2012《优化课堂》课件：物理粤教版选修3-1 第三章 章末整合

(共23张PPT)
通电导体
运动的电荷
电流
运动的电荷
垂直
电流
导线长度
比值
特斯拉
T
强弱
强
弱
N
N极
S极
S极
N极
垂直
乘积
韦伯
Wb
BSsinθ
BILsinθ
垂直
掌心
电流方向
拇指
不做
专题一
安培力与其他知识的综合运用
1．首先明确磁场的分布情况．需要把立体图转化为平面图，
图中应能同时表示出磁场、电流和安培力三者的方向，以便于
分析和判断．
2．依据左手定则判断导体的受力情况，
要特别注意各物理量(B、I、F )的方向．
3．由受力情况确定导线或线圈做何种运
动，如平动、转动或同时做平动和转动．
0.5 Ω，竖直导轨宽 L＝0.2 m，导轨电阻不计．另有一金属棒
质量m＝0.1 kg，电阻 R＝0.5 Ω，它与导轨间的动摩擦因数
μ＝0.4，靠在导轨的外面．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，取 g＝10 m/s2)．求：
(1)此磁场的方向；
(2)磁感应强度 B 的取值范围．
图 3－1
【例 1】如图 3－1 所示，电源电动势 E＝ 2 V，内阻r＝
解：(1)要使金属棒静止，安培力应斜向上指向纸里，画出
由 a→b 的侧视图，并对棒 ab 受力分析如图 3－2 所示．
经分析知磁场的方向斜向下指向纸里．
图 3－2
(2)如图 3－2 所示，当 ab 棒有向下滑的趋势时，受向上的
摩擦力 Ff ，则有
I＝
Fsin 30°＋Ff －mg＝0
F＝B1IL
Ff ＝μFcos 30°
E
R＋r
可解得 B1＝3.0 T
当 ab 棒有向上滑的趋势时，受向下的摩擦力 Ff ′，则有
F ′sin 30°－Ff ′－mg＝0
Ff ′＝μF ′cos 30°
I＝
F ′＝B2 IL
E
R＋r
可解得 B2＝16.2 T
所以若保持金属棒静止不滑动，应满足 3.0 T≤B≤16.2 T.
【触类旁通】
1．如图 3－3 所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一金属框，
框宽 l＝0.25 m，接入电动势 E＝12 V、内阻不计的电池．垂直
框面放有一根质量 m＝0.2 kg 的金属棒 ab，它与框架的动摩擦
因数μ＝
.整个装置放在磁感应强度 B＝0.8 T、垂直框面向上
的匀强磁场中．当调节滑动变阻器 R 的阻
值在什么范围时，可使金属棒静止在框架
上？(框架与棒的电阻不计，取 g＝10 m/s2)
图 3－3
解：金属棒受到四个力作用：重力 mg，垂直框面向上的支
持力 FN，沿框面向上的安培力 F安，沿框面的静摩擦力 Ff 静．金
属棒静止在框架上时，Ff 静的方向可能沿框面向上，也可能向下，
需分两种情况考虑．当变阻器 R 取值较大时，I 较小，安培力F安
较小，在金属棒重力分力 m g sinθ作用下棒有沿框架下滑的趋
势，框架对棒的摩擦力沿框面向上，受力如图 10 甲所示．金属
棒刚好不下滑时满足平衡条件，有
甲
乙
图 10
≈8.2 Ω
当变阻器 R 取值较小时，I 较大，安培力 F安 较大，会使金
属棒产生沿框面上滑的趋势．因此，框架对棒的摩擦力沿框面
向下，受力如图乙所示．金属棒刚好不上滑时满足平衡条件，
有
垂直电场线进入匀强电场(不计重力) 垂直磁感线进入匀强磁
场(不计重力)
受力特征 电场力 F＝Eq 大小
　　恒定、方向不变 洛伦兹力 F＝Bq v 大小
不变，方向随 v 而改变
运动性质 类平抛运动 匀速圆周运动
运动轨迹 抛物线 圆或圆的一部分
求解方
法处理 横向偏移 y 和偏转角φ要通
过类平抛运动的规律求解 横向偏移 y 和偏转角φ
要结合圆的几何关系通
过圆周运动的讨论求解
专题二　洛伦兹力与电场力对运动电荷的作用
【例 2】如图 3－4 所示，a、b 是一对水平放置的平行金属
板，板间存在着竖直向下的匀强电场．一个不计重力的带电粒
子从两板左侧正中位置以初速度 v0 沿平行于金属板的方向进入
场区，带电粒子进入场区后将向上偏转，并恰好从 a 板的右边
缘处飞出；若撤去电场，在两金属板间加垂直纸面向里的匀强
磁场，则相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区后
将向下偏转，并恰好从 b 板的右边缘处飞出．现上述的电场和
磁场同时存在于两金属板之间，仍让相同的带电粒子从同一位
置以相同的速度进入场区，则下面的判断中正确的是(　　)
A．带电粒子将做匀速直线运动
B．带电粒子将偏向 a 板一方做曲线运动
C．带电粒子将偏向 b 板一方做曲线运动
D．无法确定带电粒子做哪种运动
图 3－4
图 3－5
因此 F电>F 洛，若同时加上述电场和磁场，带电粒子将向电
场力方向偏转，故 B 正确．
答案：B
C．v＝
【触类旁通】
2．如图 3－6 所示，平行板中电场强度 E 的方向和磁感应
强度 B 的方向互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选
择出来，所以叫做速度选择器．带电粒子能够匀速沿直线通过
速度选择器的条件是(　　)
A．v＝EB
B．v＝E＋B
B
E
D．v＝
E
B
图 3－6
D
专题三　带电体在复合场中的运动
1．受力分析是基础．在受力分析时是否考虑重力必须注意
题目条件．
2．运动过程分析是关键．在运动过程分析中应注意物体做
直线运动、曲线运动、圆周运动及类平抛运动的条件．
3．根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列
方程求解．
4．常用的物理规律：共点力平衡条件、牛顿运动定律、运
动学公式、动能定理、能量守恒定律、功能关系、动量定理、
动量守恒定律、圆周运动向心力公式等．
5．思维方法：常用到力的合成与分解、运动的合成及分解、
等效法、假设法、类比法等．
【例 3】在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，有一倾角
为θ、足够长的光滑绝缘斜面，磁感应强度为 B，方向垂直纸面
向外，电场方向竖直向上．有一质量为 m、带电荷量为＋q 的
小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零，如
图 3－7 所示，若迅速把电场方向反转为竖直向下，小球能在斜
面上连续滑行多远？所用时间是多少？
图 3－7
Ⅱ象限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场．质荷比为 ＝
【触类旁通】
3．(2012 年茂名一模)如图 3－8 所示，坐标平面第Ⅰ象限
内存在大小为 E＝4×105 N/C，方向水平向左的匀强电场，在第
m
q
4×10－10
kg/C 的带正电粒子从 x 轴上的 A 点以初速度 v0 ＝
2×107 m/s 垂直 x 轴射入电场，OA＝0.2 m，不计重力．求：
(1)粒子经过 y 轴时的位置到原点 O
的距离；
(2)若要求粒子不能进入第三象限，
求磁感应强度 B 的取值范围(不考虑粒
子第二次进入电场后的运动情况)．
图 3－8
解：对粒子运动过程分析如图 11 所示：粒子先做类平抛运
动，然后做匀速圆周运动．
图 11
(1)设粒子在电场中运动的时间为 t ，粒子经过 y 轴时的位
置与原点 O 的距离为 y，则
解得 a＝1.0×1015 m/s2，t＝2.0×10－8
s，y＝0.4 m .