2017-2018學年高中物理第三章磁場章末分層突破學案教科版選修3-1

1、|鞏固層知識整臺第三章磁場章末分層突破產(chǎn)生:存在于 .或.周圄的一種將殊物質(zhì)對處衣盛屈中的 . _ _ （電淹性朋有力林用一意史;裏征的物理儘強度定交式;定凰福述|理象描述1磁體2電流外部方向：一內(nèi)部方向：皿-電疏險場安堵定則大小:_唧,j抑洛論力方向:由利斷特乩格倫慈力對電荷 S 撒功E不撒功）23磁體4運動電荷5磁場強弱和方向6B=IF（B丄L）小磁針 N 極的受力方向=BS（B丄S）NHS?F=ILBsin0?B與I的夾角?左手定則?F=qvBsin0?B與v的夾角?左手定則拇升層能力強化帶電粒子在有界磁場中的運動（2）平行邊界（不同情況下從不同邊界射出，存在臨界條件，如圖3-2 所示）

2、i.幾種常見情景圖 3-132 兩類典型問題臨界問題： 解決此類問題的關(guān)鍵是找準臨界點， 找臨界點的方法是以題目中的“恰 好”“最大”“至少”等詞語為突破點，挖掘隱含條件，分析可能的情況，必要時畫出幾個不同半徑的軌跡，這樣就能順利地找到臨界條件.(2)多解問題：造成多解問題的常見原因有帶電粒子電性的不確定、磁場方向的不確定、臨界狀態(tài)不唯一、運動的周期性等.解答這類問題的關(guān)鍵是認真分析物理過程，同時考慮問題要全面，不要漏解.3.注意的問題分析帶電粒子在有界磁場中的運動問題應(yīng)抓住解決問題的基本思路，即找圓心、求 半徑、確定圓心角并利用其對稱性，結(jié)合磁場邊界，畫出粒子在有界磁場中的軌跡.(2) 帶電

3、粒子在有界磁場中的對稱性或臨界情景1帶電粒子在一些有界磁場中的圓周運動具有對稱性，是指從某一邊界射入又從同一邊界射出時，粒子的速度方向與邊界的夾角相等，或在圓形磁場區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出.2剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切.(3) 當速度v一定時， 弧長越長， 軌道對應(yīng)的圓心角越大， 帶電粒子在有界磁場中運動 的時間越長.例 n (多選)如圖 3-4 所示，左右邊界分別為PP、QQ的勻強磁場的寬度為d,磁 感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙面向里.一個質(zhì)量為m電荷量為q的微觀粒子，沿圖示方向以速度V。垂直射入磁場.欲使粒子不能從邊界QQ射出，粒子入射速度V

4、。的最大值可能是()(a)(h)圖 3-24C 2-羽B(yǎng)qd-、mv【解析】 粒子射入磁場后做勻速圓周運動，由R=，知，粒子的入射速度V0越大，RqB復合場一般包括重力場、電場和磁場三種場的任意兩種場復合或三種場復合.2.分析帶電粒子的受力及運動特征（1）帶電粒子在復合場中做什么運動，取決于帶電粒子所受的合外力及其初始狀態(tài)的速度，因此應(yīng)把帶電粒子的運動情況和受力情況結(jié)合起來進行分析，當帶電粒子在復合場中所受合外力為零時，做勻速直線運動（如速度選擇器）. 當帶電粒子所受的重力與電場力等值反向、洛倫茲力提供向心力時，帶電粒子在垂4心X：aI:X X；圖 3-4A.BqdB.? + .2 BqdmD

5、V2Bqd2mQQ射出，此時其入射速度V。應(yīng)為t j最 大 越大，當粒子的徑跡和邊界QQ相切時，粒子剛好不從=R，將R=器代入上式得vo圖（b）所示（此時圓心為 O點），容易看出 R?+ R?cosd,將2 qB代入上式得vo=m5直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動.（3）當帶電粒子所受的合外力是變力，且與初速度方向不在一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運動，這時粒子的運動軌跡既不是圓弧， 也不是拋物線.由于帶電粒子可能連續(xù)通 過幾個情況不同的復合場區(qū)， 因此粒子的運動情況也發(fā)生相應(yīng)的變化， 其運動過程可能由幾 種不同的運動階段組成.3.選用力學規(guī)律（1）當帶電粒子（帶電體）在復合場中做勻速運動時，

6、根據(jù)平衡條件列方程求解.（2）當帶電粒子（帶電體）在復合場中做勻速圓周運動時， 往往同時應(yīng)用牛頓第二定律和 平衡條件列方程求解.當帶電粒子（帶電體）在復合場中做非勻變速曲線運動時，常選用動能定理或能量守 恒定律列方程求解.4.帶電粒子在勻強電場和勻強磁場中偏轉(zhuǎn)的區(qū)別以初速度vo沿x方向從坐標為（31,1）的P點開始運動，接著進入磁場后由坐標原點O射【導學號：96322070】* * S爲垂直電場線進入勻強電場（不計重力）垂直磁感線進入勻強磁場（不計重力）受力情況恒力F=Eq大小、方向不變洛倫茲力F=Bqv大小不變，方向隨v而改變運動類型類似平拋運動勻速圓周運動或其一部分運動軌跡拋物線圓或圓的一

7、部分求解方法處理例橫向偏移y和偏轉(zhuǎn)角0要通過類似平拋運動的規(guī)律求解橫向偏移y和偏轉(zhuǎn)角0要結(jié)合圓的幾何關(guān)系通過圓周運動的討論求解如圖 3-5 所示，在xOy坐標平面的第一象限內(nèi)有沿一y方向的勻強電場，在第四象限內(nèi)有垂直于平面向外的勻強磁場.現(xiàn)有一質(zhì)量為m電荷量為+q的粒子（重力不計）出，射出時速度方向與y軸正方向夾角為45，求:6圖 3-57(1) 粒子從O點射出時的速度v和電場強度E；(2) 粒子從P點運動到O點的過程所用的時間.【解析】 根據(jù)題意可推知：帶電粒子在電場中做類平拋運動，由Q點進入磁場，在磁場中做勻速圓周運動，最終由O點射出(軌跡如圖所示).(1)根據(jù)對稱性可知，粒子在vcos

8、45 =V0即v= 2V0在P到Q過程中有y軸方向成 45,則有1212qEI= mv-qmv2由解得E=券粒子在Q點時沿一y方向的速度大小Vy=vsin 45P到Q的運動時間vyvyt1=a qEmP到Q沿一x方向的位移為 則OC之間的距離為OQ=3l粒子在磁場中的運動半徑為s=Vot1粒子在磁場中的運動時間r，則有.、2r=OQ粒子由P到Q的過程中的總時間t=t1+t22.一mv【答案】(1) 2v0亦(2) 2+-4 -k 4 .0卜例困如圖 3-6 所示，xOy在豎直平面內(nèi).x軸下方有勻強電場和勻強磁場.電場強度為E,方向豎直向下；磁感應(yīng)強度為B,方向垂直紙面向里.將一個帶電小球從y軸

9、上P(0,h)點以初速度v0豎直向下拋出.小球穿過x軸后，恰好做勻速圓周運動.不計空氣阻力, 已知重力加速度為g.求：89(1)判斷小球帶正電還是帶負電;(2)小球做圓周運動的半徑;【解析】(1)小球穿過x軸后恰好做勻速圓周運動有qE=mg故小球帶負電. 畫出帶電小球的運動軌跡如圖所示.設(shè)小球經(jīng)過0點時的速度為v, 從P到0,有v2=V0+ 2gh從0到A,根據(jù)牛頓第二定律2vqvB=mrgBv=vo+gti從0到A,小球第二次經(jīng)過x軸，所用時間為t2,則2nr2nm TnEv qB，22gB所以t=ti+t2=v0+ 妙vonE_+gB.【答案】(1)負電Ev0+ 2ghgBv2+2ghv+

10、 ngBI語通關(guān)(3)小球從P點出發(fā)，到第二次經(jīng)過x軸所用的時間.(3)從P到0,小球第一次經(jīng)過x軸，所用時間為ti,則101 電子、質(zhì)子、a 粒子等一般不計重力，帶電小球、液滴等帶電顆粒一般要考慮重 力作用2 對于粒子連續(xù)通過幾個不同場的問題，要分階段進行處理，并注意相鄰階段的關(guān) 聯(lián)量，如速度、位移、時間等；i 對于臨界問題，要挖掘隱含條件，并列出輔助方程，再聯(lián)立其他方程求解垢展層典題鏈接1.中國宋代科學家沈括在 夢溪筆談中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也.”進一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖3-7.結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是（）【導學

11、號：96322071】圖 3-7A. 地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B. 地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近 *C. 地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D. 地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用T【解析】 由“常微偏東，不全南也”和題圖知，地理南、北極與地磁場的南、北極不重合，地磁的南極在地理北極附近，地球是一個巨大的磁體，因此地球內(nèi)部也存在磁場，故 選項 A、B 的說法正確.從題圖中磁感線的分布可以看出，在地球表面某些位置（如南極、北極附近）磁感線不與地面平行，故選項C 的說法不正確.宇宙射線粒子帶有電荷，在射向地球赤道時，運動方向與地磁場方向不平行，因此會受

12、到磁場力的作用， 故選項 D 的說法正確.【答案】 C2.一圓筒處于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，磁場方向與筒的軸平行，筒的橫截面如圖 3-8 所示.圖中直徑MN的兩端分別開有小孔，筒繞其中心軸以角速度3順時針轉(zhuǎn)動.在該截面內(nèi)，一帶電粒子從小孔M射入筒內(nèi)，射入時的運動方向與MN成 30角.當筒賤題幣接綜含提升 4111轉(zhuǎn)過 90時，該粒子恰好從小孔N飛出圓筒.不計重力.若粒子在筒內(nèi)未與筒壁發(fā)生碰撞，12則帶電粒子的比荷為（）【答案】 A3現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖3-9 所示，其中加速電壓恒定.質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場.

13、若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應(yīng)強度增加到原來的12 倍.此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為（）【導學號：96322073】【導學號：96322072】八3A.3BB3B.2BD.【解析】 如圖所示，粒子在磁場中做勻速圓周運動，圓弧 ；所對應(yīng)的圓心角由幾何n知識知為 30,則=232nmqB30360，即m=3B，選項 A 正確圖 3-8出口 13A. 11圖 3-9B.1214.由于質(zhì)子與一價正離子的電荷量相同，B : B= 1 : 12,m當半徑相等時，解得：一 =144，選項 D 正確.m【答案】D4.如圖 3-10 所示

14、，正六邊形abcdef區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強磁場.一帶正電的粒 子從f點沿fd方向射入磁場區(qū)域，當速度大小為Vb時，從b點離開磁場，在磁場中運動的tc，不計粒子重【解析】 如圖所示，設(shè)正六邊形的邊長為I，當帶電粒子的速度為軌道半徑-1=1，轉(zhuǎn)過的圓心角“芬當帶電粒子的速率為vc時，其圓心在。點（即C. 121D. 144【解析】 帶電粒子在加速電場中運動時，有qU= 并，在磁場中偏轉(zhuǎn)時，其半徑r=時間為tb,當速度大小為Vc時，從c點離開磁場，在磁場中運動的時間為力.）【導學號：96322074】A.vb:Vc= 1 :2，tb:tc= 2 :1B.vb:Vc= 2 : 1，tb:tc= 1

15、 : 2C.vb:Vc= 2 : 1，tb:tc= 2 : 1D.vb:Vc= 1 :2，tb:tc= 1 :2vb時，其圓心在afa、2nv2=三，根據(jù)qvB=mr，得vqBrm，cb延長線的交點），故軌道半徑2= 2l，轉(zhuǎn)過的圓心角91F V-.由于T=-n-得T=-n-，所以兩粒子在磁場中做圓周運動的周期相等, 2vqB9又t=2nT，tb92所以；=92=1.故選項 A 正確，選項 B C、D錯誤.【答5.如圖3-11 所示，質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子，以初速度v沿垂直磁場方向射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，在磁場中做勻速圓周運動不計帶電粒子所受重力.mvqB，由以上兩式整理得：r=圖

16、 3-1015圖 3-11（1）求粒子做勻速圓周運動的半徑R和周期T;（2）為使該粒子做勻速直線運動，還需要同時存在一個與磁場方向垂直的勻強電場，求電場強度E的大小.【導學號：96322075】【解析】（1）洛倫茲力提供向心力，有2vf=qvB=mR帶電粒子做勻速圓周運動的半徑R=器勻速圓周運動的周期T=n洛倫茲力f=qvB粒子做勻速直線運動，則qE=qvB場強E的大小E=vB.章末綜合測評（三）（時間：60 分鐘滿分：100 分）、選擇題（本大題共 10 個小題，共 60 分.在每小題所給的四個選項中，第17 題只有一項符合題目要求， 第 810 題有多項符合題目要求， 全部選對的得 6 分

17、，選對但不全的得 3 分，有選錯的得 0 分.）1 在下列圖中，分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針【解析】 由安培定則判斷 C D 正確；又因小磁針靜止時 N 極所指的方向與磁場方向相同，A 正確，B 錯誤.【答案】 B2如圖 1 所示，a是豎直平面P上的一點，P前有一條形磁鐵垂直于P,且S極朝向a點.P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下，在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a粒子受電場力F=qE,mv2nm【答案】(1)qB萌vBN 極的指向或磁感X X X X1誓!x x x x線方向其對應(yīng)不正確的是16點在電子經(jīng)過a點的瞬間，條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向（ ）17A.向上

18、C.向左圖 1B.向下D.向右【解析】 由題意知，磁鐵在a點磁場方向為垂直于P向前，電子在a點的瞬時速度方向向右.根據(jù)左手定則，可以判斷出洛倫茲力方向向上，A 正確.【答案】 A3.用同一回旋加速器分別對質(zhì)子(1H)和氘核(泊)加速后，貝 U ()A. 質(zhì)子獲得的動能大B. 氘核獲得的動能大C. 兩種粒子獲得的動能一樣大D. 無法確定2【解析】 因qvB= nV-又E= *mV2 2 2 2q B rq故Ek=，所以Ek*，故 A2mm【答案】 A4.長直導線AB附近，有一帶正電的小球,(用絕緣絲線懸掛在M點，當導線AB通以如圖 2 所示的恒定電流時，下列說法正確的是A|A.B.C.D.小球受

19、磁場力作用，方向與導線小球受磁場力作用，方向與導線小球受磁場力作用，方向與導線小球不受磁場力作用【解析】 電場對在其中的靜止電荷、,wAB垂直且指向紙里AB垂直且指向紙外AB垂直向左運動電荷都有力的作用， 而磁場只對在其中的運動電荷才有力的作用，且運動方向不能與磁場方向平行，所以D選項正確.【答案】D18195如圖 3 是某離子速度選擇器的原理示意圖，在一半徑R= 10 cm 的圓柱形筒內(nèi)有B=1X10-4T的勻強磁場，方向平行于軸線在圓柱形筒上某一直徑兩端開有小孔a、b分別作為入射孔和出射孔.現(xiàn)有一束比荷為m=2X1011C/kg 的正離子，以不同角度a入射，最后有不同速度的離子束射出.其中

20、入射角的速度v大小是（）【導學號：96322186】5B. 2X10 m/sD. 2X106m/s【解析】 離子運動軌跡如圖所示，設(shè)軌跡半徑為r，由幾何知識可得r= 2R= 20 cm,2,mv口6由qvB=，可得v=4X10 m/s.r【答案】 C6.如圖 4 所示，一根有質(zhì)量的金屬棒MN兩端用細軟導線連接后懸于a,b兩點，棒的屮部處于方向垂直紙面向里的勻強磁場屮，棒屮通有電流，方向從M流向N,此時懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以（）ab丨【導學號：96322187】X XJWX X圖 4A.適當減小磁感應(yīng)強度B.使磁場反向a= 30,則不經(jīng)碰撞而直接從出射孔射出的離子5A. 4X10

21、m/sC. 4X106m/s20C.適當增大電流D.使電流反向【解析】 首先對MN進行受力分析，受豎直向下的重力G ,受 兩 根 軟 導 線 豎 直 向 上 的21拉力和安培力.處于平衡時 2F+ILB=mg重力mg恒定不變，欲使拉力F減小到 0,應(yīng)增大 安培力ILB，所以可增大磁場的磁感應(yīng)強度B或增大通過金屬棒中的電流I，或二者同時增 大，故選項 C 正確.【答案】C7質(zhì)譜儀的兩大重要組成部分是加速電場和偏轉(zhuǎn)磁場如圖所示為質(zhì)譜儀的原理圖，加速后垂直進入磁感應(yīng)強度為B的偏轉(zhuǎn)磁場中，帶電粒子打在底片上的在圖中能正確反映x與U之間的函數(shù)關(guān)系的是【答案】&電磁軌道炮的工作原理如圖6 所示.待

22、發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸. 電流I從一條軌道流入，通過導電彈體后從另一條軌道流回.軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場（可視為勻強磁場），磁感應(yīng)強度的大小與I成正比.通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出.的 2 倍，理論上可采用的辦法是（）【導學號：96322189】設(shè)想有一個靜止的質(zhì)量為m帶電荷量為q的帶電粒子（不計重力）,經(jīng)電壓為U的加速電場設(shè)OP= x,則現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來【解供向心力，即B22A. 只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?2 倍B. 只將電流I增加至原來的 2 倍23C. 只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D.將彈體質(zhì)量減至原來的一半，

23、軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?2 倍，其他量不變【解析】由題意可知B=kI,F=Bld=kI2d.B D 正確，A、C 錯.【答案】 BD速后，垂直進入磁感應(yīng)強度大小為B方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強磁場區(qū)域，如 圖 7 所示，已知離子 P*在磁場中轉(zhuǎn)過0= 30后從磁場右邊界射出.在電場和磁場中運動 時，離子 P*和 P3+( )，+U-：J1圖 7【解析】應(yīng)用動能定理和圓周運動規(guī)律分析兩種離子的速度關(guān)系及在磁場中運動的半 徑關(guān)系，結(jié)合幾何知識分析兩離子在有界磁場中的偏轉(zhuǎn)角.磷離子 P 與P電荷量之比q1:q2= 1 : 3，質(zhì)量相等，在電場中加速度a= m，由此可mv12知，a1:a2= 1

24、: 3，選項 A 錯誤；離子進入磁場中做圓周運動的半徑r=qB,又qU=2mv,故有r=B q，即r1:2=寸 3 : 1,選項 B 正確；設(shè)離子P在磁場中偏角為a，則 sindda= ，sin0=(d為磁場寬度)，故有 sin0: sina= 1 :3，已知0= 30，故ar2r1=60，選項 C 正確；全過程中只有電場力做功，W=qU,故離開電場區(qū)域時的動能之比即為電場力做功之比，所以氐:氐=W：W= 1 : 3,選項 D 正確.【答案】BCD10如圖 8 所示，光滑絕緣軌道ABP豎直放置，其軌道末端切線水平，在其右側(cè)有一正由動能定理可得：F- L= fmV,vo2kl dLm，vo19在

25、半導體離子注入工藝中，初速度可忽略的磷離子P 和 P，經(jīng)電壓為U的電場加A.在電場中的加速度之比為B. 在磁場中運動的半徑之比為C. 在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為D. 離開電場區(qū)域時的動能之比為dL要使Vo加倍，則m24交的勻強電場、磁場區(qū)域，電場豎直向上，磁場垂直紙面向里，一帶電小球從軌道上的 點由靜止滑下，經(jīng)P點進入場區(qū)后，恰好沿水平方向做直線運動.【導學號：96322190】【解析】 小球從P點進入場區(qū)后沿水平方向做直線運動, 力平衡知小球一定帶正電，且qE+qvB=mg若從B點靜止滑下，由動能定理可求得小球進 磁場區(qū)時vvv；則qE+qvBmg故向下偏，B、D 正確.【答案】 BD二、計算

26、題（本大題共 3 個小題，共 40 分按題目要求作答）（12分）如圖9所示，平行金屬導軌PQ與MN都與水平面成0角,相距為l.一根質(zhì)量為m的金屬棒ab在導軌上，并保持水平方向，ab棒內(nèi)通有恒定電流，電流大小為I，方向從a到b.空間存在著方向與導軌平面垂直的勻強磁場，ab棒在磁場力的作用下保持靜止，根據(jù)力的平衡條件可知:F安=mgsin0而F安=BIl可得B=詈嚴由左手定則可知，B的方向垂直導軌平面向下.則可判定A. 小球帶B.小球帶C.D.XXX X1XXXXXXXXXXXXXXXXX史X冥若小球從B點由靜止滑下，進入場區(qū)后將立即向上偏若小球從B點由靜止滑下，進入場區(qū)后將立即向下偏則小球一定受力平衡，由受【解金屬棒受力如圖所示，圖 8并且棒與導軌間沒