2024_2025学年高中物理第三章磁场阶段提升课学案教科版选修3_1.docVIP

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第三章

学问体系·思维导图

考点整合·素养提升

考点带电粒子在复合场中的运动

1.三种运动类型:

(1)静止或匀速直线运动:当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动。

(2)匀速圆周运动:当带电粒子所受的重力与电场力大小相等,方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动。

(3)一般的曲线运动:当带电粒子所受合外力的大小和方向均改变,且与初速度方向不在同一条直线上,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线。

2.对应分析方法:

3.带电粒子在复合场中运动的关键词转化:

【典例1】(2024·广元高二检测)如图所示,竖直平面内,匀强电场方向水平向右,匀强磁场方向垂直于纸面对里,一质量为m、带电荷量为q的粒子以速度v与磁场方向垂直,与电场方向成45°角射入复合场中,恰能做匀速直线运动,则关于电场强度E和磁感应强度B的大小,正确的是(重力加速度为g)()

A.E=,B= B.E=,B=

C.E=,B= D.E=,B=

【解析】选A。假设粒子带负电,则其所受的电场力水平向左,依据左手定则,洛伦兹力方向斜向右下方与速度v垂直,依据平衡条件,这种状况粒子无法做匀速直线运动,所以粒子带正电,受力状况如图,依据平衡条件qvBsin45°=mg,

qvBcos45°=qE,联立解得E=,B=,A正确,B、C、D错误。

如图,一个质量为m、带电量为+q的圆环,可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动,细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中。现给圆环一个水平向右的初速度v0,在以后的运动中下列说法正确的是()

A.圆环可能做匀减速运动

B.圆环不行能做匀速直线运动

C.圆环克服摩擦力所做的功可能为m

D.圆环克服摩擦力所做的功不行能为m-

【解析】选C。分状况对圆环受力分析,第一种状况

圆环受到向下的重力、向上的支持力、向上的洛伦兹力、水平向左的摩擦力,圆环受到的洛伦兹力变小,支持力变大,摩擦力增大,圆环做加速度增大的减速运动,最终速度减为零;

其次种状况

支持力为零,圆环受到的摩擦力为零,这种状况下圆环做匀速直线运动;

第三种状况

随着速度减小,支持力减小,摩擦力减小,此时圆环做加速度减小的减速运动,当支持力减为零后做匀速运动。

由以上分析可知圆环可能做匀速运动或变减速运动,不行能做匀减速运动,A错误;由受力分析其次种状况可知圆环可能不受摩擦力作用,合力为零,这种状况下圆环做匀速直线运动,B错误;由受力分析第一种状况可知,当圆环受到向上的支持力,圆环做加速度渐渐增大的减速运动,最终速度减为零,由动能定理可得圆环克服摩擦力所做的功为m,C正确。

由受力分析第三种状况可知当圆环受到向下的支持力时,圆环做加速度渐渐减小的减速运动,当支持力减为零时起先做匀速直线运动,由平衡关系可得mg=Bqv,设克服摩擦力做功为W,由动能定理可得-W=mv2-m,

解得W=m-,

圆环克服摩擦力所做的功为m-,D错误,故选C。

考点1带电粒子在复合场中的运动实例

1.速度选择器:平行板中的电场强度E和磁感应强度B相互垂直,这种装置能把具有肯定速度的粒子选择出来,所以叫作速度选择器。

带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE=qvB,即v=,与粒子的电性、电荷量和质量无关。

2.磁流体发电机:磁流体发电机是一种新兴技术,它可以把内能干脆转化为电能。

(1)如图所示,等离子体进入磁场区域后,依据左手定则正、负离子分别受到向下、向上的洛伦兹力,所以正、负离子分别向下、向上偏转,使B板聚集正电荷、A板聚集负电荷,即B板是发电机的正极,A板是发电机的负极,同时在A、B板间产生电场。

(2)若磁流体发电机两极板间的距离为l,等离子体的速度为v,磁场的磁感应强度为B,当离子所受洛伦兹力与离子所受的电场力平衡时,两极板间能达到最大电势差,依据qvB=q,可得U=Blv。

3.电磁流量计:

(1)如图所示,圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,导电液体在管中向左流淌,导电液体中的自由电荷(正、负离子),在洛伦兹力的作用下横向偏移,a、b间出现电势差,形成电场。

(2)当自由电荷所受的电场力与洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定,即qvB=qE=q,所以v=,因此液体流量Q=Sv==。

4.霍尔元件:

(1)如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流按如图所示方向通过导体板时,金属导体中的电流是由电子向左运动形成的,由左手定则可推断出电子向上表面A聚集,则在导体的下表面A会出现多余的正电荷,从而形成电场。

(2)电子在电场中受到的电场力竖直向下,洛伦兹力竖直向上,随着电子不断向上表面A聚集,电场不断增加,当自