高中物理 第3章 打開(kāi)電磁學(xué)的大門章末分層突破教師用書 魯科版選修1-1
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第3章 打開(kāi)電磁學(xué)的大門 [自我校對(duì)] ①左手 ②B和I ③BIL ④0 ⑤相吸 ⑥相斥 ⑦左手 ⑧B和v ⑨qvB ⑩0 ?不做功 ?湯姆孫 ?原子 通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向的判斷 1.電流元分析法 把整段電流等效為多段直線電流元,先用左手定則判斷每小段電流元所受的安培力的方向,從而判斷出整段電流所受合力方向,最后確定運(yùn)動(dòng)的方向. 2.等效分析法 環(huán)形電流可等效為小磁針,條形磁鐵可等效為環(huán)形電流,通電螺線管可等效為多個(gè)環(huán)形電流或小磁鐵. 3.特殊位置分析法 把通電導(dǎo)體轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后判斷其安培力方向,從而確定運(yùn)動(dòng)方向. 4.轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法 因?yàn)殡娏髦g、電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律,這樣分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力,然后用牛頓第三定律,再確定磁體所受電流的作用力,從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向. 如圖31所示,把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方,導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí),導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況(從上往下看)( ) 圖31 A.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)下降 B.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)上升 C.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)下降 D.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)上升 【解析】 特殊位置法:作出通電瞬間直導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)分布如圖甲所示,由左手定則得N極正上方導(dǎo)線受到的安培力垂直紙面向外,S極正上方導(dǎo)線受到的安培力垂直紙面向里.可見(jiàn)從上往下看,導(dǎo)線在兩安培力作用下按逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到導(dǎo)線與紙面垂直時(shí),如圖乙所示,導(dǎo)線受到的安培力方向豎直向下,導(dǎo)線繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),故導(dǎo)線在安培力作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(從上往下看),同時(shí)下降. 甲 乙 【答案】 C 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1.若v∥B,帶電粒子以v做勻速直線運(yùn)動(dòng).此時(shí)粒子受的洛倫茲力為零. 2.若v⊥B,帶電粒子在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)以v做勻速圓周運(yùn)動(dòng). (1)向心力由洛倫茲力提供:qvB=m. (2)軌道半徑公式:R=. (3)周期公式:T==. 頻率:f==. 角速度:ω==. (4)動(dòng)能公式:Ek=mv2=. 如圖32中MN表示真空室中垂直于紙面的平板,它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,一帶電粒子從平板上的狹縫O處以垂直于平板的初速度v射入磁場(chǎng)區(qū)域,最后到達(dá)平板的P點(diǎn).已知B、v以及P到O的距離l,不計(jì)重力,求此粒子的電荷q與質(zhì)量m之比. 圖32 【解析】 粒子初速度v垂直于磁場(chǎng),粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)其半徑為R,由洛倫茲力公式和牛頓第二定律,有qvB=m.① 因粒子經(jīng)O點(diǎn)時(shí)的速度垂直于OP,故OP是直徑,l=2R.② 由此得=.③ 【答案】 2v/Bl 章末綜合測(cè)評(píng)(三) 打開(kāi)電磁學(xué)的大門 (分值:100分 時(shí)間:60分鐘) 一、選擇題(本題共8個(gè)小題,每小題6分,共48分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確,有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確.全部選對(duì)的得6分,選不全的得3分,有選錯(cuò)或不答的得0分.) 1.發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的發(fā)明使人類步入電氣化時(shí)代.其中電動(dòng)機(jī)依據(jù)的物理原理是( ) A.磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 B.磁鐵間的相互作用 C.慣性定律 D.萬(wàn)有引力定律 【解析】 電動(dòng)機(jī)依據(jù)的物理原理是磁場(chǎng)對(duì)電流的作用. 【答案】 A 2.關(guān)于洛倫茲力的特點(diǎn)下列說(shuō)法正確的是( ) A.洛倫茲力既垂直磁場(chǎng)方向又垂直電荷運(yùn)動(dòng)方向 B.洛倫茲力是運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力,靜止的電荷不會(huì)受到洛倫茲力 C.當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向相同或相反的時(shí)候,電荷不受洛倫茲力 D.只要電荷放在磁場(chǎng)中,就一定受到洛倫茲力 【解析】 靜止的電荷在磁場(chǎng)中不受洛倫茲力,當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),也不受洛倫茲力,故只有D錯(cuò)誤. 【答案】 ABC 3.來(lái)自宇宙的質(zhì)子流,以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn),則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí),將( ) A.豎直向下沿直線射向地面 B.相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn),稍向東偏轉(zhuǎn) C.相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn),稍向西偏轉(zhuǎn) D.相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn),稍向北偏轉(zhuǎn) 【解析】 地球表面地磁場(chǎng)方向由南向北,質(zhì)子是氫原子核,帶正電.根據(jù)左手定則可判定,質(zhì)子自赤道上空豎直下落過(guò)程中受洛倫茲力方向向東. 【答案】 B 4.如圖所示的四個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中,不能表明電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)的是( ) 甲 乙 丙 丁 A.圖甲中,導(dǎo)線通電后磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.圖乙中,通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用 C.圖丙中,當(dāng)電流方向相同時(shí),導(dǎo)線相互靠近 D.圖丁中,當(dāng)電流方向相反時(shí),導(dǎo)線相互遠(yuǎn)離 【解析】 圖甲中導(dǎo)線通電后小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)是導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)所至,圖丙、圖丁中兩通電導(dǎo)線間的相互作用,也是一導(dǎo)線電流形成的磁場(chǎng)對(duì)另一通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用所至,圖乙是通電導(dǎo)線在永磁體的磁場(chǎng)中受安培力作用產(chǎn)生偏離,故選B. 【答案】 B 5.關(guān)于回旋加速器,下列說(shuō)法正確的是( ) A.回旋加速器是利用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用使帶電粒子的速度增大的 B.回旋加速器使粒子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓成正比 C.回旋加速器是通過(guò)多次電場(chǎng)加速使帶電粒子獲得高能量的 D.帶電粒子在回旋加速器中不斷被加速,因而它做圓周運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間越來(lái)越短 【解析】 回旋加速器是利用電場(chǎng)加速,磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與運(yùn)動(dòng)速度的大小無(wú)關(guān),由R=得vm=所以 Ekm=mv=,即粒子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān),故只有C正確. 【答案】 C 6.如圖1所示,水平桌面上放一根條形磁鐵,磁鐵正中央上方吊著跟磁鐵垂直的導(dǎo)線,當(dāng)導(dǎo)線中通入指向紙內(nèi)的電流時(shí)( ) 圖1 A.懸線上的拉力將變大 B.懸線上的拉力將不變 C.磁鐵對(duì)水平桌面的壓力將變大 D.磁鐵對(duì)水平桌面的壓力將不變 【解析】 如圖所示,畫出一條通過(guò)導(dǎo)線所在處的磁感線,磁場(chǎng)方向水平向左,由左手定則知,導(dǎo)線受安培力方向豎直向上,所以懸線的拉力將變小,A、B均錯(cuò);根據(jù)牛頓第三定律可知,通電導(dǎo)線對(duì)磁鐵的作用力方向豎直向下,所以磁鐵對(duì)桌面壓力增大,C對(duì)D錯(cuò). 【答案】 C 7.如圖2所示,一根有質(zhì)量的金屬棒MN,兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸掛于a、b兩點(diǎn).棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,棒中通有電流,方向從M流向N,此時(shí)是線上有拉力.為了使拉力等于零,可以( ) 圖2 A.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.使磁場(chǎng)反向 C.適當(dāng)增大電流強(qiáng)度 D.使電流反向 【解析】 由左手定則可知棒MN所受安培力方向豎直向上,此時(shí)線上有拉力說(shuō)明安培力大小小于棒的重力,要使拉力等于零,必須保持安培力的方向不變,增大安培力的大小,所以只有C可能. 【答案】 C 8.一長(zhǎng)方形金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,將金屬塊通以電流,磁場(chǎng)方向和電流方向如圖3所示,則在金屬塊兩表面M、N上 ( ) 圖3 A.M集聚了電子 B.M集聚了正電荷 C.N集聚了電子 D.N集聚了正電荷 【解析】 在金屬中自由電子的定向移動(dòng)形成電流,所以圖中的電流可以看成是相反方向運(yùn)動(dòng)的電子流,由左手定則可知電子受洛倫茲力向上,所以M面上聚集了電子. 【答案】 AD 二、非選擇題(本題共4個(gè)小題,共52分,解答應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟,只寫出最后答案的不得分.有數(shù)值計(jì)算的題,答案中應(yīng)明確寫出數(shù)值和單位.) 9.(10分)通電直導(dǎo)線A與圓形通電導(dǎo)線環(huán)B固定放置在同一水平面上,通有如圖4所示的電流時(shí),通電直導(dǎo)線A受到水平向________的安培力作用.當(dāng)A、B中電流大小保持不變,但同時(shí)改變方向時(shí),通電直導(dǎo)線A所受到的安培力方向水平向________. 圖4 【解析】 由圖可知,直導(dǎo)線A位于導(dǎo)線環(huán)B產(chǎn)生的垂直向里的磁場(chǎng)中,根據(jù)左手定則,可判斷導(dǎo)線A受到的安培力方向向右.當(dāng)A、B中的電流方向改變時(shí),A導(dǎo)線處于導(dǎo)線B產(chǎn)生的垂直向外的磁場(chǎng)中,同時(shí)導(dǎo)線A的電流方向改變,依據(jù)左手定則可以判定,A受安培力仍水平向右. 【答案】 右 右 10.(10分)如圖5所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T,方向 圖5 垂直紙面向外,在紙面內(nèi)放置長(zhǎng)L=0.5 m的直導(dǎo)線ab,當(dāng)通以I=2 A的電流(b→a)時(shí),導(dǎo)線受到的安培力大小為_(kāi)_________,方向?yàn)開(kāi)_______. 【解析】 由安培力F=BIL得:F=0.520.5 N=0.5 N;再由左手定則可確定方向是垂直導(dǎo)線ab、磁場(chǎng)方向向右. 【答案】 0.5 N 垂直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向向右 11.(16分)一初速度為v的帶電粒子,垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,已知帶電粒子的質(zhì)量是m,電量是q,求帶電粒子所受的洛倫茲力和軌道半徑的大?。? 【解析】 因?yàn)锽與v垂直,所以帶電粒子所受的洛倫茲力F=qvB 由洛倫茲力提供向心力,則qvB=m 所以r=. 【答案】 見(jiàn)解析 12.(16分)電磁炮是一種理想的兵器,它的主要原理如圖6所示.1982年澳大利亞國(guó)立大學(xué)制成了能把2.2 g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到10 km/s的電磁炮(常規(guī)炮彈的速度約為2 km/s),若軌道寬2 m,長(zhǎng)為100 m,通過(guò)的電流為10 A,試問(wèn)軌道間所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大?(軌道摩擦不計(jì)) 圖6 【解析】 由于彈體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2=2as 得a==m/s2=5105 m/s2 由牛頓第二定律得F安=ma 得F安=2.210-35105N=1.1103N 由安培力公式F安=BIl 得B==T=55 T. 【答案】 55 T- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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