高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題9 磁場(chǎng)課件.ppt

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1 專題9磁場(chǎng) 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 考點(diǎn)39帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 考點(diǎn)40洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題 考點(diǎn)41帶電體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 2 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 1 磁場(chǎng)與磁感線 1 磁場(chǎng) 磁體或電流周圍存在磁場(chǎng) 磁體與磁體 磁體和電流 電流和電流通過磁場(chǎng)相互作用 關(guān)注地磁場(chǎng) 地磁南極在地理北極附近 地磁北極在地理南極附近 電流周圍磁場(chǎng)的方向用安培定則 也稱右手螺旋定則 來確定 2 掌握幾種常見的磁場(chǎng)與磁感線 直線電流的磁場(chǎng) 無磁極 非勻強(qiáng) 距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱 3 環(huán)形電流的磁場(chǎng) 兩側(cè)是N極和S極 離圓環(huán)中心越遠(yuǎn) 磁場(chǎng)越弱 通電螺線管的磁場(chǎng) 兩端分別是N極和S極 管內(nèi)是勻強(qiáng)磁場(chǎng) 管外為非勻強(qiáng)磁場(chǎng) 4 5 安培力的方向用左手定則判斷 即平伸左手掌 大拇指與四指垂直 磁感線垂直穿過掌心 四指指向電流方向 大拇指所指方向即為導(dǎo)體受到安培力方向 注 F B F L 但L與B不一定垂直 6 考法1磁場(chǎng)的產(chǎn)生與磁場(chǎng)疊加 1 磁場(chǎng)的產(chǎn)生 1 磁體周圍存在磁場(chǎng) 磁感線從內(nèi)到外閉合 在內(nèi)部由南極指向北極 在外部才由北極指向南極 2 電流的磁場(chǎng) 需要掌握上述幾種典型的磁場(chǎng) 能從立體 橫截 縱截三個(gè)不同角度運(yùn)用安培定則確定電流方向與磁場(chǎng)方向的關(guān)系 對(duì)于通電螺線管 在應(yīng)考時(shí)要注意導(dǎo)線的繞向與電源的接法 確定電流的流向 準(zhǔn)確應(yīng)用右手螺旋定則確定磁場(chǎng)方向 如圖所示 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 7 2 磁場(chǎng)的疊加空間中的磁場(chǎng)通常會(huì)是多個(gè)磁場(chǎng)的疊加 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量 可以通過平行四邊形定則進(jìn)行計(jì)算或判斷 通?？碱}中出現(xiàn)的磁場(chǎng)不是勻強(qiáng)磁場(chǎng) 這類考題的解法如下 1 確定磁場(chǎng)場(chǎng)源 如通電導(dǎo)線 2 定位空間中需求解磁場(chǎng)的點(diǎn) 利用安培定則判定各個(gè)場(chǎng)源在這一點(diǎn)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小和方向 如下圖中M N在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng) 3 應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成 如圖中的合磁場(chǎng) 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 8 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 9 3 分析非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中通電導(dǎo)體受力方向的方法 將導(dǎo)體分段分析 粗分析可將方向 理想化 注意將穿過紙面的磁場(chǎng)或電流抽象表示 并理解 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 10 考法3安培力的計(jì)算 1 應(yīng)用安培力公式F BIL時(shí) 注意在電磁感應(yīng)中磁場(chǎng)來自于電流I的變化 B與I成正比 而F與I2成正比 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 11 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 12 由于安培力的方向與電流的方向 磁場(chǎng)的方向之間存在著較復(fù)雜的空間方位關(guān)系 所以要做到以下兩點(diǎn) 1 牢記安培力方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直又跟電流方向垂直 2 善于選擇適當(dāng)?shù)慕嵌葘⒖臻g圖形轉(zhuǎn)化為平面受力圖 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 13 安培力與以前各章節(jié)知識(shí)均能綜合到一起 其分析與解決問題的方法與力學(xué)方法相同 只不過是在分析受力時(shí)再加一個(gè)安培力即可 2 安培力與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的問題 1 安培力作用下的物體平衡與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的題目 以電流為橋梁 將安培力與電路結(jié)合到一起 這類題目主要應(yīng)用 閉合電路歐姆定律E I R r 安培力求解公式F BIL 物體的平衡條件 2 安培力的大小與電流有關(guān) 而電流的大小又與電壓 電阻有關(guān) 所以當(dāng)電路中電阻發(fā)生變化時(shí) 導(dǎo)體所受安培力會(huì)發(fā)生變化 從而導(dǎo)致導(dǎo)體所受靜摩擦力發(fā)生變化 形成安培力作用下物體的臨界問題 求解這類問題時(shí) 要把握靜摩擦力的大小和方向隨安培力變化而變化的特點(diǎn) 并能從動(dòng)態(tài)分析中找到摩擦力轉(zhuǎn)折的臨界點(diǎn) 如最大值 零值 方向變化點(diǎn)等 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 14 3 安培力與功 能結(jié)合的綜合問題安培力與重力 彈力 摩擦力一樣 會(huì)使通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 也會(huì)涉及做功問題 不同性質(zhì)的力做功機(jī)理不同 但做功的本質(zhì)都是由一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能 求解這類問題時(shí) 首先弄清安培力是恒力還是變力 其次結(jié)合動(dòng)能定理和能量守恒定律求解 返回專題首頁 考點(diǎn)37磁場(chǎng)安培力 15 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 1 洛倫茲力 1 安培力的微觀表示 設(shè)垂直于磁場(chǎng)的通電導(dǎo)線長(zhǎng)為L(zhǎng) 導(dǎo)體中單位體積內(nèi)定向移動(dòng)電荷數(shù)為n 單位電荷帶電荷量為q 運(yùn)動(dòng)速度為v 橫截面積為S 則電流I nqSv 安培力F nSLBqv nSLF洛 2 洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí) 洛倫茲力大小為f qvB 當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行時(shí) f 0 當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成一定夾角時(shí) f在0和最大值 qvB 之間 16 17 18 考法5帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的公式的應(yīng)用 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng) 半徑公式 周期公式 高考常圍繞這兩個(gè)公式 考查影響它們的各物理量間的關(guān)系 一般以改變一個(gè)變量看變化或比較兩個(gè)不同粒子的各項(xiàng)指標(biāo)的方式進(jìn)行考查 1 與半徑或軌跡有關(guān)問題的分析 核心為半徑公式 可知r與比荷成反比 與v成正比 與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比 特別地 設(shè)粒子垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為Ek 那么 則 r與成正比 設(shè)mv為動(dòng)量p 見選修3 5 則 r與動(dòng)量p成正比 2 與時(shí)間有關(guān)的問題分析 核心為周期公式 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 19 考法6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算 1 研究帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí) 主要面臨三個(gè)問題 定圓心 求半徑 求運(yùn)動(dòng)時(shí)間 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 20 1 圓心的確定 主要有兩類 已知粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上兩點(diǎn)的速度方向 作這兩個(gè)速度的垂線 交點(diǎn)即為圓心 如圖甲所示 在兩速度方向的垂線的夾角的角平分線上 已知粒子入射點(diǎn) 入射方向及運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的一條弦 作速度方向的垂線及弦的垂直平分線 交點(diǎn)即為圓心 如圖乙所示 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 21 2 半徑的計(jì)算 圓心確定后 尋找與半徑和已知量相關(guān)的直角三角形 利用幾何知識(shí)求解圓軌跡的半徑 常用解三角形法 如圖所示或由R2 L2 R d 2求得 3 運(yùn)動(dòng)時(shí)間的求解 由 t可知 所以求運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)鍵是找到回旋角 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 22 如圖 在粒子運(yùn)動(dòng)的圓軌跡上任取兩點(diǎn)A B 粒子從A經(jīng)N運(yùn)動(dòng)到B過程中回旋角為 則 粒子從B經(jīng)M運(yùn)動(dòng)到A過程中回旋角為2 則 同時(shí)還滿足tAB tBA T 以上判斷 在考題中常依據(jù)以上幾何關(guān)系計(jì)算 請(qǐng)熟練掌握 偏向角也叫偏轉(zhuǎn)角 回旋角 弦切角 如圖所示 偏向角 是指末速度與初速度之間的夾角 一段圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角叫回旋角 圓弧的弦與過弦的端點(diǎn)處的切線之間的夾角叫弦切角 由幾何知識(shí)可知 2 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 23 2 熟悉帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的幾種常見的情形與分析 1 直線邊界 一般求運(yùn)動(dòng)時(shí)間 偏轉(zhuǎn)角及必須滿足的條件 如下圖甲 乙 丙所示 粒子進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性 且粒子以多大的角度 進(jìn)入磁場(chǎng) 就以多大的角度 出磁場(chǎng) 粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v垂直邊界時(shí) 出射點(diǎn)距離入射點(diǎn)最遠(yuǎn) 且smax 2r 如圖甲所示 同一出射點(diǎn) 可能對(duì)應(yīng)粒子的兩個(gè)入射方向 且一個(gè) 優(yōu)弧 回旋角為2 2 一個(gè) 劣弧 回旋角為2 如圖乙 丙中的出射點(diǎn)A 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 24 2 平行邊界 一般求運(yùn)動(dòng)時(shí)間 偏轉(zhuǎn)角及偏轉(zhuǎn)條件 常見的臨界情景 幾何關(guān)系如下圖所示 d r 1 cos 或d 2r d rsin d r 1 cos 臨界條件 如圖甲所示 帶正電荷粒子沿磁場(chǎng)下邊界射入 則 則滿足時(shí) 粒子在上邊界射出 如圖乙所示 帶負(fù)電荷粒子垂直于邊界射入磁場(chǎng) v越小 r越小 粒子偏轉(zhuǎn)角越大 當(dāng) 90 時(shí) r d 粒子恰不能在右邊界偏出 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 25 如圖丙所示 帶負(fù)電荷粒子以不同的速度射入磁場(chǎng)時(shí) 圖示情況d r 1 cos 當(dāng)v不變 入射角大于 時(shí) 粒子不會(huì)在右邊界射出 注意 臨界條件常常是粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與邊界相切 3 圓形邊界 帶電粒子沿指向圓心的方向進(jìn)入磁場(chǎng) 則出磁場(chǎng)時(shí)速度矢量的反向延長(zhǎng)線一定過圓心 即兩速度矢量相交于圓心 如圖甲所示 B和v可調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)角 一束相同速度的粒子平行射入磁場(chǎng) 從同一點(diǎn)射出磁場(chǎng) 如圖乙所示 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 26 反之 從邊界上同一點(diǎn)以相同速度大小 不同方向射入磁場(chǎng)的粒子 出磁場(chǎng)時(shí) 方向一定平行 3 帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的解題思路與程序 1 明確帶電粒子的電性 入射速度方向 磁場(chǎng)的方向 入射速度方向不確定時(shí) 要依據(jù)已知條件確定一個(gè)大概的方向 電性不確定時(shí) 要依據(jù)已知的偏轉(zhuǎn)軌跡或速度偏轉(zhuǎn)方向等條件判定 2 依據(jù)左手定則判定帶電粒子受到的洛倫茲力方向 粗略描繪粒子圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡 對(duì)于特別的磁場(chǎng) 如上述直線邊界磁場(chǎng) 圓形邊界磁場(chǎng)等要分析粒子運(yùn)動(dòng)的回旋角 出射點(diǎn)和出射方向特征 3 依據(jù)已知的入射點(diǎn) 入射速度方向 通過上述分析或者已知條件 找到對(duì)應(yīng)的出射點(diǎn)或出射方向 通過這些條件確定圓周運(yùn)動(dòng)圓心 回旋角以及半徑與角度的關(guān)系等 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 27 4 依據(jù)幾何條件和帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律公式求解 考法7帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的多解問題 帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 由于條件的不確定性 常常形成多解問題 有以下幾個(gè)方面 1 帶電粒子電性不確定形成多解 受洛倫茲力作用的帶電粒子 可能帶正電 也可能帶負(fù)電 在初速度相同的條件下 正 負(fù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡不同 形成多解 如圖甲所示 帶電粒子以速率v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng) 若帶正電 其軌跡為a 若帶負(fù)電 其軌跡為b 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 28 2 磁場(chǎng)方向不確定形成多解 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量 有時(shí)題目中只告訴了磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 而未具體指出磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 此時(shí)必須要考慮磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的不確定性而形成的多解 如圖乙所示 帶正電粒子以速率v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng) 若B垂直紙面向里 其軌跡為a 若B垂直紙面向外 其軌跡為b 3 臨界狀態(tài)不唯一形成多解 帶電粒子在洛倫茲力作用下穿越有界磁場(chǎng)時(shí) 由于帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓周的一部分 因此帶電粒子可能穿越了有界磁場(chǎng) 也可能轉(zhuǎn)過180 能夠從入射的那一邊反向飛出 就形成多解 如圖丙所示 詳見考法6 4 帶電粒子運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性形成多解 帶電粒子在部分是電場(chǎng) 部分是磁場(chǎng)的空間中運(yùn)動(dòng)時(shí) 往往具有重復(fù)性的運(yùn)動(dòng) 形成了多解 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 29 返回專題首頁 考點(diǎn)38帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 30 考點(diǎn)39帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 電偏轉(zhuǎn) 和 磁偏轉(zhuǎn) 的區(qū)別 31 考法8帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 組合場(chǎng)指的是 兩種場(chǎng)不疊加 分布在不同區(qū)域 粒子在兩種場(chǎng)中穿梭運(yùn)動(dòng) 分別受到兩種場(chǎng)的作用 組合場(chǎng)常見的是電場(chǎng)與磁場(chǎng)的組合 也可以是兩個(gè)不同磁場(chǎng)的組合 這個(gè)意義上說 交變電流引起的磁場(chǎng)也可以看做是組合場(chǎng) 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 解題思路注意 1 總體思路是分階段分析處理粒子在不同場(chǎng)中的問題 腦子里要有大概輪廓 粒子在不同場(chǎng)中會(huì)做什么樣的運(yùn)動(dòng) 2 分析帶電粒子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 就是分析每個(gè)場(chǎng)中粒子受到的力的作用 找到相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從而列式解題 考點(diǎn)39帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 32 粒子受到電場(chǎng)力的作用 不外乎勻速或勻變速直線運(yùn)動(dòng) 以及類平拋運(yùn)動(dòng) 可應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律或偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解 粒子受到磁場(chǎng)力的作用 一般是垂直磁場(chǎng)入射 做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 進(jìn)行判別受力方向 描繪軌跡 依據(jù)幾何關(guān)系 求出運(yùn)動(dòng)的回旋角和運(yùn)動(dòng)半徑 可求解 3 首先要注意粒子的入射條件 這決定了粒子入射第一個(gè)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)情況 關(guān)鍵是分析帶電粒子射出第一個(gè)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)情況 這是進(jìn)入第二個(gè)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的初始條件 這個(gè)時(shí)候注意運(yùn)動(dòng)規(guī)律的轉(zhuǎn)變 通常這個(gè)進(jìn)入第二個(gè)場(chǎng)的條件 會(huì)是符合解題的基本條件 例如一般會(huì)垂直或平行于場(chǎng)的方向進(jìn)入 考點(diǎn)39帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 33 有些情況下 帶電粒子可能在兩種場(chǎng)中往復(fù)運(yùn)動(dòng) 這種問題一般具有周期性 注意找到周期規(guī)律 例如回旋加速器中 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān) 呈現(xiàn)周期性 所以可以加一個(gè)周期相同的交變電場(chǎng)加速 考法9帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 疊加場(chǎng)指的是 重力場(chǎng) 電場(chǎng) 磁場(chǎng) 其中兩個(gè)或三個(gè)在空間的重合存在 帶電粒子在疊加場(chǎng)中 例如電場(chǎng)與磁場(chǎng)或重力場(chǎng)與磁場(chǎng) 受到多個(gè)力的共同作用 此時(shí) 單獨(dú)受到洛倫茲力而做圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律會(huì)發(fā)生改變 所以應(yīng)對(duì)本類考題的方法仍是對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析 結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律和已知條件解題 注意以下情況 考點(diǎn)39帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 34 無論什么情況下 洛倫茲力總是與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向垂直 總是改變帶電粒子速度方向 且不對(duì)帶電粒子做功 所以 若帶電粒子未受軌道約束 在有磁場(chǎng)參與的疊加場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng) 要么帶電粒子沿著磁感線運(yùn)動(dòng) 要么出現(xiàn)重力或電場(chǎng)力與洛倫茲力的平衡 若帶電粒子在疊加場(chǎng)中還做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 向心力大小不變 方向不斷變化 這說明粒子受到的重力和電場(chǎng)力應(yīng)當(dāng)平衡 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題 其本質(zhì)是幾何知識(shí)與物理知識(shí)的綜合應(yīng)用 由于這類問題靈活多變 最能體現(xiàn)學(xué)生數(shù)理結(jié)合的綜合應(yīng)用能力 高考常見的壓軸大題 返回專題首頁 考點(diǎn)39帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 35 考點(diǎn)40洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題 考法10對(duì)洛倫茲力應(yīng)用模型的考查 運(yùn)動(dòng)電荷在復(fù)合場(chǎng) 磁場(chǎng) 電場(chǎng) 中的運(yùn)動(dòng) 在科學(xué)技術(shù)中有重要的應(yīng)用 下述應(yīng)用須熟知 1 速度選擇器如圖所示 粒子以一定的速度v0進(jìn)入正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng) 受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力方向相反 36 若使粒子沿直線從右邊孔中出去 則有qv0B qE 若 粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng) 與粒子的電荷量 電性 質(zhì)量無關(guān) 2 磁流體發(fā)電機(jī)與電磁流量計(jì)磁流體發(fā)電機(jī) 如圖所示 正 負(fù)離子 等離子體 以速度v進(jìn)入磁場(chǎng)B中 在洛倫茲力作用下 正 負(fù)離子分別向上 下極板偏轉(zhuǎn) 積累 從而在板間形成一個(gè)向下的電場(chǎng) 兩板間形成一定的電勢(shì)差 當(dāng)時(shí)電勢(shì)差穩(wěn)定 U dvB 這就相當(dāng)于一個(gè)可以對(duì)外供電的電源 考點(diǎn)40洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題 37 考點(diǎn)40洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題 38 3 質(zhì)譜儀組成 如圖所示 離子源O 加速電場(chǎng)U 速度選擇器 E B1 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B2 膠片 原理 加速場(chǎng)中 選擇器中 偏轉(zhuǎn)場(chǎng)中d 2r 可得比荷 質(zhì)量 4 回旋加速器組成 如圖所示 兩個(gè)D形盒 靜電屏蔽作用 大型電磁鐵 高頻振蕩交變電壓 兩縫間可形成電場(chǎng) 考點(diǎn)40洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題 39 作用 電場(chǎng)用來對(duì)粒子 質(zhì)子 粒子等 加速 磁場(chǎng)用來使粒子回旋從而能反復(fù)加速 加速原理 1 回旋加速器中所加交變電壓的頻率f 與帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的頻率相等 2 回旋加速器最后使粒子得到的能量 可由公式來計(jì)算 在粒子電荷量 質(zhì)量m和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定的情況下 回旋加速器的半徑R越大 粒子的能量就越大 而粒子最終得到的能量與極間加速電壓的大小無關(guān) 電壓大 粒子在盒中回旋的次數(shù)少 電壓小 粒子回旋次數(shù)多 但最后能量一定 返回專題首頁 考點(diǎn)40洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題 40 考點(diǎn)41帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 從軌跡看主要有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)兩種 從運(yùn)動(dòng)的條件看又分為有軌道約束和無軌道約束 考法11帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題 1 分析帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的三種觀點(diǎn) 1 力的觀點(diǎn) 在力學(xué)中我們知道力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因 在分析帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 同樣要把握住 力以及力的變化 這一根本 一般而言 重力大小 方向不變 有時(shí)明確要求不計(jì)重力 勻強(qiáng)電場(chǎng)中帶電物體受電場(chǎng)力大小 方向都不變 洛倫茲力隨帶電粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而發(fā)生變化 41 2 運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn) 帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中可以設(shè)計(jì)出多階段 多形式 多變化 具有周期性的運(yùn)動(dòng)過程 在分析物體的運(yùn)動(dòng)過程時(shí) 主要把握住以下幾個(gè)方面 在全面把握粒子受力以及力的變化特點(diǎn)的基礎(chǔ)上 始終抓住力和運(yùn)動(dòng)之間相互促進(jìn) 相互制約的關(guān)系 如速度的變化引起洛倫茲力變化 洛倫茲力變化又可能引起彈力和摩擦力的變化 從而引起合外力的變化 合外力的變化又引起加速度和速度的變化 速度變化反過來又引起洛倫茲力的變化 在這一系列變化中 力和運(yùn)動(dòng)相互促進(jìn) 相互制約 考點(diǎn)41帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 42 準(zhǔn)確劃分粒子運(yùn)動(dòng)過程中的不同運(yùn)動(dòng)階段 不同運(yùn)動(dòng)形式 以及不同運(yùn)動(dòng)階段 不同運(yùn)動(dòng)形式之間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和臨界點(diǎn) 只有明確粒子在某一階段的運(yùn)動(dòng)形式后 才能確定解題所用到的物理規(guī)律 明確不同運(yùn)動(dòng)階段 不同的運(yùn)動(dòng)形式所遵循的物理規(guī)律 包括物理規(guī)律使用時(shí)所必須滿足的條件 設(shè)定未知量 表述原始物理規(guī)律式 考點(diǎn)41帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 43 3 能量的觀點(diǎn) 由于帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 除重力 電場(chǎng)力以外還有洛倫茲力參與 而洛倫茲力是隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變而變化 使合外力是一個(gè)變力 運(yùn)動(dòng)形式可能變加速運(yùn)動(dòng) 對(duì)這類問題應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)不能有效解決 但從力對(duì)物體做功的角度看 由于洛倫茲力方向始終垂直于速度方向 洛倫茲力對(duì)粒子不做功 運(yùn)用動(dòng)能定理或能量守恒的觀點(diǎn)來處理這類問題時(shí)往往能 柳暗花明 考點(diǎn)41帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 44 2 分析解決此類問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 1 認(rèn)識(shí)帶電物體所在區(qū)域中場(chǎng)的組成 一般是電場(chǎng) 磁場(chǎng) 重力場(chǎng)中兩個(gè)場(chǎng)或三個(gè)場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng) 考點(diǎn)41帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 45 2 正確的受力分析是解題的基礎(chǔ) 除了重力 彈力 摩擦力以外 要特別注意電場(chǎng)力和洛倫茲力 3 在正確受力分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析 注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的相互結(jié)合 要特別關(guān)注一些特殊時(shí)刻所處的特殊狀態(tài) 臨界狀態(tài) 考點(diǎn)41帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 46 若磁場(chǎng)方向改為向里 斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為 如圖乙所示 則物塊在下滑過程中 速度增大 洛倫茲力增大 彈力增大 滑動(dòng)摩擦力增大 合力減小 加速度減小 所以臨界條件是速度達(dá)到某一值時(shí) 重力沿斜面方向的分力與滑動(dòng)摩擦力大小相等 即mgsin mgcos qvB 此時(shí)加速度為零 速度最大 4 如果帶電物體在運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過不同的區(qū)域或不同的時(shí)間段受力發(fā)生改變 應(yīng)根據(jù)需要對(duì)過程分階段處理 5 應(yīng)用一些必要的數(shù)學(xué)知識(shí) 畫出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖 根據(jù)題目的條件和問題靈活選擇物理規(guī)律解題 考點(diǎn)41帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)