2012届高考物理磁场总复习课件1.ppt

一、复合场1定义：复合场是指电场、磁场和重力场并存或其中某两种场并存，或分区域存在粒子在复合场中运动时，要考虑粒子可能受_重_力、_电场_力和_ _洛伦兹_力的作用2三种场的比较力的特点功和能的特点重力场大小：G_mg_方向：竖直向下_重力做功与路径_无关_重力做功改变物体的重力势能静电场大小：F_qE_方向：正电荷受力方向与场强方向_相同_；负电荷受力方向与场强方向_相反_电场力做功与路径_无关_ WqU电场力做功改变_电势能_磁场洛伦兹力FqvB方向符合左手定则洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的_速度大小_二、带电粒子在电场、磁场分区域存在的复合场中的应用实例1质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量微小带电粒子质量和分离同位素的仪器(2)原理：如下图粒子源S产生质量为m、电荷量为q的正粒子(所受重力不计)，粒子无初速度的经过电压为U的电场加速后，进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期后到达记录它的照相底片P上，现测得P点位置到入口处的距离为L，故得m_.因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m，又因为m正比于L2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，所以质谱仪还是分离同位素的重要仪器 2回旋加速器(1)用途：产生大量高能量的带电粒子(2)结构：如图所示(3)工作原理电场加速qUEk三、带电粒子在电场、磁场并存的复合场中的应用实例1速度选择器(如图所示)2磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把_能直接转化为_能(2)根据左手定则，可判定图中的B是发电机_(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U_.4霍尔效应霍尔效应是高中物理重要的探究课题之一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或霍尔电压，其原理如图所示“磁偏转”与“电偏转”分别是利用匀强磁场和匀强电场对运动电荷施加作用，从而控制其运动方向由于磁场和电场对电荷的作用具备不同的特征，所以使得两种垂直于场射入的偏转也存在着以下几个方面的差别.1弄清复合场的组成，一般有磁场、电场的复合，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、摩擦力外还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，注意运用动力学相关知识进行分析4对于粒子连续通过几个不同情况的场的问题，要分阶段进行处理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 1带电粒子在复合场中的匀速圆周运动当带电粒子进入匀强电场、匀强磁场和重力场共存的复合场中，电场力和重力相平衡，粒子运动方向与匀强磁场方向相垂直时，带电粒子就在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动2带电粒子在匀强电场、匀强磁场和重力场中的直线运动自由的带电粒子(无轨道的约束)在匀强电场、匀强磁场和重力场中的直线运动应是匀速直线运动状态(除非运动方向沿匀强磁场方向而粒子不受洛伦兹力)这是因为电场力和重力都是恒力，若它们的合力不能与洛伦兹力平衡，则带电粒子速度的大小和方向都会改变，就不可能做直线运动3带电粒子在复合场中的曲线运动当带电粒子所受合外力变化且与粒子速度不在一条直线上时，带电粒子做非匀变速曲线运动因为洛伦兹力不做功，可用动能定理，能量守恒进行分析 如图，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且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度是E，磁感应强度是B，小球与棒间的动摩擦因数为，求小球由静止沿棒下滑的最大加速度和最大速度的大小(小球所带电荷量不变)思路点拨：该题是在电场、磁场、重力场同时作用下的一种动态分析题电场力是恒力，洛伦兹力是变力，当然还受到重力、摩擦力，特别是摩擦力要注意影响其变化的因素解析：在带电小球下滑的过程中，小球受重力、电场力、支持力、摩擦力和F洛，受力分析如图所示在y方向mgFfma摩擦力FfFN，FNFN，压力FNBqvEq点评：受力分析的过程中很容易漏掉力或添加力，或者认为摩擦力与运动速度无关，但是由于速度影响洛伦兹力，从而影响弹力，进而影响摩擦力跟踪训练1如图所示，xOy在竖直平面内x轴下方有匀强电场和匀强磁场电场强度大小为E、方向竖直向下磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里将一个带电小球从y轴上P(0，h)点以初速度v0竖直向下抛出小球穿过x轴后，恰好做匀速圆周运动不计空气阻力，已知重力加速度为g.(1)判断小球带正电还是带负电；(2)求小球做圆周运动的半径；(3)求小球从P点出发，到第二次经过x轴所用的时间(3)从P到O，小球第一次经过x轴，所用时间为t1，则vv0gt1从O到A，小球第二次经过x轴，所用时间为t2(1)磁感应强度B的大小；(2)带电粒子从第一象限进入第四象限时Q点的坐标；(3)带电粒子第一次经过全部四个象限的时间解析：(1)带电粒子在第四象限中做类平抛运动，如图为带电粒子的运动轨迹点评：本题考查带电粒子在电磁场中的运动，是一道典型的“电学搭台力学唱戏”的综合题，意在考查学生分析过程的能力、解决问题的能力解题的关键是分析出带电粒子在磁场中的匀速圆周运动和在电场中的类平抛运动，结合相关知识及数据知识解决问题跟踪训练2(2010潍坊模拟)如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第象限的等腰直角三角形MNP区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，y0的区域内存在着沿y轴正方向的匀强电场一质量为m、电荷量为q的带电粒子从电场中的Q(2h，h)点以速度v0水平向右射出，经坐标原点O处射入第象限，最后以垂直于PN的方向射出磁场已知MN平行于x轴，N点的坐标为(2h,2h)，不计粒子的重力求：(1)电场强度的大小E；(2)磁感应强度的大小B；(3)粒子在磁场中运动的时间t.(2009山东理综)如下图甲所示，建立Oxy坐标系，两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l，在第一、四象限有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于Oxy平面向里，位于极板左侧的粒子源沿x轴向右连续发射质量为m、电量为q、速度相同、重力不计的带电粒子，在03t0时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极板边缘的影响)，已知t0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场，上述m、q、l、t0、B为已知量(不考虑粒子间相互影响及返回极板间的情况)跟踪训练3如下图甲所示，在真空中，半径为b的虚线所围成的圆形区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外在磁场右侧有一对平行金属板M和N，两板间距离也为b，板长为2b，两板的中心O1O2与磁场区域的圆心O在同一直线上，两板左端与O1也在同一直线上有一电荷量为q、质量为m的带正电的粒子，以速率v0从圆周上的P点沿垂直于半径OO1并指向圆心O的方向进入磁场，当从圆周上的O1点水平飞出磁场时，给M、N板加上如图乙所示的电压u，最后粒子刚好以平行于N板的速度，从N板的边缘飞出，不计平行金属板两端的边缘效应及粒子所受的重力(1)求磁场的磁感应强度B的大小；(2)求交变电压的周期T和电压U0的值；设进入磁场的点为Q，离开磁场的点为R，圆心为O3，如图所示，四边形OQO3R是菱形，故ORQO3.所以P、O、R三点共线，即POR为圆的直径，即P、R间的距离为2b.(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图甲中c、f哪端的电势高；(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式(通过横截面积S的电流InevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率)；(3)图乙是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反，霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近，当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图丙所示若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程，除此之外，请你展示“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想 答案：见解析跟踪训练4(2009宁夏理综)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以及一对磁极N和S构成，梯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，如下图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作是匀强电场，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，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感受应强度的大小为0.040 T，则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/s，a正、b负C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正答案：A1(2008广东单科)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是()A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量答案：AD解析：回旋加速器的两个D形盒间的空隙分布着周期性变化的电场，不断地给离子加速使其获得能量；而D形盒处分布有恒定不变的磁场，具有一定速度的带电粒子在D形盒内受到磁场的洛伦兹力提供的向心力而做圆周运动；洛伦兹力不做功故不能使离子获得能量，C错；离子源在回旋加速器的中心附近，所以正确选项为A、D.2(2010银川模拟)如图所示，空间存在着匀强电场E和匀强磁场B组成的复合场有一个质量为m、电荷量为q的带电小球，以一定的初速度v0水平向右运动，则带电小球在复合场中可能沿直线运动的是()答案：AD解析：在A项中，当mgqEqv0B时，小球做匀速直线运动；B项中洛伦兹力和重力沿竖直方向，电场力沿水平方向，合力与速度不可能在一条直线上，故不可能做直线运动；同理C项中小球也不能做直线运动；D项中小球不受洛伦兹力，当mgqE时小球做匀速直线运动，故选项A、D正确3如图所示，一粒子源位于一边长为a的正三角形ABC的中点O处，可以在三角形所在的平面内向各个方向发射出速度大小为v、质量为m、电荷量为q的带电粒子，整个三角形位于垂直于ABC的匀强磁场中，若使任意方向射出的带电粒子均不能射出三角形区域，则磁感应强度的最小值为()答案：D4(2010湖南师大附中月考)一带电粒子以初速度v0沿垂直于电场线和磁感线的方向，先后穿过宽度相同且紧邻在一起的有明显边界的匀强电场(场强为E)和匀强磁场(磁感应强度为B)，如图甲所示电场和磁场对粒子做功为W1，粒子穿出磁场时的速度为v1；若把电场和磁场正交叠加，如图乙所示，该粒子仍以初速度v0穿过叠加场区，电场和磁场对粒子做功为W2，粒子穿出场区时的速度为v2，比较W1和W2、v1和v2的大小(v0W2，v1v2 BW1W2，v1v2CW1W2，v1v2答案：A解析：由于v0洛伦兹力，则第一种情况下，粒子沿电场方向的位移较大，电场力做功较多，出射速度较大，A对5(2010福建理综)如图所示的装置，左半部为速度选择器，右半部为匀强的偏转电场一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭逢S2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E的偏转电场，最后打在照相底片D上已知同位素离子的电荷量为q(q0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场，照相底片D与狭缝S1、S2的连线平行且距离为L，忽略重力的影响(1)求从狭缝S2射出的离子速度v0的大小；(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x，求出x与离子质量m之间的关系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)