教科版高中物理选择性必修第二册第1章章末综合提升学案

这是一份教科版高中物理选择性必修第二册第1章章末综合提升学案，共27页。
主题1　安培力作用下的力学问题1．通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路(1)选定研究对象。(2)变三维为二维，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。立体图　　　　　平面图立体图　　　　　　平面图(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，这一点与电场力不同。(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，将机械能或其他形式的能转化为电能。(3)解答时一般要用到动能定理与能量守恒定律。【典例1】　如图所示，电源电动势E＝2 V，内阻r＝0.5 Ω，竖直导轨宽L＝0.2 m，导轨电阻不计。另有一质量m＝0.1 kg，电阻R＝0.5 Ω的金属棒，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°且与金属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，g取10 m/s2)。求：(1)此磁场的方向；(2)该磁场的磁感应强度B的取值范围。[解析]　(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受力分析如图所示。经分析知磁场的方向斜向下指向纸里。甲　　　　　　乙(2)如图甲所示，当ab棒有向下滑的趋势时，受静摩擦力向上为Ff，则：F安sin 30°＋Ff－mg＝0F安＝B1ILFf＝μF安cos 30°I＝ER+r联立解得B1≈3.0 T。当ab棒有向上滑的趋势时，受静摩擦力向下为Ff′，如图乙所示，则：F安′sin 30°－Ff′－mg＝0Ff′＝μF安′cos 30°F安′＝B2ILI＝ER+r可解得B2≈16.3 T。所以若保持金属棒静止不滑动，磁感应强度应满足3.0 T≤B≤16.3 T。[答案]　(1)斜向下指向纸里(2)3.0 T≤B≤16.3 T解答安培力问题的一般步骤(1)明确研究对象，这里的研究对象一般是通电导体。(2)正确进行受力分析并画出导体的受力分析图，必要时画出侧视图、俯视图等。(3)根据受力分析确定通电导体所处的状态或运动过程。(4)运用平衡条件或动力学知识列式求解。 主题2　带电粒子在洛伦兹力作用下的多解问题1．带电粒子的电性不确定形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，当粒子具有相同速度时，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致多解。如图所示，带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，若带正电，其轨迹为a；若带负电，其轨迹为b。2．磁场方向的不确定形成多解磁感应强度是矢量，如果题述条件只给出磁感应强度的大小，而未说明磁感应强度的方向，则应考虑因磁场方向不确定而导致的多解。如图所示，带正电的粒子以速率v垂直进入匀强磁场，若B垂直纸面向里，其轨迹为a，若B垂直纸面向外，其轨迹为b。3．临界状态不唯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°从入射面边界反向飞出，如图所示，于是形成了多解。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，如图所示。【典例2】　在x轴上方有匀强电场，电场强度为E，在x轴下方有匀强磁场，磁感应强度为B，方向如图所示。在x轴上有一点M，离O点距离为l，现有一带电荷量为＋q的粒子，从静止开始释放后能经过M点，求如果此粒子在y轴上静止释放，其坐标应满足什么关系？(重力忽略不计)。[解析]　要使带电粒子从静止释放后能运动到M点，必须把粒子放在电场中A点先加速才行，当粒子经加速并以速度v进入磁场后，只受洛伦兹力而做匀速圆周运动，运动半周后到达B点，再做减速运动，上升到与A点等高处，再返回做加速运动，到B点后又以速度v进入磁场做圆周运动，半径与前者相同，以后重复前面的运动，从图中可以看出，要想经过M点，OM距离应为直径的整数倍，即满足2R·n＝OM＝l(n＝1，2，3…)。 ①R＝mvqB ②Eq·y＝12mv2 ③联立①②③可得：y＝B2l2q8n2mE(n＝1，2，3…)。[答案]　y＝B2l2q8n2mE(n＝1，2，3…)求解带电粒子在磁场中运动多解问题的技巧(1)分析题目特点，确定题目多解性形成原因。(2)作出粒子运动轨迹示意图(全面考虑多种可能性)。(3)若为周期性重复的多解问题，寻找通项式，若是出现几种解的可能性，注意每种解出现的条件。 主题3　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圆周运动，如图：(3)带电粒子先在磁场中做圆周运动，然后垂直进入电场做类平抛运动，如图：(4)带电粒子先在磁场Ⅰ中做圆周运动，然后垂直进入磁场Ⅱ做圆周运动，如图：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。【典例3】　如图所示，在y>0的区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E；在y