最新物理31沪科版磁场导学案A4打印版.docx
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最新物理31沪科版磁场导学案A4打印版
第三章磁场
3.1我们周围的磁现象、3.2认识磁场
例1 关于磁感线的描述,下列说法中正确的是( )
A.磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向,它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致
B.磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的
C.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
D.两个磁场叠加的区域,磁感线就可能相交
变式训练1 关于磁感线的认识下列说法正确的是( )
A.磁感线从磁体的N极出发,终止于磁体的S极
B.磁感线可以表示磁场的强弱和方向
C.磁场中某点磁场的方向,即为该点的磁感线的切线方向
D.沿磁感线的方向,磁感应强度减弱
图2
例2 一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时,磁针的S极向纸内偏转,如图2所示,则这束带电粒子可能是( )
A.向右飞行的正离子束
B.向左飞行的正离子束
C.向
右飞行的负离子束
D.向左飞行的负离子束
图3
变式训练2 有一束电子流沿x轴正方向高速运动,如图3所示,电子流在z轴上的P点处所产生的磁场方向是沿( )
A.y轴正方向 B.y轴负方向
C.z轴正方向 D.z轴负方向
【即学即练】
1.关于地磁场,下列叙述正确的是( )
A.地球的地磁两极和地理两极重合
B.我们用指南针确定方向,指南的一极是指南
针的北极
C.地磁的北极与地理的南极重合
D.地磁的北极在地理的南极附近
2.首先发现电流磁效应的科学家是( )
A.安培B.库仑
C.奥斯特D.法拉第
3.实验表明:
磁体能吸引一元硬币,对这种现象解释正确的是( )
A.硬币一定是铁做的,因为磁体能吸引铁
B.硬币一定是铝做的,因为磁体能吸引铝
C.磁体的磁性越强,能吸引的物质种类越多
D.硬币中含有磁性材料,磁化后能被吸引
4.试在图4中,由电流产生的磁场方向确定导线或线圈中的电流方向.
图4
3.3探究安培力
例1 在匀强磁场中的P处放一个长度为L=20cm,通电电流I=0.5A的直导线,测得它受到的最大磁场力F=1.0N,其方向竖直向上,现将该通电导线从磁场中撤走,则P处磁感应强度为( )
A.0
B.10T,方向沿竖直方向向上
C.0.1T,方向沿竖直方向向上
D.10T,方向肯定不沿竖直方向向上
变式训练1 下列关于磁感应强度的方向的说法中,正确的是( )
A.某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向
B.某处小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向
C.垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向
D.磁场中某点的磁感应强度的方向
就是该点的磁场方向
例2 将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图(
1)~(4)所示.已知磁感应强度为1T,试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向.
变式训练2 如图2所示,其中A、B图已知电流方向及其
所受磁场力的方向,试判断并在图中标出磁场方向.C、D图已知磁场方向及其对电流作用力的方向,试判断电流方向并在图中标出.
图2
例3 如图3所示,线圈平面与水平方向夹角θ=60°,磁感线竖直向下,线圈平面面积S=0.4m2,匀强磁场磁感应强度B=0.6T,则穿过线圈的磁通量Φ为多少?
图3
图4
变式训练3 如图4所示,线框面积为S,线框平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直,则穿过线框平面的磁通量为________.若使线框绕OO′轴转过60°,则穿过线框平面的磁通量为______;若从初始位置转过90°,则穿过线框平面的磁通量为________;若从初始位置转过180°,则穿过线框平面的磁通量变化为______.
【即学即练】
1.把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,下列图中能正确反映各量间关系的是( )
2.有关磁感应强度的方向,下列说法正确的是( )
A.B的方向就是小磁针N极所指方向
B.B的方向与小磁针在任何情况下N极受力方向一致
C.B的方向就是通电导线的受力方向
D.B的方向就是该处磁场的方向
3.关于磁通量,下列说法中正确的是( )
A.磁通量不仅有大小而且有方向,所以是矢量
B.磁通量越大,磁感应强度越大
C.穿过某一面积的磁通量为零,该处磁感应强度不一定为零
D.磁通量就是磁感应强度
4.请画出在图5所示的甲、乙、丙三种情况下,导线受到的
安培力的方向
图5
3.4安培力的应用
例1 根据以上对磁电式电流表的学习,判断以下说法错误的是( )
A.指针稳定后,线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的
B.通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转的角度也越大
C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是
匀强磁场
D.在线圈转动的范围内,线圈所受安培力与电流有关,而与所处位置无关
变式训练1 在直流电动机模型中,下列说法正确的是( )
A.当线圈平面静止在与磁感线方向垂直的位置时,若通以直流电,线圈将转动起来
B.随着线圈的转动,线圈上各边所受的安培力大小都要发生变化
C.当线圈平面与磁感线方向平行时,安培力的力矩最小
D.改变线圈中的输入电压,电动机的转速也将发生变化
例2 如图3所示,把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面,当线圈内通入如图方向的电流后,则线圈( )
图3
A.向左运动
B.向右运动
C.静止不动
D.无法确定
图4
变式训练2 一条形磁铁放在水平桌面上,在它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒,图4中只画出此棒的横截面图,并标出此棒中的电流是流向纸内的,在通电的一瞬间可能产生的情况是( )
A.磁铁对桌面的压力减小
B.磁铁对桌面的压力增大
C.磁铁受到向右的摩擦力
D.磁铁受到向左的摩擦力
图5
例3 如图5所示,一
金属直杆MN两端接有导线,悬挂于线圈上方,MN与线圈轴线均处于竖直平面内,为使MN垂直于纸面向里运动,可以( )
A.将a、c端接在电源正极,b、d端接在电源负极
B.将b、d端接在电源正极,a、c端接在电源负极
C.将a、d端
接在电源正极,b、c端接在电源负极
D.将a、c端接在交流电源的一端,b、d端接在交流电源的另一端
点评 安培定则、左手定则尽管都与电流、导线有关,而且往往同时应用,但安培定则是用来判断电流的磁场方向,又称右手螺旋定则,用右手判断;而左手定则是用左手判断通电导线的受力情况的.
图6
变式训练3 直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离,直导线固定,线圈可以自由运动.当通过如图6所示的电流时(同时通电),从左向右看,线圈将( )
A.顺时针转动,同时靠近直导线AB
B.顺时针转动,同时离开直导线AB
C.逆时针转动,同时靠近直导线AB
D.不动
图7
例4 在倾角为α的光滑斜面上,放
置一通有电流为I,长为L,质量为m的导体棒,如图7所示,试问:
(1)欲使棒静止在斜面上,外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向.
(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力,外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向.
图8
变式训练4 如图8所示,用两根轻细悬线将质量为m、长为L的金属棒ab悬挂在c、d两处,置于竖直向上的匀强磁场内.当棒中通以从a到b的电流I后,两悬线偏离竖直方向θ角,棒处于平衡状态.则磁感应强度B为多少?
为了使棒平衡在该位置上,所需磁场的最小磁感应强度B为多少?
方向如何?
【即学即练】
1.下列关于磁电式电流表的说法中,正确的是( )
A.电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用
B.电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用
C.电流表指针的偏转角与所通电流的大小成正比
D.电流表指针的偏转角与所通电流的大小成反比
2.一根长为0.2m、通有2A电流的通电导线放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中,则其受到的磁场力的大小不可能是( )
A.0.4NB.0.2NC.0.1ND.0
图9
3.一根有质量的金属棒MN两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点,棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中,棒中电流方向从M流向N,如图9所示,此时棒受到导线对它的拉力作用.为使拉力等于零,可以( )
A.适当减小磁感应强度B.适当增大电流
C.使磁场反向D.使电流反向
4.质量为m、长度为L的导体棒MN静止在水平导轨上.通过MN的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,与导轨平面成θ角斜向上,如图10所示.求MN受到的支持力和摩擦力的大小.
图10
3.5研究洛伦兹力
例1 图3中各图已标出磁场方向、电荷运动方向、电荷所受洛伦兹力方向三者中的两个,试标出另一个的方向.
图3
变式训练1
图4
如图4所示,将水平导线置于真空中,并通以恒定电流I.导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相
同,则质子的运动情况可能是( )
A.沿路径a运动
B.沿路径b运动
C.沿路径c运动D.沿路径d运动
例2
图5
如图5所示,摆球带负电荷的单摆,在一匀强磁场中摆
动.匀强磁场的方向垂直于纸面向里.摆球在A、B间摆动过程中,由A摆到最低点C时,摆线拉力大小为F1,摆球加速度大小为a1;由B摆到最低点C时,摆线拉力大小为F2,摆球加速度大小为a2,则( )
A.F1>F2,a1=a2
B.F1<F2,a1=a2
C.F1>F2,a1>a2D.F1<F2,a1<a2
变式训练2 下列关于带电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动的说法,正确的是( )
A.只要速度的大小相同,所受洛伦兹力的大小就相同
B.如果把+q改为-q,且速度反向而大小不变,
则洛伦兹力的大小、方向都不变
C.洛伦兹力方向
一定与电荷运动的速度方向垂直,磁场方向也一定与电荷的运动方向垂直
D.当粒子只受洛伦兹力作用时,动能不变
例3
图6
如图6所示,套在很长的绝缘直棒上的小球其质量为m,带电荷量是+q,小球可在棒上滑动.将此棒竖直放在互相垂直、方向如图所示的匀强电场和匀强磁场中,电场强度大小为E,磁感应强度大小为B.小球与棒的动摩擦因数为μ,求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度.
图7
变式训练3 质量为0.1g的小物块,带有5×10-4C的电荷量,放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上,整个斜
面置于0.5T的匀强磁场中,磁场方向如图7所示.物块由静止开始下滑,滑到某一位置时,物块开始离开斜面(设斜面足够长,取g=10m/s2),问:
(1)物块带何种电荷?
(2)物块离开
斜面时的速度为多少?
【即学即练】
1.关于带电粒子所受洛伦兹力F、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系,下列说法正确的是( )
A.F、B、v三者必定均保持垂直
B.F必定垂直于B、v,但B不一定垂直于v
C.B必定垂直于F,但F不一定垂直于v
D.v必定垂直于F、B,但F不一定垂直于B
2.下列说法正确的是( )
A.运动电荷在磁感应强度不为零的地方,一定受到洛伦兹力的作用
B.运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用,则该处的磁感应强度一定为零
C.洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能,也不能改变带电粒子的速度
D.洛伦兹力对带电粒子不做功
图8
3.初速度为v0的电子,沿平行于通电长直导线的方向射出
,直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图8所示,则( )
A.电子将向右偏转,速率不变
B.电子将向左偏转,速率改变
C.电子将向左偏转,速率不变
D.电子将向右偏转,速率改变
4.一初速度为零的质子,经过电压为1880V的电场加速后,垂直进入磁感应强度为5.0×10-4T的匀强磁场中,则质子受到的洛伦兹力多大?
(质子质量m=1.67×10-27kg,g=10m/s2)
3.6洛伦兹力与现代技术1
图4
例1 两个带异种电荷的粒子以同一速度从同一位置垂直磁场边界进入匀强磁场,如图4所示,在磁场中它们的轨迹均为半个圆周,粒子A的轨迹半径为r1,粒子B的轨迹半径为r2,且r2=2r1,q1、q2分别是它们的电荷量.则A粒子带________电、B粒子带________电;它们的比荷之比为
∶
=________;它们的运动时间之比为t1∶t2=______
_.
点拨提升 本题考查了带电粒子在磁场中的运动,比荷相同的带电粒子在同一匀强磁场中的运动周期相同.求运动时间的一般方法是求出周期,再看运动轨迹所占整个圆周的比例,或由圆心角α得t=
T.应用了比较与分类的方法.
变式训练1 质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道半径分别为Rp和Rα,周期分别为Tp和Tα,则下列选项正确的是( )
A.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶2
B.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶1
C.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶2
D.Rp∶Rα=1∶2,T
p∶Tα=1∶1
例2 质谱仪原理如图5所示,a为粒子加速器,电压为U1;b为速度选择器,磁场与电场正交,磁感应强度为B1,板间距离为d;c为偏转分离器,磁感应强度为B2.今有一质量为m、电荷量为e的正电子(不计重力),经加速后,该粒子恰能竖直通过速度选择器,粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动.则:
(1)粒子的速度v为多少?
(2)速度选择器的电压U2为多少?
(3)粒子在磁场B2中做匀速圆周运动的半径R为多大?
图5
变式训练2 回旋加速器是用来加速带电粒子使其获得很大动能
的仪器,其核心部分是两个D形金属扁盒,两盒分别和一高频交流电源的两极相接,以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过窄缝都得到加速,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圆心附近,若粒子源射出粒子的电荷量为q、质量为m,粒子的最大回旋半径为Rm,其运动轨迹如图6所示,问:
(1)粒子在盒内做何种运动?
(2)粒子离开加速器时,速度是多大,最大动能为多少?
(3)设两D形盒间电场的电势差为U,求加速到上述能量所需的时间.(不计粒子在电场中运动的时间)
图6
例3 如图7所示,两块长度均为5d的金属板,相距d平行放置.下板接地,两板间有垂直纸面向里的匀强磁场.一束宽为d的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两板间.设电子的质量为m,电荷量为e,入射速度为v0.要使电子不会从两板间射出,求匀强磁场的磁感应强度B满足的条件.
图7
变式训练3 如图8所示,在y<0的区域存在匀强磁场,磁场方向垂直xOy平面并指向纸外,磁感应强度为B.一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场,入射方向在xOy平面内,与x轴正方向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位置与O点的距离为l,求该粒子的比荷
.
图8
【即学即练】
1.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动,下列
说法正确的是( )
A.速率越大,周期越大
B.速率越小,周期越大
C.速度方向与磁场方向平行
D.速度方向与磁场方向垂直
2.在回旋加速器中,带电粒子在D形盒内经过半个圆周所需的时间t与下列物理量无关的是( )
A.带电粒子的质量和电荷量
B.带电粒子的速度
C.加速器的磁感应强度
D.带电粒子运动的轨道半径
3.质子和α粒子分别经电压为2000V和4000V的电场加速后,进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动,则它们的周期比是( )
A.1∶2B.1∶1C.2∶1D.1∶4
3.6洛伦兹力与现代技术2
1.运动电荷进入磁场后(无其他场),可能做( )
A.匀速圆周运动B.匀速直线运动
C.匀加速直线运动D.平抛运动
2.带电粒子垂直匀强磁场方向运动时,会受到洛伦兹力的作用.下列表述正确的是( )
A.洛伦兹力对带电粒子做功
B.洛伦兹力不改变带电粒子的动能
C.洛伦兹力的大小与速度无关
D.洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向
图1
3.如图1所示,两根相互平行放置的长直导线a和b通有大小相等、方向相反的电流,a受到的磁场力大小为F1.当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,a受到的磁场力大小变为F2,则此时b受到的磁场力大小为( )
A.F2 B.F1-
F2
C.F1+F2 D.2F1-F2
4.质子以v=1.0×104m/s的速度进入B=0.1T的匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,v的方向沿纸面与水平线成α=60°角,则质子在
磁场中受的洛伦兹力大小为________N.
一、带电粒子在复合场中的运动
例1 已知质量为m的带电液滴,以速度v射入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中,液滴在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动,如图2所示.求:
(1)液滴在空间受到几个力作用;
(2)液滴电性及带电荷量;
(3)液滴做匀速圆周运动的半径多大.
图2
变式训
练1 如图3所示,
匀强电场方向水平向右,匀强磁场方向垂直于纸面向里,一质量为m、带电荷量为q的微粒以与磁场方向垂直,与电场成4
5°角的速度v射入复合场中,恰能做匀速直线运动,求电场强度E和磁感应强度B的大小.
图3
例2 如图4所示,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.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4
变式训练2 如图5所示,将倾角为θ的光滑绝缘斜面放置在一个足够大的、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中.一个质量为m、带电荷量为-q的小滑块,在竖直平面内沿斜面由静止开始下滑.问:
经过多长时间,带电滑块将脱离斜面?
图5
二、复合场问题实际应用举例
图9
例3 医生做某些特殊手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度.电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成,磁极间的磁场是均匀的.使用时,两电极a、b均与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直,如图9所示.由于血液中的正负
离子随血流一起在磁
场中运动,电极a、b之间会有微小电势差.在达到平衡时,血管内部的电场可看做是匀强电场,血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零.在某次监测中,两触点的距离为3.0mm,血管壁的厚度可忽略,两触点间的电势差为160μV,磁感应强度的大小为0.040T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为( )
A.1.3m/s,a正、b负
B.2.7m/s,a正、b负
C.1.3m/s,a负、b正
D.2.7m/s,a负、b正
变式训练3
图10
某制药厂的污水处理站的管道中安装了如图10所示的流量计,该装置由绝缘材料制
成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极.当含有大量正负离子(其重力不计)的污水充满管口从左向右流经该装置时,利用电压表所显示的两个电极间的电压U,就可测出污水流量Q(单位时间内流出的污水体积).则下列说法正确的是( )
A.后表面的电势一定高于前表面的电势,与正负离子的多少无关
B.若污水中正负离子数相同,则前后表面的电势差为零
C.流量Q越大,两个电极间的电压U越大
D.污水中离子数越多,两个电极间的电压U越大
【即学即练】
图11
1.如图11所示,在平行带电金属板间有垂直于纸面向里的匀强磁场,质子、氘核、氚核沿平行于金属板方向,以相同动能射入两极板间,其中氘核沿直线运动,未发生偏转,质子和氚核发生偏转后射出,则:
①偏向正极板的是质子;②偏向正极板的是氚核;③射出时动能最大的是质子;④射出时动能最大的是氚核.以上说法正确的是( )
A.①②B.②③C.③④D.①④
图12
2.在图12中虚线所围的区域内,存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场.已知从左方水平射入的电子,穿过此区域时未发生偏转,设重力可以忽略不计,则在此区域中的E和B的方向不可能是( )
A.E和B都沿水平方向,并与电子运动的方向相同
B.E和B都沿水平方向,并与电子运动的方向相反
C.E竖直向上,B垂直纸面向外
D.E竖直向上,B垂直纸面向里
图13
3.一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图13所示的匀强磁场和匀强电场区域时,恰能沿直线运动,则欲使电荷向下偏转时应采用的办法是( )
A.增大电荷质量
B.增大电荷电荷量
C.减小入射速度
D.增大磁感应强度
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