1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-1 第三章 磁 场成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 磁 场 第三章 第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 章末小结第三章 第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 规 律 方 法 2触 及 高 考 3考 题 探 析 4临 场 练 兵 5知 识 结 构 1第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 知 识 结 构第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 第三章 章末小结成才之路 高中新
2、课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 规 律 方 法第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 一、有关安培力问题的分析与计算安培力是一种性质力，既可以使通电导体静止、运动或转动，又可以对通电导体做功，因此，有关安培力问题的分析与计算的基本思路和方法与力学问题一样，先取研究对象进行受力分析，判断通电导体的运动情况，然后根据题目中的条件由牛顿定律或动能定理等规律求解。具体求解应从以下几个方面着手分析。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 1安培力的大小当通电导体与磁场方向垂直时，FILB；当通电导体与磁场方向平行时，F0；当通
3、电导体和磁场方向的夹角为时，FILBsin。2安培力的方向由左手定则判断，安培力垂直于磁场的方向，也垂直于导线的方向，即安培力垂直于磁场和导线所决定的平面，但磁场与导线可以不垂直。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 3解决安培力问题的一般步骤先画出通电导线所在处的磁感线的方向，用左手定则确定通电导线所受安培力的方向；根据受力分析确定通电导体所处的状态或运动过程；根据牛顿运动定律或动能定理求解。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (北京市朝阳区20142015学年高二下学期期末)电磁炮有很多优点，备受各国军事家的重视，如
4、图是导轨式电磁炮实验装置的示意图。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块(即实验用弹丸)。滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源，滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为BkI，如果两导轨内侧间距为l，滑块的质量为m，滑块沿导轨滑行距离s后获得的发射速度为v0。以下说法中正确的是()第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 A若使电流和磁感应强度的方向同时反向，滑块的发射方向也将随之反向B
5、若将电源提供的电流加倍，则滑块沿导轨滑行距离s后获得的发射速度为2vC若使电源提供的电流加倍，则滑块沿导轨滑行距离s后获得的发射速度为4vD若使滑块的质量加倍，则滑块沿导轨滑行距离s后获得的发射速度为0.5v第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：由左手定则可知，若使电流和磁感应强度的方向同时反向，滑块受到的安培力方向不变，滑块的发射方向不变，故A错误；滑块受到的安培力：FBIlkIIlkI2l，滑块的加速度：a Fm kI2lm，滑块做初速度为零的匀加速直线运动，由速度位移公式得：v22as，解得：vI2klsm；所以将电源提供的电流I加倍，滑块沿导轨
6、滑行距离s后获得的发射速度为2v，故B正确，C错误；若使滑块的质量加倍，由上式可知，滑块沿导轨滑行距离s后获得的发射速度为 v2，故D错误。答案：B第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 二、有关洛伦兹力的多解问题要充分考虑带电粒子的电性、磁场方向、轨迹及临界条件的多种可能性，画出其运动轨迹，分阶段、分层次地求解。常见的多解问题有以下几种：1带电粒子电性不确定造成多解受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，在相同的初速度的条件下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 如图甲
7、所示，带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如带正电，其轨迹为a，如带负电，其轨迹为b。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 2磁场方向不确定形成多解有些题目只告诉了磁感应强度大小，而未具体指出磁感应强度方向，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解。如图乙所示，带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如B垂直纸面向里，其轨迹为a，如B垂直纸面向外，其轨迹为b。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 3临界状态不惟一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过180
8、从入射界面这边反向飞出，如图丙所示，于是形成了多解。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 4运动的往复性形成多解带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解。如图丁所示。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 如图所示，圆锥体顶角为120。质量为m1kg、带电荷量为q1C的带电小球被长度为L1m的轻细线系于圆锥体顶部，整个装置处在方向竖直向下，磁感应强度为B1T的匀强磁场中，取g10m/s2，欲使小球刚好不离开锥面，小球转动的角速度可能为()A0.866rad/s B1rad/sC4rad/
9、sD5rad/s第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：由于小球转动方向未知，受到的洛伦兹力方向不确定，则需要小球刚好不离开锥面临界条件下分情况讨论：从上向下看，若小球沿顺时针方向转动，受力分析如图a所示，水平方向有Fsin60|q|B1Lsin60m 21 Lsin60，竖直方向有Fcos60mg，解得15rad/s，选项D对；从上向下看，若小球沿逆时针方向转动，受力分析如图b所示，水平方向有Fsin60|q|B2Lsin60m 22 Lsin60，竖直方向不变，联立解得24rad/s，选项C对。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版
10、物理 选修3-1 答案：CD点评：此题疑难点在于恰好离开锥面的条件，小球转动方向如何影响向心力。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 三、带电粒子在复合场中的运动复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两种场并存的场，或场分区域存在。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 力的特点功和能的特点重力场大小：Gmg方向：竖直向下重力做功与路径无关重力做功改变重力势能静电场大小：FqE方向：正电荷受力方向与电场强度的方向相同；负正电荷受力方向与电场强度的方向相反电场力做功与路径无关WqU电场力做功改变电势能磁 场洛伦兹力的大小：
11、FqvB方向：符合左手定则洛伦兹力不做功，不改变电荷的动能三种场的比较第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 四、带电粒子在复合场中的运动分类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匀速圆周运动在三场并存的区域中，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。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 3较复杂的曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲
12、线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。4.分阶段运动带电粒子可能依次通过几种不同情况的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 注意：研究带电粒子在复合场中的运动时，首先要明确各种不同力的性质和特点；其次要正确地画出其运动轨迹，再选择恰当的规律求解。一般情况下，电子、质子、粒子等微观粒子在复合场中所受的重力远小于电场力、磁场力，因而重力可以忽略，如果有具体数据，可以通过比较来确定是否考虑重力，在有些情况下需要由题设条件来确定是否考虑重力。求解带电粒子在复合场中的运动问题的一般
13、步骤是：(1)选带电粒子为研究对象；(2)对带电粒子进行受力分析；(3)依据受力情况判定带电粒子的运动形式；(4)分析运动过程并结合力学规律列方程或画图象，然后求解。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 在图甲所示的空间里，存在着垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B 2mq。在竖直方向存在着交替变化的匀强电场(竖直向上为正)，电场大小为E0mgq。一倾角为、长度足够的光滑绝缘斜面放置在此空间。斜面上有一质量为m、电荷量为q的小球，从t0时刻由静止开始沿斜面下滑，设第5s内小球不会离开斜面，重力加速度为g。求：第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导
14、人教版 物理 选修3-1 (1)小球第1s末的速度。(2)小球在前2s内的位移。(3)第6s内小球离开斜面的最大距离。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 规范解答：(1)设第1s内小球在斜面上运动的加速度为a，由牛顿第二定律得(mgqE0)sinma第1s末的速度v1at1解得v12gsin(2)第2s内：qE0mg，所以，小球将离开斜面在上方做匀速圆周运动，圆周运动的周期T2mqB 1s小球在第2s末回到第1s末的位置，所以小球前2s内的位移s12at21gsin第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (3)由图丙可知，
15、小球在奇数秒内沿斜面做匀加速运动，在偶数秒内离开斜面做完整的圆周运动。所以，第5s末的速度v5a(t1t3t5)6gsin，由qvB mv2R得小球第6s内做圆周运动的半径R33gsin小球离开斜面的最大距离d2R36gsin答案：(1)2gsin(2)gsin(3)6gsin第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 点评：本题属于典型的带电粒子在复合场中的运动问题，正确分析带电粒子在各个时间段内的受力，得出粒子在偶数秒内做匀速圆周运动是解题的关键。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 触 及 高 考第三章 章末小结成才之路
16、高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 1本章知识在高考中主要考查磁场的基本概念、安培力和洛伦兹力的判断和应用。侧重于带电粒子在磁场中的匀速圆周运动、带电粒子在复合场中运动等问题。多以选择题和综合计算题的形式出现。2带电粒子在复合场中的运动是高考的重点之一，能综合考查重力、电场力、磁场力的分析，各种力做功、能量转化的关系，圆周运动、动力学知识，以及考生的分析和综合应用能力。覆盖考点较多，是历年高考的一个命题热点，难度较大，在学习中我们要加倍努力。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 考 题 探 析第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版
17、 物理 选修3-1 (2015全国卷，19)有两个匀强磁场区域 和，中的磁感应强度是 中的k倍。两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动。与 中运动的电子相比，中的电子()A运动轨迹的半径是中的k倍B加速度的大小是中的k倍C做圆周运动的周期是中的k倍D做圆周运动的角速度与中的相等第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：电子在磁场中做匀速圆周运动时，向心力由洛伦兹力提供：qvB mv2r，解得：r mvqB，因为中的磁感应强度是中的k倍，所以，中的电子运动轨迹的半径是 中的k倍，故A正确；加速度aqvBm，加速度大小是中的1k倍，故B错误；由周期公式：
18、T 2mqB，得中的电子做圆周运动的周期是中的k倍，故C正确；角速度 2T qBm，中的电子做圆周运动的角速度是中的1k倍，故D错误。答案：AC第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (2015四川理综，7)如图所示，S处有一电子源，可向纸面内任意方向发射电子，平板MN垂直于纸面在纸面内的长度L9.1 cm，中点O与S间的距离d4.55 cm，MN与SO直线的夹角为，板所在平面有电子源的一侧区域有方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B2.0104 T。电子质量m9.11031 kg，电量e1.61019 C，不计电子重力。电子源发射速度v1.6106 m/
19、s的一个电子，该电子打在板上可能位置的区域的长度为l，则()第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 A90时，l9.1 cm B60时，l9.1 cmC45时，l4.55 cmD30时，l4.55 cm第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：电子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力：evBmv2R，RmvBe 4.55102m4.55cmL2，90时，击中板的范围如图1，l2R9.1cm，选项A正确。60时，击中板的范围如图2所示，lR(R4.55cm)，故选项D正确，选项C错误。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指
20、导 人教版 物理 选修3-1 答案：AD第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 临 场 练 兵第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 一、选择题(1题为单选题，2题为多选题)1(2015全国卷，14)两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力)，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后，粒子的()A轨道半径减小，角速度增大B轨道半径减小，角速度减小C轨道半径增大，角速度增大D轨道半径增大，角速度减小答案：D第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-
21、1 解析：由于磁场方向与速度方向垂直，粒子只受到洛伦兹力作用，即qvBm v2R，轨道半径R mvqB，洛伦兹力不作功，从较强到较弱磁场区域后，速度大小不变，但磁感应强度变小，轨道半径变大，根据角速度vR 可判断角速度变小。选项D正确。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 2(2015全国卷，18)指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针，下列说法正确的是()A指南针可以仅具有一个磁极B指南针能够指向南北，说明地球具有磁场C指南针的指向会受到附近铁块的干扰D在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转答案：BC第三章 章末小结成才之路 高
22、中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：指南针不可以仅具有一个磁极，故A错误；指南针能够指向南北，说明地球具有磁场，故B正确；当附近的铁块磁化时，指南针的指向会受到附近铁块的干扰，故C正确；根据安培定则，在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时会产生磁场，指南针会偏转。故D错误。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 二、非选择题3(2015全国卷，24)如图，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘。金属棒通过开关与一电动
23、势为12 V的电池相连，电路总电阻为2。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm。重力加速度大小取10m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 答案：安培力的方向竖直向下，金属棒的质量为0.01kg第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：金属棒通电后，闭合回路电流IUR12 V2 6 A，导体棒受到安培力FBIL0.06 N。根据安培定则可判断金属棒受到安培力方向竖直向下，开关闭
24、合前2k0.5102mg，开关闭合后2k(0.50.3)102mgF，解得m0.01 kg。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 4(2015福建理综，22)如图，绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，到达C点时离开MN做曲线运动。A、C两点间距离为h，重力加速度为g。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (1)求小滑块运动到C点时的速度大小vC；(2)求
25、小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的P点。已知小滑块在D点时的速度大小为vD，从D点运动到P点的时间为t，求小滑块运动到P点时速度的大小vP。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 答案：(1)EB(2)mghmE22B2(3)mg2qE2m2t2v2D解析：(1)由题意知，根据左手定则可判断，滑块在下滑的过程中受水平向左的洛伦兹力，当洛伦兹力等于电场力qE时滑块离开MN开始做曲线运动，即BqvqE，解得：vCE/B。(2)从A到C根据动能定理：mghWf12mv20，解得：Wfmgh12mE2B2。第三章 章末小结成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (3)设重力与电场力的合力为F，由图意知，在D点速度vD的方向与F的方向垂直，从D到P做类平抛运动，在F方向做匀加速运动，aF/m，t时间内在F方向的位移为x12at2，从D到P，根据动能定理：Fx12mv 2P12mv2D，其中Fmg2qE2，联立解得：vPmg2qE2m2t2v2D。