第一章 磁 场 章末小结与质量评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

　一、知识体系建构——理清物理观念 二、综合考法融会——强化科学思维　 安培力的综合应用问题 [答案]　B [融会贯通] 1．通电导线在磁场中平衡和加速问题的分析思路 (1)选定研究对象。 (2)变立体图为平面图，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I；如图所示。 (3)列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解。 2．安培力作用下的功能问题分析要点 (1)安培力做功与路径有关，这一点与静电力不同。 (2)安培力做功的实质是能量转化。 ①安培力做正功时，将电源的能量转化为导体的机械能或其他形式的能。 ②安培力做负功时，将机械能转化为电能或其他形式的能。 (3)解答时一般要用到动能定理与能量守恒定律。 [对点训练] 答案：C　 洛伦兹力和带电粒子在磁场中的运动 [答案]　A [融会贯通] 1．求解洛伦兹力的四点注意 (1)正确分析带电粒子所在区域的合磁场方向。 (2)判断洛伦兹力方向时，特别区分电荷的正、负，并充分利用F⊥B、F⊥v的特点。 (3)计算洛伦兹力大小时，公式F＝qvB中，v是电荷与磁场的相对速度。 (4)洛伦兹力对运动电荷(或带电体)不做功、不改变速度的大小，但它可改变运动电荷(或带电体)速度的方向，影响带电体所受其他力的大小，影响带电体的运动时间等。 2．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法 答案：A　 [典例]　如图所示，竖直平面xOy内存在水平向右的匀强电场， 场强大小E＝10 N/C，在y≥0的区域内还存在垂直于坐标平面向里 的匀强磁场，磁感应强度大小B＝0.5 T。一带电荷量q＝＋0.2 C、 质量m＝0.4 kg的小球由长l＝0.4 m的细线悬挂于P点，小球可视为质点。现将小球拉至水平位置A无初速度释放，小球运动到悬点P正下方的坐标原点O时，悬线突然断裂，此后小球又恰好能通过O点正下方的N点(g＝10 m/s2)，求： (1)小球运动到O点时的速度大小； (2)悬线断裂前瞬间拉力的大小； (3)ON间的距离。 带电粒子在复合场中的运动 15 [答案]　(1)2 m/s　(2)8.2 N　(3)3.2 m [融会贯通] 1．带电粒子在组合场中运动 (1)四种常见的运动模型。 ①带电粒子先在电场中做匀加速直线运动，然后垂直进入磁场做匀速圆周运动，如图： ②带电粒子先在电场中做类平抛运动，然后垂直进入磁场做匀速圆周运动，如图： ③带电粒子先在磁场中做匀速圆周运动，然后垂直进入电场做类平抛运动，如下图(左)： ④带电粒子先在磁场Ⅰ中做匀速圆周运动，然后垂直进入磁场Ⅱ做匀速圆周运动，如上图(右)。 (2)三种常用的解题方法。 ①带电粒子在电场中做加速运动，根据动能定理求速度。 ②带电粒子在电场中做类平抛运动，需要用运动的合成和分解处理。 ③带电粒子在磁场中的圆周运动，可以根据磁场边界条件，画出粒子轨迹，用几何知识确定半径，然后用洛伦兹力提供向心力和圆周运动知识求解。 2．带电粒子在叠加场中运动 (1)叠加场：电场、磁场、重力场中的两者或三者在同一区域共存，就形成叠加场。 (2)带电体在叠加场中运动的几种情况。 如图所示，匀强磁场垂直于纸面向里，匀强电场竖直向下。一带 负电粒子从左边沿水平方向射入复合场区域。 ①若考虑重力，且mg＝Eq，则粒子做匀速圆周运动。 ②若不计重力，且qvB＝Eq，则粒子做匀速直线运动。 ③若不计重力，且qvB≠Eq，则粒子做变加速曲线运动。 答案：BC　 　　　　　三、价值好题精练——培树科学态度和责任　 1．如图所示是探测地下金属管线的一种方法。首先给长直金属管线通上直流电，利用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行以下操作：①用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁感应强度最强的某点，记为a；②在a点附近的水平地面上找到与a点磁感应强度相同的若干点，将这些点连成直线EF；③在地面上过a点作垂直于EF的直线上，找到磁场方向与地面夹角为60°的b、c两点，测得b、c两点距离为L。由此可确定金属管线 (　 ) 答案：B　 答案：D　 3．(2024·甘肃高考)质谱仪是科学研究中的重要仪器，其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器，加速电压为U；Ⅱ为速度选择器，匀强电场的电场强度大小为E1、方向沿纸面向下，匀强磁场的磁感应强度大小为B1、方向垂直纸面向里；Ⅲ为偏转分离器，匀强磁场的磁感应强度大小为B2、方向垂直纸面向里。从S点释放初速度为零的带电粒子(不计重力)，加速后进入速度选择器做直线运动，再由O点进入分离器做圆周运动，最后打到照相底片的P点处，运动轨迹如图中虚线所示。 (1)粒子带正电还是负电？求粒子的比荷。 (2)求O点到P点的距离。 (3)若速度选择器Ⅱ中匀强电场的电场强度大小变为E2(E2略大于E1)，方向不变，粒子恰好垂直打在速度选择器右挡板的O′点上。求粒子打在O′点的速度大小。 所以通过配速法，如图所示 [典例]　如图所示，两平行光滑金属导轨CD、EF间距为L，与电动势为E、内阻为r的电源相连，质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路，回路平面与水平面成θ角，回路其余电阻不计。为使ab棒静止，需在空间施加的匀强磁场的磁感应强度的最小值及其方向分别为 (　 ) A.，水平向右 B.，垂直于回路平面向下 C.，竖直向下 D.，垂直于回路平面向上 [解析]　对金属棒受力分析，受重力、支持力和安培力，如图所示。从图中可以看出，当安培力沿斜面向上时，安培力最小，磁感应强度最小，安培力的最小值为：FA＝mgsin θ，故磁感应强度的最小值为：B＝＝，根据欧姆定律，有：E＝I(R＋r)，故有：B＝，根据左手定则，磁场方向垂直于回路平面向下。故选B。 (2024·佛山期末检测)如图所示，用绝缘细绳竖直悬挂一个匝数为n的矩形线圈，细绳与拉力传感器相连，传感器可以读出细绳上的拉力大小。现将线框的下边MN垂直置于匀强磁场中，MN边长为L。当导线中通以大小为I的电流时，传感器的读数为F1；只将电流反向，传感器的读数变为F2(F2>F1)。重力加速度为g，则可得到(　 ) A．减小电流I重复实验，则F1减小、F2增大 B．传感器读数为F2时，MN中电流从M到N C．磁感应强度B＝ D．金属线框的质量m＝ 解析：对矩形线圈受力分析，矩形线圈受到重力、拉力和安培力，由于F2>F1，当安培力向下时有F2＝mg＋nIBL，当安培力向上时有F1＝mg－nIBL，联立解得B＝，m＝，减小电流I重复实验，则F1增大、F2减小，故A、D错误，C正确；传感器读数为F2时，矩形线圈受到的安培力向下，根据左手定则可知，MN中电流从N到M，故B错误。 [典例]　(2024年1月·河南高考适应性演练)2023年4月，我国有“人造太阳”之称的托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录。其中磁约束的简化原理如图：在半径为R1和R2的真空同轴圆柱面之间，加有与轴线平行的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，R2＝2R1。假设氘核H沿内环切线向左进入磁场，氚核H沿内环切线向右进入磁场，二者均恰好不从外环射出。不计重力及二者之间的相互作用，则H和H的速度之比为(　 ) A．1∶2　 B．2∶1　 C．1∶3　 D．3∶1 [解析]　由题意可知，根据左手定则，作轨迹图如图所示，由几何关系可知，氘核H的轨迹半径为r1，有2r1＝R2－R1＝R1，则r1＝，由几何关系可知，氚核H的轨迹半径为r2，有2r2＝R2＋R1＝3R1，则r2＝，即＝，由洛伦兹力提供向心力qvB＝m，可得v＝， 由题意可知，氘核H和氚核H的比荷之比为＝·＝×＝，故H和H的速度之比为＝·＝×＝，故选A。 [对点训练]　 一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向与筒的轴平行，筒的横截面如图所示。图中直径MN的两端分别开有小孔，筒绕其中心轴以角速度ω顺时针转动。在该截面内，一带电粒子从小孔M射入筒内，射入时的方向与MN成30°角。当筒转过90°时，该粒子恰好从小孔N飞出圆筒，不计粒子重力。若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞，则带电粒子的比荷为 (　 ) A. B. C. D. 解析：如图所示，粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据几何关系，有∠MOA＝90°，∠OMA＝45°，∠CMO′＝60°，所以∠O′MA＝75°，∠O′AM＝75°，∠MO′A＝30°，即轨迹圆弧所对的圆心角为30°，粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T＝，粒子在磁场中做匀速圆周运动的时间t＝T＝×，圆筒转过90°所用时间t′＝T′＝×，粒子做匀速圆周运动的时间和圆筒转动时间相等，即t＝t′，则×＝×，即＝，A正确，B、C、D错误。 [解析]　(1)小球从A运动到O的过程中，根据动能定理： mgl－qEl＝mv02 解得小球在O点速度为：v0＝2 m/s。 (2)小球运动到O点悬线断裂前瞬间，对小球应用牛顿第二定律：FT－mg－F洛＝m 洛伦兹力：F洛＝Bv0q 解得：FT＝8.2 N。 (3)悬线断后，将小球的运动分解为水平方向和竖直方向的分运动，小球在水平方向上做往返运动，在竖直方向上做自由落体运动，小球水平方向加速度 ax＝＝＝5 m/s2 小球从O点运动至N点所用时间为： t＝＝ s＝0.8 s ON间距离为：h＝gt2＝×10×0.82 m＝3.2 m。 [对点训练] (多选)一带负电粒子的质量为m、电荷量为q，空间中一平行板电容器两极板S1、S2间的电压为U。将此粒子在靠近极板S1的A处无初速度释放，经电场加速后，经O点进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场(右边界平行于S2)，图中虚线Ox垂直于极板S2，当粒子从P点离开磁场时，其速度方向与Ox方向的夹角θ＝60°，如图所示，整个装置处于真空中，不计粒子所受重力，则(　 ) A．极板S1带正电 B．粒子到达O点的速度大小为 C．此粒子在磁场中运动的时间t＝ D．若改变右侧磁场(左边界位置不变)宽度，使粒子经过O点后恰好不能从右侧离开该有界磁场，则该有界磁场区域的宽度d＝ 解析：带负电粒子向右加速运动，所受静电力向右，场强向左，说明极板S1带负电，故A错误；设粒子到达O点的速度大小为v，由动能定理可得Uq＝mv2，解得v＝，故B正确； 由几何关系可知粒子运动的圆心角为α＝θ＝60°＝，此粒子在磁场中运动的时间t＝T＝×＝，故C正确；若改变右侧磁场(左边界位置不变)宽度，使粒子经过O点后恰好不能从右侧离开该有界磁场，画出临界轨迹如图所示，洛伦兹力提供向心力，有Bqv＝m，把B选项中求得的速度大小代入可得R＝，则该有界磁场区域的宽度d＝R＝，故D错误。 A．平行于EF，深度为L B．平行于EF，深度为 C．平行于EF，深度为 D．垂直于EF，深度为L 解析：用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁感应强度最强的某点，记为a，说明a点离金属管线最近；找到与a点磁感应强度相同的若干点，将这些点连成直线EF，说明这些点均离金属管线最近，因此通电的金属管线平行于EF；画出左侧视图，如图所示。b、c间距为L，且磁场方向与地面夹角为60°，故深度为，B正确，A、C、D错误。 2.某污水处理厂为了测量和控制污水的流量(单位时间内通过管内横截面的流体的体积)设计了如图所示的横截面为长方形的一段管道，其长、宽、高分别为a、b、c，其两端与输送污水的管道相连(图中两侧虚线)，管道上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现在加上方向垂直于前后两面、磁感应强度为B的水平匀强磁场，当污水稳定地流过时，在此管道的上下两面连一个内阻为R的电流表，其示数为I，已知污水的电阻率为ρ，则其流量为 (　 ) A. B. C. D. 解析：最终稳定时有qvB＝q，则v＝，根据电阻定律得R′＝ρ，则总电阻R总＝R′＋R，所以U＝IR总＝I，解得v＝，所以流量Q＝vS＝vbc＝，D正确。 解析：(1)由于粒子在偏转分离器Ⅲ中向上偏转，根据左手定则可知，粒子带正电； 设粒子的质量为m，电荷量为q，粒子进入速度选择器时的速度为v0， 在速度选择器中粒子做匀速直线运动，由平衡条件得qv0B1＝qE1 在加速电场中，由动能定理得qU＝mv02 联立解得粒子的比荷为＝。 (2)由洛伦兹力提供向心力，有qv0B2＝m 可得O点到P点的距离为OP＝2r＝。 (3)粒子进入Ⅱ瞬间，粒子受到向上的洛伦兹力 F洛＝qv0B1 受到向下的电场力F＝qE2 由于E2＞E1，且qv0B1＝qE1 其中满足qE2＝q(v0＋v1)B1 则粒子在速度选择器中水平向右以速度v0＋v1做匀速运动的同时，在纸面内以v1沿逆时针方向做匀速圆周运动，当速度转向到水平向右时，满足垂直打在速度选择器右挡板的O′点的要求，故此时粒子打在O′点的速度大小为v′＝v0＋v1＋v1＝。 答案：(1)带正电　　(2)　(3) $$