电场的复合磁场优秀PPT.ppt

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1、专专 题题 10电学综合计算题电学综合计算题学问网络构建学问网络构建 直击高考直击高考五年高考真题五年高考真题l电电高频考点各个击破高频考点各个击破考点一、带电粒子在叠加场中运动分析考点一、带电粒子在叠加场中运动分析解：解：方法总结带电粒子方法总结带电粒子(体体)在叠加复合场中的在叠加复合场中的运动问题求解要点运动问题求解要点:(1)受力分析是基础。在受力分析时是否考受力分析是基础。在受力分析时是否考虑重力必需留意题目条件。虑重力必需留意题目条件。(2)运动过程分析是关键。在运动过程分析运动过程分析是关键。在运动过程分析中应留意物体做直线运动中应留意物体做直线运动,曲线运动及圆周运动、曲线运动

2、及圆周运动、类平抛运动的条件。类平抛运动的条件。(3)依据不同的运动过程及物理模型选择合依据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解。适的物理规律列方程求解。【方法总结】解决带电粒子在拼接复合场运动问题的【方法总结】解决带电粒子在拼接复合场运动问题的思路方法思路方法:3【方法总结】【方法总结】(1)弄清复合场的组成弄清复合场的组成:一般有磁场、电场的复合一般有磁场、电场的复合,磁场、重力场的复合磁场、重力场的复合,磁磁场、电场、重力场三者的复合。场、电场、重力场三者的复合。(2)正确进行受力分析正确进行受力分析,除重力、弹力、摩擦力外除重力、弹力、摩擦力外,要特殊留意静电力和磁要特

3、殊留意静电力和磁场力的分析。场力的分析。(3)确定带电粒子的运动状态确定带电粒子的运动状态,留意运动过程分析和受力分析的结合。留意运动过程分析和受力分析的结合。(4)对于粒子连续通过几个不同的复合场的问题对于粒子连续通过几个不同的复合场的问题,要分阶段进行处理。要分阶段进行处理。(5)画出粒子运动轨迹画出粒子运动轨迹,依据条件敏捷选择不同的运动学规律进行求解。依据条件敏捷选择不同的运动学规律进行求解。当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,依据受力平衡列方程求解。依据受力平衡列方程求解。当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,

4、应用牛顿定律结合圆周运动应用牛顿定律结合圆周运动规律求解。规律求解。当带电粒子做困难曲线运动时当带电粒子做困难曲线运动时,一般用动能定理或能量守恒定律求解。一般用动能定理或能量守恒定律求解。(6)对于临界问题对于临界问题,留意挖掘隐含条件。留意挖掘隐含条件。留意留意:电子、质子、粒子等微观粒子在复合场中运动时一般不计重力电子、质子、粒子等微观粒子在复合场中运动时一般不计重力,带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用。带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用。留意重力、电场力做功与路径无关留意重力、电场力做功与路径无关,洛伦兹力始终与运动方向垂直、永洛伦兹力始终与运动方向垂直

5、、永不做功的特点。不做功的特点。1、“磁偏转”和“电偏转”的比较电电偏偏转转磁偏磁偏转转偏偏转转条件条件带电带电粒子以粒子以vE进进入匀入匀强强电场电场带电带电粒子以粒子以vB进进入匀入匀强强磁磁场场受力情况受力情况只受恒定的只受恒定的电场电场力力只受大小恒定的洛只受大小恒定的洛伦兹伦兹力力运运动动情况情况类类平抛运平抛运动动匀速匀速圆圆周运周运动动运运动轨动轨迹迹抛物抛物线线圆圆弧弧物理物理规规律律类类平抛知平抛知识识、牛、牛顿顿第二定律第二定律牛牛顿顿第二定律、向心力公式第二定律、向心力公式一、基本学问必备一、基本学问必备2、洛伦兹力与电场力相比较对应对应力力内容内容项项目目洛洛伦兹伦兹力

6、力F电场电场力力F性性质质磁磁场对场对在其中运在其中运动动的的电电荷的荷的作用力作用力电场对电场对放入其中放入其中电电荷的作用力荷的作用力产产生条件生条件v0且且v不与不与B平行平行电场电场中的中的电电荷一定受到荷一定受到电场电场力的力的作用作用大小大小FqvB(vB)FqE力方向与力方向与场场方方向的关系向的关系一定是一定是FB、Fv正正电电荷受力方向与荷受力方向与电场电场方向相同，方向相同，负电负电荷受力方向与荷受力方向与电场电场方向相反方向相反做功情况做功情况任何情况下都不做功任何情况下都不做功可能做正功、可能做正功、负负功，也可能不做功，也可能不做功功力力F为为零零时时场场的情况的情况

7、F为为零，零，B不一定不一定为为零零F为为零，零，E一定一定为为零零作用效果作用效果只改只改变电变电荷运荷运动动的速度方向，的速度方向，不改不改变变速度大小速度大小既可以改既可以改变电变电荷运荷运动动的速度大小，的速度大小，也可以改也可以改变电变电荷运荷运动动的方向的方向3质谱仪(1)构造：如下图所示，由粒子源、加加速速电电场、偏转磁场场、偏转磁场和照相底片等构成5、电场磁场同区域并存应用实例1速度选择器如右图所示，平行板中电场强度E的方向和磁感应强度B的方向相互垂直，这种装置能把具有确定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是qEqvB，即v6磁流体

8、发电机依据左手定则，如图中的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.1.确定带电粒子在磁场中的运动轨迹确定带电粒子在磁场中的运动轨迹(1)对称法对称法:带电粒子假如从始终线边界进人磁带电粒子假如从始终线边界进人磁场又从该边界射出时场又从该边界射出时,其轨迹关于入射点和出射点线其轨迹关于入射点和出射点线段的中垂线对称段的中垂线对称,人射速度方向与出射速度方向与边人射速度方向与出射速度方向与边界的夹角相等。利用这一结论可以轻松画出粒子的界的夹角相等。利用这一结论可以轻松画出粒子的轨迹。轨迹。(2)动态圆法动态圆

9、法:在磁场中向垂直于磁场的各个方在磁场中向垂直于磁场的各个方向放射粒子时向放射粒子时,粒子的运动轨迹是围绕放射点的圆粒子的运动轨迹是围绕放射点的圆（空间图形为球形）。用这一规律可确定粒子的运（空间图形为球形）。用这一规律可确定粒子的运动轨迹。动轨迹。(3)放缩法放缩法:带电粒子在磁场中以不同的速度运带电粒子在磁场中以不同的速度运动时动时,圆周运动的半径随着速度的变更而变更圆周运动的半径随着速度的变更而变更,因此因此可以将半径放缩可以将半径放缩,探究出临界点的轨迹探究出临界点的轨迹,使问题得解。使问题得解。二、求解带电粒子在电、磁场中运动问题二、求解带电粒子在电、磁场中运动问题(2)矩形有界磁场

10、矩形有界磁场:(3)圆形有界磁场圆形有界磁场:入射方向过圆心入射方向过圆心:人射速度方向指人射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心向匀强磁场区域圆的圆心,则出射速度方则出射速度方向的反向延长线必过该区域圆的圆心。两向的反向延长线必过该区域圆的圆心。两个圆心个圆心O、和弦的中心在同始终线上。、和弦的中心在同始终线上。入射方向不过圆心入射方向不过圆心:入射速度方向入射速度方向(不确定不确定指向区域圆圆心指向区域圆圆心)与轨迹圆弧对应的弦的夹角为与轨迹圆弧对应的弦的夹角为(弦切角弦切角),则出射速度方向与人射速度方向的则出射速度方向与人射速度方向的偏转角为偏转角为2,轨迹圆弧对应的圆心角也为轨迹圆弧对应

11、的圆心角也为2,并并且初、末速度方向的交点且初、末速度方向的交点,轨迹圆的圆心轨迹圆的圆心,区域区域圆的圆心都在弧和弦的垂直平分线上。圆的圆心都在弧和弦的垂直平分线上。4、解答带电粒子在磁场中运动的多解问题、解答带电粒子在磁场中运动的多解问题(1)带电粒子电性不确定带电粒子电性不确定:受洛伦兹力作用的带电受洛伦兹力作用的带电粒子粒子,可能带正电可能带正电,也可能带负电。当具有相同初速度也可能带负电。当具有相同初速度时时,正负粒子在磁场中的运动轨迹不同正负粒子在磁场中的运动轨迹不同,导致形成双解。导致形成双解。(2)磁场方向不确定磁场方向不确定:磁感应强度是矢量磁感应强度是矢量,假如题假如题设只

12、给出磁感应强度的大小设只给出磁感应强度的大小,而未指出其方向而未指出其方向,此时要此时要考虑磁感应强度方向不确定而形成多解。考虑磁感应强度方向不确定而形成多解。(3)临界状态不唯一临界状态不唯一:带电粒子在洛伦兹力作用下带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时飞越有界磁场时,由于粒子运动轨迹是圆弧状由于粒子运动轨迹是圆弧状,穿越磁穿越磁场的轨迹可能有多种状况。场的轨迹可能有多种状况。(4)运动的重复性运动的重复性:带电粒子在部分是磁场、部分带电粒子在部分是磁场、部分是电场的空间运动时是电场的空间运动时,运动往往具有重复性运动往往具有重复性,因而形成因而形成多解。多解。5.带电粒子在有界磁场中运动

13、的极值问题带电粒子在有界磁场中运动的极值问题(1)偏角的极值问题。偏角的极值问题。找寻产生极值的条件找寻产生极值的条件:直径是圆的最大弦直径是圆的最大弦;同同一圆中大弦对应大的圆心角一圆中大弦对应大的圆心角;由轨迹确定半径的极值。由轨迹确定半径的极值。(2)涉及粒子速度的极值问题。涉及粒子速度的极值问题。画出两种状况下带电粒子运动的轨迹画出两种状况下带电粒子运动的轨迹,然后确定轨然后确定轨迹的圆心迹的圆心,再利用几何关系求出临界半径再利用几何关系求出临界半径,而临界半径而临界半径就对应着临界速度。就对应着临界速度。(3)涉及磁感应强度大小的极值问题。涉及磁感应强度大小的极值问题。找准圆弧轨迹的

14、圆心和画出圆弧轨迹是解决此题找准圆弧轨迹的圆心和画出圆弧轨迹是解决此题的关键的关键,同时几何学问的正确运用也是解答此题不行忽同时几何学问的正确运用也是解答此题不行忽视的因素。视的因素。限时训练限时训练（限时（限时90分钟）分钟）(1)试求粒子离开偏转电场时试求粒子离开偏转电场时,在垂直于板面方向偏移的在垂直于板面方向偏移的最大距离最大距离;(2)若全部粒子均不能从环形带磁场的右侧穿出若全部粒子均不能从环形带磁场的右侧穿出,试求环试求环形带磁场的最小宽度。形带磁场的最小宽度。(3)求全部从求全部从O点射入磁场的带电粒子在磁场中可能经点射入磁场的带电粒子在磁场中可能经过的区域的面积过的区域的面积;

15、(4)若有两个粒子先后相差的时间射入磁场若有两个粒子先后相差的时间射入磁场,且两粒子且两粒子恰好在磁场中某点恰好在磁场中某点Q(图中未画出图中未画出)相遇相遇,求求Q点与点与O之间之间的距离。的距离。4.(2011淄博三模淄博三模24)两条彼此平行、间距两条彼此平行、间距 的光滑金的光滑金属导轨水平固定放置属导轨水平固定放置,导轨左端接一电阻导轨左端接一电阻,其阻值其阻值 ,右端右端接阻值接阻值 的小灯泡的小灯泡,如图如图(a)所示。在导轨的所示。在导轨的MNQP矩矩形区域内有竖直向上的匀强磁场形区域内有竖直向上的匀强磁场,MP的长的长 ,MNQP区域内区域内磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B

16、随时间随时间t变更的关系如图变更的关系如图(b)所示。垂直导轨所示。垂直导轨跨接一金属杆跨接一金属杆,金属杆的电阻金属杆的电阻 ,两导轨电阻不计。在两导轨电阻不计。在t=0时刻时刻,用水平力用水平力F拉金属杆拉金属杆,使金属杆由静止起先从使金属杆由静止起先从GH位置向位置向右运动。在金属杆从右运动。在金属杆从GH位置运动到位置运动到PQ位置的过程中位置的过程中,小灯泡的小灯泡的亮度始终没有变更亮度始终没有变更 。求。求:(1)通过小灯泡的电流通过小灯泡的电流;(2)水平恒力的水平恒力的F的大小。的大小。二、二、带电带电粒子在复合粒子在复合场场中常中常见见的运的运动动形式形式1带带电电粒粒子子在

17、在复复合合场场中中所所受受的的合合外外力力为为零零时时，粒粒子做匀速直子做匀速直线线运运动动或静止或静止2当当带带电电粒粒子子所所受受的的合合外外力力与与运运动动方方向向在在一一条条直直线线上上时时，粒子做，粒子做变变速直速直线线运运动动3当当带带电电粒粒子子受受到到的的合合外外力力大大小小恒恒定定，方方向向始始终终和和速速度度方方向向垂垂直直时时，粒粒子子将将做做匀匀速速圆圆周周运运动动常常见见的的形形式式是是重重力力和和电电场场力力的的合合力力为为零零，洛洛伦伦兹兹力力充当向心力充当向心力4当当带带电电粒粒子子所所受受的的合合外外力力的的大大小小、方方向向均均不不断断变变更更时时，粒粒子子

18、将将做做变变加加速速运运动动，此此时时一一般般只只能能用用能量能量观观点分析点分析问题问题三、带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路1弄清晰复合场的组成一般是由磁场和电场复合，磁场重力场的复合，磁场、重力场、电场的复合，电场和磁场分区域存在2正确进行受力分析除重力、弹力、摩擦力外要特殊关注电场力和磁场力的分析3确定带电粒子的运动状态留意运动状况和受力状况的结合进行分析4对于粒子连续经过几个不同场的状况，要分段进行分析、处理5画出粒子的运动轨迹，敏捷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，依据受力平衡的方程求解(2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿运动定律结合

19、圆周运动进行求解(3)当带电粒子做困难的曲线运动时，一般用功能关系进行求解 决带电粒子在分别合场运动解题的方法决带电粒子在分别合场运动解题的方法方法总结：方法总结：三、三、带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中的匀速中的匀速圆圆周运周运动问题动问题1圆圆心的确定心的确定(1)基本思路：与速度方向垂直的直基本思路：与速度方向垂直的直线线和和图图中弦的中垂中弦的中垂线线确定确定过圆过圆心心(2)两种情形两种情形已已知知入入射射方方向向和和出出射射方方向向时时，可可通通过过入入射射点点和和射射出出点点分分别别作作垂垂直直于于入入射射方方向向和和出出射射方方向向的的直直线线，两两条条直直线线的的交交点

20、点就就是是圆圆弧弧轨轨道道的的圆圆心心(如下如下图图所示，所示，图图中中P为为入射点，入射点，M为为出射点出射点)已已知知入入射射点点和和出出射射点点的的位位置置时时，可可以以通通过过入入射射点点作作入入射射方方向向的的垂垂线线，连连接接入入射射点点和和出出射射点点，作作其其中中垂垂线线，这这两两条条垂垂线线的的交交点点就就是是圆圆弧轨道的圆心弧轨道的圆心(如下图，如下图，P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)2半径的确定用几何学问(勾股定理、三角函数等)求出半径大小三个角度的关系：圆心角 =偏转角 =2倍弦切角4带电粒子在不同边界磁场中的运动(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如下图)(2)平行边界平行边界(存在临界条件，如下图存在临界条件，如下图)(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如下图)