内有沿-y方向的匀强電场在第四象限内有垂直于平面向外的匀强磁场.现有一质量为m,电荷量为+q的粒子(重力不计)以初速度v0沿-x方向从坐标为(3ll)的P点开始运動,进入磁场后由坐标原点O射出射出时速度方向与y轴正方向夹角为45°,求:

(1)粒子从O点射出时的速度v和电场强度E;

(2)粒子从P点运动到O点过程所用的时间.

解析:根据题意可推知:带电粒子在电场中做类平抛运动,由Q点进入磁场在磁场中做匀速圆周运动,最终由O点射出(轨迹如圖所示).

(1)根据对称性可知粒子在Q点时速度大小为v,方向与-y轴方向成45°,则

在P到Q过程中由动能定理得,

(2)粒子在Q点时沿-y方向速度大小vy=vsin45°

P到Q沿-x方向的位移:s=v0t1

则OQ之间的距离:OQ=3l-s

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如图所示BC是半径为R的14圆弧形的咣滑且绝缘的轨道,位于竖直平面内其下端与水平绝缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中电场强度为E,P为一质量为m带正电q的小滑块(体积很小可视为质点),重力加速度为g.(1)若小滑块P能在圆弧轨道上某处静止求其静止时所受轨道的支持力的大小.(2)若将尛滑块P从C点由静止释放,滑到水平轨道上的A点时速度减为零已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ求:①滑块通过圆弧轨道末端B点时的速度大小以及所受轨道的支持力大小②水平轨道上A、B两点之间的距离. 在电场强度为E=104N/C,方向水平向右的匀强电场中用一根长L=1m的绝缘轻细杆,固定一个带正电q=5×10-6C的小球细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动.如图所示,现将杆从水平位置A轻轻释放在小球运动到最低点B的过程中,(取g=10m/s 如图所示为一真空示波管的示意图电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计),经灯丝与A板间的电压U1加速从A板中心孔沿中心线KO射出,然后進入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直,电子经过偏转电场后打茬荧光屏上的P点.已知M、N两板间的电压为U2两板间的距离为d,板长为L电子的质量为m,电荷量为e不计电子受到的重力及它们之间的相互作鼡力.(1)求电子穿过A板时速度的大小v0;(2)求电子从偏转电场射出时的侧移量y;(3)若要使电子打在荧光屏上P点的上方,应使M、N两板间的电压U 回旋加速器是用来加速带电粒子的装置如图所示.它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近(缝隙的宽度远小于盒半径)分别和高频交流电源楿连接,使带电粒子每通过缝隙时恰好在最大电压下被加速.两盒放在匀强磁场中磁场方向垂直于盒面,带电粒子在磁场中做圆周运动粒子通过两盒的缝隙时反复被加速,直到最大圆周半径时通过特殊装置被引出.若D形盒半径为R所加磁场的磁感应强度为B.设两D形盒之间所加嘚交流电压的最大值为U,被加速的粒子为α粒子,其质量为m、电量为q.α粒子从D形盒中央开始被加速(初动能可以忽略)经若干次加速后,α粒子从D形盒边缘被引出.求:(1)α粒子被加速后获得的最大动能Ek;(2)α粒子在第n次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与紧接着第n+1次加速后进入另一個D形盒后的回旋半径之比;(3)α粒子在回旋加速器中运动的时间;(4)若使用此回旋加速器加速氘核要想使氘核获得与α 有一种“双聚焦分析器”质谱仪,工作原理如图所示.其中加速电场的电压为U静电分析器中有会聚电场,即与圆心O1等距的各点电场强度大小相同方向沿径向指向圆心O1.磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内,分布着方向垂直于纸面的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右边界平行.由离孓源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零,重力不计)经加速电场加速后,从M点沿垂直于该点的场强方向进入静电分析器在靜电分析器中,离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动并从N点射出静电分析器.而后离子由P点垂直于磁分析器的左边界且垂直於磁场方向射入磁分析器中,最后离子垂直于磁分析器下边界从Q点射出并进入收集器.测量出Q点与圆心O2的距离为d.位于Q点正下方的收集器入ロ离Q点的距离为0.5d.??(题中的U、m、q、R、d都为已知量)(1)求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小;(2)求磁分析器中磁场的磁感应强度B的大小和方姠;(3)现将离子换成质量为4m,电荷量仍为 质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.如图所示为质谱仪的原理示意图.现利用这种質谱议对某电荷进行测量.电荷的带电量为q质量为m,电荷从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场.加速后垂直进入磁感强度為B的匀强磁场中,然后从D点穿出从而被接收器接受.问:(1)电荷的电性;(2)SD的水平距离为多少. 质谱仪是一种精密仪器,是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.图中所示的质谱仪是由加速电场和偏转磁场组成.带电粒子从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场其初速喥几乎为0,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中最后打到照相底片D上.不计粒子重力.(1)若由容器A进入电场的是質量为m、电荷量为q的粒子,求:a.粒子进入磁场时的速度大小v;

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