高考物理第一轮复习磁场课件4.ppt

非磁性材料 制成,导电液体在管中向左流动,导
电液体中的自由电荷(正、负离子),在洛伦兹力
的作用下横向偏转,a、b间出现电势差,形成电
场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡
时,a、b间的电势差就保持稳定,
即qvB=qE=qU
U
,所以v=dB
,因
此液体流量Qd=Sv=π d 2 U ·π dU
.图5
4 Bd 4B
4.霍尔效应:在匀强磁场中放置一个矩形截面的载 流导体,当 磁场方向 与电流方向垂直时,导体 在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了 电势差 ,这个现象称为霍尔效应.所产生的电势 差称为霍尔电势差,其原理如图6所示.
图6 名师点拨 理解带电粒子在复合场中运动的这几个实例时, 一定要从其共性qE=qvB出发.
qr 2B2 2U ,
3.回旋加速器 (1)构造:如图2所示,D1、D2是半圆金属盒,D形 盒的缝隙处接 交流 电源.D形盒处于匀强磁场 中.
图2
(2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周
期相等,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经
过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,
粒子就会被一次一次地加速.由qvB=mv2 ,得
圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、 恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点, 用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律 求出结果. 3.带电粒子在复合场中运动的临界值问题 由于带电粒子在复合场中受力情况复杂、运动 情况多变,往往出现临界问题,这时应以题目中 的“最大”、“最高”、“至少”等词语为突 破口,挖掘隐含条件,根据临界条件列出辅助方 程,再与其他方程联立求解.
3.较复杂的曲线运动 当带电粒子所受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 速曲线运动,这时粒子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个情况不同的复合场 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.
点拨 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.
速沿直线通过速度选择器的条件是qE=qvB,即 v= E .
B
2.磁流体发电机 根据左手定则,如图4中的B板是发电机的正极. 磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体速 度为v,磁场磁感应强度为B,则两极板间能达到 的最大电势差U= dvB .
图4
3.电磁流量计
工作原理:如图5所示,圆形导管直径为d,用
也为B.一个质量为m、电荷量为q、不计重力的带
正电的粒子从电场的左边缘的O点由静止开始运
动,穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后,又回到
O点,然后重复上述运动过程.求:
(1)中间磁场区域的宽度d. (2)带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所 用时间t.
解析 (1)带电粒子在电场中加速,由动能定理,可
题型探究
题型1 带电粒子在分区域场中的运动 【例1】 如图7所示,匀强电场区域和匀强磁场区
域紧邻且宽度相等均为d,电场方向在纸平面内 竖直向下,而磁场方向垂直纸面向里.一带正电 粒子从O点以速度v0沿垂直电场方向进入电场, 从A点出电场进入磁场,离开电场时带电粒子在 电场方向的偏转位移为电场宽度的一半,当粒子 从磁场右边界上C点穿出磁场时速度方向与进 入电场O点时的速度方向一致,d、v0已知(带电 粒子重力不计),求:
偏转 情况
若没有磁场边 界,粒子所能偏 转的角度不受
限制
因做类平抛运动, 在相等的时间内 偏转的角度往往
不等
动能 变化
动能不变
动能不断增大且 增大得越来越快
特别提示 (1)电偏转和磁偏转分别是利用电场和磁场对(运 动)电荷产生电场力和洛伦兹力的作用,控制其运动 方向和轨迹. (2)两类运动的受力情况和处理方法差别很大,要首 先进行区别分析,再根据具体情况处理.
题型2 带电粒子在复合场中的运动
【例2】 如图9所示, 在水平
地面上方有一范围足够大的
互相正交的匀强电场和匀强
磁场区域.磁场的磁感应强
度为B,方向水平并垂直纸面
图9
向里.一质量为m、带电荷量为q的带正电微粒
在此区域内沿竖直平面(垂直于磁场方向的平面)
做速度大小为v的匀速圆周运动,重力加速度为
g.
(1)求此区域内电场强度的大小和方向.
热点聚焦
热点一 磁偏转与电偏转的区别
受力 特征
运动 规律
磁偏转
v垂直B时,FB=qvB, v不垂直于B时,FB=
qvBsin α,FB为变
力,只改变v方向
圆周运动 T=2 π m ,
qB R=mv
qB
电偏转
无论v是否与E 垂直,FE=qE,
FE为恒力
类平抛运动 vx=v0,vy=qmEt x=v0t,y=q2Emt2
审题提示 (1)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,合 外力时刻指向圆心,速率不变,而重力和电场力的 方向是无法改变的,只能是这两个力平衡,由洛伦 兹力提供向心力. (2)根据圆周运动的速度必定是切线方向、圆心 必定在垂直于速度方向的直线上的特点,正确地 画出运动轨迹,再由几何关系找出最高点到地面 的距离与轨道半径R的关系. (3)由于洛伦兹力不做功,所以利用动能定理来解 决一般的曲线运动.
(2)若某时刻微粒在场中运动到P点时,速度与 水平方向的夹角为60°,且已知P点与水平地面 间的距离等于其做圆周运动的半径.求该微粒运 动到最高点时与水平地面间的距离. (3)当带电微粒运动至最高点时,将电场强度的 大小变为原来的 1(方向不变,且不计电场变化
2 对原磁场的影响),且带电微粒能落至地面,求带 电微粒落至地面时的速度大小.
磁场、重力场的复合;磁场、电场、重力场三者 的复合. 2.正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别 注意静电力和磁场力的分析. 3.确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力 情况的结合. 4.对于粒子连续通过几个不同情况场的问题,要分 阶段进行处理.转折点的速度往往成为解题的突 破口.
5.画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律. (1)当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时, 根据受力平衡列方程求解. (2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时, 应用牛顿定律结合圆周运动规律求解. (3)当带电粒子做复杂曲线运动时,一般用动能 定理或能量守恒定律求解. (4)对于临界问题,注意挖掘隐含条件.
交流与思考:在解决复合场问题时,带电粒子的重 力是否考虑是正确而快速解题的前提,如何确定 粒子的重力是否需要考虑?
提示:复合场中粒子重力是否考虑的三种情况 (1)对于微观粒子,如电子、质子、离子等,因为 其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小, 可以忽略;而对于一些实际物体,如带电小球、液 滴、金属块等一般应当考虑其重力. (2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的,这种 情况比较正规,也比较简单. (3)不能直接判断是否要考虑重力的,在进行受力 分析与运动分析时,要由分析结果确定是否要考 虑重力.
解析 (1)由于带电微粒可以在电场、磁场和重力
场共存的区域内沿竖直平面做匀速圆周运动,表明
带电微粒所受的电场力和重力大小相等、方向相
反,因此电场强度的方向竖直向上. 设电场强度为E,则有mg=qE,即E=mg.
q (2)设带电微粒做匀速圆周运动的轨道半径为R,根
据牛顿第二定律和洛伦兹力公
式有qvB=mv2 ,解得R= mv .
R
qB
依题意可画出带电微粒做匀速
圆周运动的轨迹如图所示,由
几何关系可知,该微粒运动至
最高点时与水平地面间的距离hm=52
5mv R=2qB.
(3)将电场强度的大小变为原来的 1,则电场力变为
q2B2R2
R
Ekm= 2m ,可见粒子获得的最大动能由
磁感应强度B 和D形盒 半径R 决定,与加速电压
无关.
四、电场磁场同区域并存应用实例
1.速度选择器
如图3所示,平行板中电场强
度E的方向和磁感应强度B的
方向互相 垂直 ,这种装置
能把具有一定速度的粒子选
图3
择出来,所以叫做速度选择器.带电粒子能够匀
=v0
答案 (1) 2v0 (2)v0
方法提炼 带电粒子在分区域电场、磁场中运动问题思
路导图
变式练习1 如图8所示, 空间
分布着有理想边界的匀强电
场和匀强磁场.左侧匀强电场
的场强大小为E、方向水平向
右,电场宽度为L;中间区域匀
图8
强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外;
右侧区域为垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度
②若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电体做复杂 曲线运动,因F洛不做功,可用动能定理求解问题. (3)电场力、磁场力、重力并存 ①若三力平衡,一定做匀速直线运动. ②若重力与电场力平衡,一定做匀速圆周运动. ③若合力不为零且与速度方向不垂直,做复杂的 曲线运动,因F洛不做功,可用能量守恒或动能定 理求解问题. 2.带电粒子在复合场中有约束情况下的运动 带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道 等约束的情况下,常见的运动形式有直线运动和
得
qEL= 1 mv2 2
带电粒子在磁场中偏转,由牛顿第二定律可得
v2
qvB=m
R 由以上两式,可得R=
1
B
2mEL q
可见在两磁场区粒子运动 半径相同,如下图所示,三 段圆弧的圆心组成的三角 形△O1O2O3是等边三角形, 其边长为2R.所以中间磁场 区域的宽度为
d=Rsin 60°= 1 6mEL 2B q
图7
在磁场中速度大小不变,所以从C点出磁场时速度
仍为 2v0 (2)在电场中偏转时,射出A点时速度与水平方向成
45° v得y=E=qmEmtv02qmEvd0 ,并且vy=v0