教科版高中物理选择性必修第二册第一章章末综合提升课件

这是一份教科版高中物理选择性必修第二册第一章章末综合提升课件，共60页。
章末综合提升第一章　磁场对电流的作用巩固层·知识整合提升层·题型探究主题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。(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。  [答案]　(1)斜向下指向纸里　(2)3.0 T≤B≤16.3 T一语通关　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，从题图中可以看出，要想经过M点，OM距离应为直径的整数倍，  一语通关　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　速度选择器1．平行板间电场强度E和磁感应强度B互相垂直。(如图) 【典例3】　如图所示，M、N为速度选择器的上、下两个带电极板，两极板间有匀强电场和匀强磁场。匀强电场的电场强度大小为E、方向由M板指向N板，匀强磁场的方向垂直纸面向里。速度选择器左右两侧各有一个小孔P、Q，连线PQ与两极板平行。某种带电微粒以速度v从P孔沿PQ连线射入速度选择器，从Q孔射出。不计微粒重力，下列判断正确的是(　　) √ 主题4　磁流体发电机1．原理：如图所示，等离子体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A板上，产生电势差，它可以把离子的动能通过磁场转化为电能。 【典例4】　(2021·河北卷)如图所示，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B1、一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B2。导轨平面与水平面夹角为θ，两导轨分别与P、Q相连。质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说法正确的是(　　) √   √ 主题6　霍尔元件1．定义：高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体的上表面A和下表面A′之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。2．电势高低的判断：如图所示，导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面A′的电势高。若自由电荷是正电荷，则下表面A′的电势低。  √ 章末综合测评(一)　磁场对电流的作用题号13524687910111213√141516一、单项选择题1．如图所示，竖直面内的导体框ABCD所在平面有水平方向的匀强磁场，AP⊥BC，∠B＝∠C＝60°，AB＝CD＝20 cm，BC＝40 cm。若磁场的磁感应强度为0.3 T，导体框中通入图示方向的5 A电流，则该导体框受到的安培力(　　)A．大小为0.6 N，方向沿PA方向B．大小为0.6 N，方向沿AP方向C．大小为0.3 N，方向沿PA方向D．大小为0.3 N，方向沿BC方向1718题号13524687910111213141516C　[力是矢量，三段导体棒在磁场中受到的安培力的合力与AD段受到的安培力是等效的，所以根据左手定则可知，导体框受到的安培力的方向垂直于AD的方向向下，即沿PA方向；AD段的长度L＝BC－2BP＝40 cm－2×20 cm×cos 60°＝20 cm＝0.2 m，安培力的大小F＝BIL＝0.3×5×0.2 N＝0.3 N，故C正确，A、B、D错误。]1718题号21345687910111213√1415162．如图所示为电视机显像管的原理示意图(俯视图)，通过改变偏转线圈的电流、偏转线圈内偏转磁场的方向和强弱，电子束都在不断变化，电子束打在荧光屏上的荧光屏光点就会移动，从而实现扫描，下列关于荧光屏上的光点说法正确的是(　　)A．光点打在A点，则磁场垂直纸面向里B．从A向B扫描，则磁场垂直纸面向里且不断减弱C．从A向B扫描，则磁场垂直纸面向外且不断减弱D．从A向B扫描，则磁场先垂直纸面向外且不断减弱，后垂直纸面向里且不断增强1718题号21345687910111213141516 1718题号32456879101112131141516 √1718题号32456879101112131141516 1718题号42356879101112131√1415164．一根中空的绝缘圆管放在光滑的水平桌面上。圆管底端有一个带正电的光滑小球。小球的直径略小于圆管的内径。空间存在一个垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示。现用一拉力F拉圆管并维持圆管以某速度水平向右匀速运动，则在圆管水平向右运动的过程中(　　)A．小球做类平抛运动，且洛伦兹力不做功B．小球做类平抛运动，且洛伦兹力做正功C．小球所受洛伦兹力一直沿圆管向管口方向D．小球的运动很复杂，以上说法都不对1718题号42356879101112131141516A　[洛伦兹力总是与速度垂直，不做功；设圆管运动速度为v1，小球垂直于圆管向右的分运动是匀速直线运动；小球沿圆管方向受到洛伦兹力的分力F1＝qv1B，q、v1、B均不变，F1不变，则小球沿圆管做匀加速直线运动；与平抛运动类似，小球运动的轨迹是一条抛物线，洛伦兹力方向不断变化，由于洛伦兹力和速度方向相互垂直，故洛伦兹力不做功，故B、C、D错误，A正确。]1718题号24536879101112131√141516  1718题号24536879101112131√1415166．如图所示，两相邻且范围足够大的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ的磁感应强度方向平行、大小分别为B和2B。一带正电粒子(不计重力)以速度v从磁场分界线MN上某处射入磁场区域Ⅰ，其速度方向与磁场方向垂直且与分界线MN成60°角，经过t1时间后粒子进入到磁场区域Ⅱ，又经过t2时间后回到区域Ⅰ，设粒子在区域Ⅰ、Ⅱ中的角速度分别为ω1、ω2，则(　　)A．ω1∶ω2＝1∶1 　 B．ω1∶ω2＝2∶1C．t1∶t2＝1∶1 　 D．t1∶t2＝2∶11718题号24536879101112131141516 1718题号24537689101112131√1415167．如图所示，一个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面轴线方向成θ角(环面轴线为竖直方向)，若导电圆环上通有如图所示的恒定电流I，则下列说法不正确的是(　　)A．导电圆环有收缩的趋势B．导电圆环所受安培力方向竖直向上C．导电圆环所受安培力的大小为2BIRD．导电圆环所受安培力的大小为2πBIR sin θ1718题号24537689101112131141516C　[若导电圆环上通有如题图所示的恒定电流I，由左手定则可得导电圆环上各小段所受安培力斜向内，导电圆环有收缩的趋势，导电圆环所受安培力方向竖直向上，导电圆环所受安培力的大小为2πBIR sin θ，故选项A、B、D不符合题意，选项C符合题意。]1718题号24538679101112131√141516 1718题号24538679101112131141516 1718题号92453867101112131√141516 √1718题号92453867101112131141516 1718题号92453867101112131√14151610．(2022·广东卷)如图所示，磁控管内局部区域分布有水平向右的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。电子从M点由静止释放，沿图中所示轨迹依次经过N、P两点。已知M、P在同一等势面上，下列说法正确的有(　　)A．电子从N到P，电场力做正功B．N点的电势高于P点的电势C．电子从M到N，洛伦兹力不做功D．电子在M点所受的合力大于在P点所受的合力√1718题号92453867101112131141516BC　[由题可知电子所受电场力水平向左，电子从N到P的过程中电场力做负功，故A错误；根据沿着电场线方向电势逐渐降低可知N点的电势高于P点，故B正确；由于洛伦兹力一直都和速度方向垂直，故电子从M到N洛伦兹力都不做功，故C正确；由于M点和P点在同一等势面上，故从M到P电场力做功为0，而洛伦兹力不做功，M点速度为0，根据动能定理可知电子在P点速度也为0，则电子在M点和P点都只受电场力作用，在匀强电场中电子在这两点电场力相等，即合力相等，故D错误。故选BC。]1718题号9245386710111213114151611．“天问一号”火星探测器由地火转移阶段进入火星俘获阶段后，环绕火星飞行三个月，反复对首选着陆区进行预先探测。“天问一号”环绕器携带磁强计等探测仪器。目前有一种磁强计，用于测定磁场的磁感应强度，原理如图所示。电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流。已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子1718题号92453867101112131√141516 √1718题号92453867101112131141516 1718题号9245386710111213114151612．如图所示，两个半径相同的半圆形光滑轨道分别竖直放在匀强磁场和匀强电场中，轨道两端在同一高度上，两个相同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放，M、N为轨道的最低点，以下说法正确的是(　　)  A．两小球到达轨道最低点的速度vM>vNB．两小球到达轨道最低点时对轨道的压力FM>FNC．小球第一次到达M点的时间大于到达N点的时间D．在磁场中小球能到达轨道的另一端，在电场中不能到达轨道另一端√√√1718题号92453867101112131141516 1718题号92453867101112131141516三、非选择题13．在第三次工业革命的今天，新材料的发现和运用尤为重要。我国某科研机构发现一种新型的半导体材料，目前已经知道这种半导体材料的载流子(参与导电的“带电粒子”)的电荷量的值是e(电子电荷量的绝对值)，但不知道它的电性和载流子的数密度n(单位体积中载流子的数量)。为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电，以及载流子的数密度，科学家把这种材料先加工成一块扁平的六面体样品，这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d(如图中所示)。1718题号92453867101112131141516现将这块样品接入电路中，且把靠外的平面标记为M，靠里的平面标记为N，然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场。接通开关S，调节可变电阻R。使电路中产生合适的电流。然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压(也叫霍尔电压)，从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度。(1)当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带________(选填“正”或“负”)电；负1718题号92453867101112131141516(2)为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，还需要测定的物理量有(写出物理量的含义并设定相应的符号)________________________________________________________________________；(3)根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式n＝________。电路中的电流强度(电流表的读数)I，M、N间的电压(电压表的读数或霍耳电压)U 1718题号92453867101112131141516 1718题号9245386710111213114151614．图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力来测量磁场的磁感应强度大小并判定其方向。所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源，R为电阻箱，Ⓐ为电流表，S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。1718题号92453867101112131141516(1)在图中画线连接成实验电路图。(2)完成下列主要实验步骤中的填空：①按图接线；②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1；③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D__________________；然后读出_______________，并用天平称出___________________；④用米尺测量_______________。见解析图重新处于平衡状态电流表的示数I此时细沙的质量m2D的底边长度L1718题号92453867101112131141516(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B＝________。(4)判定磁感应强度方向的方法是：若________，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里。[解析]　(1)如图所示。  1718题号92453867101112131141516 1718题号9245386710111213114151615．如图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为B。金属杆质量为m，水平放在导轨上。当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止。求：(1)B至少多大？这时B的方向如何？(2)若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止。1718题号92453867101112131141516  1718题号9245386710111213114151616．如图所示，A点距坐标原点的距离为L，坐标平面内有边界过A点和坐标原点O的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于坐标平面向里。有一电子(质量为m、电荷量为e)从A点以初速度v0平行于x轴正方向射入磁场区域，在磁场中运动，从x轴上的B点射出磁场区域，此时速度方向与x轴的正方向之间的夹角为60°，求：(1)磁场的磁感应强度大小；(2)磁场区域的圆心O1的坐标；(3)电子在磁场中运动的时间。1718 题号924538671011121311415161718  题号924538671011121311415161718题号924538671011121311415161718  题号924538671011121311415161718 题号924538671011121311415161718  题号924538671011121311415161718 题号924538671011121311415161718 题号924538671011121311415161718 题号924538671011121311415161718