2012届高考物理磁场总复习课件1

• 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．
3．电磁流量计 ． 工作原理：如图所示，圆形导管直径为 ， 工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制 导电液体在管中向左流动， 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 正 负离子 在洛伦兹力的作用下横向偏转， 、 间出现电 在洛伦兹力的作用下横向偏转 势差，形成电场，当自由电荷所受的________和________ 势差，形成电场，当自由电荷所受的 和 衡时， 、 间的电势差就保持稳定 间的电势差就保持稳定， 平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvB＝qE＝ ＝ ＝ U U πd2 U πdU q d ，所以 ＝dB，因此液体流量 ＝Sv＝ ·Bd＝ 所以v＝ 因此液体流量Q＝ ＝ 4 4B
• 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．
答案： 答案： 一、1.重 电场 重 qE 相同 相反 qL2B2 二、1.(2) 8U 三、1.(1)垂直 垂直 (3)Bdv 3.电场力 电场力 洛伦兹 2.mg 竖直向下 无关
大小：F＝ ________ 电场力做功与路径 方向：正电荷受力 ________ 静电 方向与场强方向 W＝qU 场 ________； 电场力做功改变
• 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，
种类
磁偏转 当质量为m、电荷量为 的粒子以速 当质量为 、电荷量为q的粒子以速 垂直射入磁感应强度为B的匀强 度v垂直射入磁感应强度为 的匀强 垂直射入磁感应强度为
电偏转
当质量为m、电荷量为 的粒子以 当质量为 、电荷量为q的粒子以 磁场中时，所受的磁场力 即洛伦兹 磁场中时，所受的磁场力(即洛伦兹 受力 特征 力)FB＝qvB，与离子的速度 相 ，与离子的速度v相 关，FB所产生的加速度使粒子的速 度方向发生变化， 度方向发生变化，而速度方向的变 化反过来又导致F 的方向变化， 化反过来又导致 B的方向变化，FB 是变力 恒定的F 恒定的 E使粒子做匀变速曲线运 变化的F 变化的 B使粒子做变速曲线运动 ——匀速圆周运动，其运动规律分 匀速圆周运动， 匀速圆周运动 运动 规律分别沿垂直和平行于电场的 别从时(周期 空 半径 半径)两 别从时 周期)空(半径 两个侧面给出 周期 规律 2πm mg 如下表达形式： ＝ 如下表达形式：T＝ Bq ，r＝ qB ＝ 两个相互垂直的方向给出为： 两个相互垂直的方向给出为：vx qE qE ＝v0，x＝v0t；vy＝ m t，y＝2mt2 ＝ ； ， ＝ 动——“类平抛运动”，其运动 “类平抛运动” FE是恒力 速度v 垂直射入电场强度为E的 速度 0垂直射入电场强度为 的 匀强电场中时， 匀强电场中时，所受到的电场力 FE＝qE，与粒子的速度 0无关， ，与粒子的速度v 无关，
• 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＝________.
• 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.
• (3)从P到O，小球第一次经过x轴，所用时间 为t1，则v＝v0＋gt1 • 从O到A，小球第二次经过x轴，所用时间为 t2
2πr 2πm T πE T＝ v ＝ qB ，t2＝ ＝ gB ＝ 2 v02＋2gh－v0 πE － 解得t＝ 解得 ＝t1＋t2＝ ＋ gB g
在平面直角坐标系xOy内，第一、第三象限 内 第一、 在平面直角坐标系 有大小相等、垂直平面朝里的匀强磁场， 有大小相等、垂直平面朝里的匀强磁场，第二象限有平行 于平面沿－ 方向的匀强电场 方向的匀强电场E 于平面沿－x方向的匀强电场 2，第四象限有平行于平面沿 ＋x方向的匀强电场 1，一质量为 ，电量为－q的带电粒子 方向的匀强电场E 一质量为m，电量为－ 的带电粒子 方向的匀强电场 (不计重力 ，从x轴上的 不计重力)， 轴上的(l,0)点以速度 0沿－y方向进入第四 点以速度v 不计重力 轴上的 点以速度 方向进入第四 象限的电场中，最后从 轴上的某点 轴上的某点Q沿 方向再度进入第 象限的电场中，最后从x轴上的某点 沿－y方向再度进入第 3mv02 四象限，已知E 四象限，已知 1＝ 2ql ，E2＝2E1.求 求
• (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 E v02＋2gh v02＋2gh－v0 － 答案： 负电 (3) 答案：(1)负电 (2) ＋ gB g 用的时间．
πE gB
解析： 小球穿过 轴后恰好做匀速圆周运动， 小球穿过x轴后恰好做匀速圆周运动 解析：(1)小球穿过 轴后恰好做匀速圆周运动，有qE ＝mg，故小球带负电． ，故小球带负电． (2)设小球经过 点时的速度为 ，从P到O，v2＝v02＋ 设小球经过O点时的速度为 设小球经过 点时的速度为v， 到 ， v2 2gh从O到A，根据牛顿第二定律 从 到 ， 据牛顿第二定律qvB＝m r ＝ E v02＋2gh 解得r＝ 解得 ＝ gB
无关
电势能 速度大小
2.(3)③相同 ③ (2)qvB＝qE ＝ 洛伦兹力 2.(1)机械 机械 电 (2)正极 正极
• “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．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)工作原理 v2 qBr 磁场约束偏转qBv＝m ②磁场约束偏转 ＝ ＝ • ①电场加速qU＝∆Erk，v＝ m ∝r
③加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运 加速条件：高频电源的周期与带电粒子在 形盒中运 2πm 动的周期________，即T电场＝T回旋＝ qB 动的周期 ，
• 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)
Hale Waihona Puke mg－µ(qvB＋qE) － ( ＋ ) 解得： ＝ 解得：a＝ m 随着小球速度v的增加，小球加速度减小，所以， 随着小球速度 的增加，小球加速度减小，所以，小球 的增加 向下做加速度逐渐减小的加速运动， 向下做加速度逐渐减小的加速运动，最后加速度减小到 零，小球做匀速直线运动． 小球做匀速直线运动． µqE 开始时，v＝0，此时加速度最大，am＝g－ m ； 开始时， ＝ ，此时加速度最大， － 匀速时， ＝ ，速度最大， － 匀速时，a＝0，速度最大，mg－µ(qvmB＋qE)＝0 ＋ ＝ mg E 所以v 所以 m＝µqB－B µqE mg E 答案： － 答案：g－ m µqB－B
(1)平行板中电场强度 和磁感应强度 互相 平行板中电场强度E和磁感应强度 互相______，这 平行板中电场强度 和磁感应强度B互相 ， 种装置能把具有一定速度的粒子选择出来， 种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度 选择器． 选择器． (2)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是 带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是 E ________，即v＝B. ， ＝
种类
磁偏转
电偏转
粒子的运动方向所能偏 粒子的运动方向所能 转的角度不受限制， 转的角度不受限制，θB 偏转 π 偏转的角度受到θ 偏转的角度受到 E<2
vt qB ＝ωt＝ r ＝ m t，且在 的限制，且在相等的 ＝ ， 的限制， 情况 相等的时间内偏转的角 时间内偏转的角度往 度总是相等的 往是不相等的
mv2 mv2 则：qU＝ 2 ，Bqv＝ L ＝ ＝ 2
• 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．