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        首页 高考人教四川专版物理选修3-1课件 第1部分 第三章 章末小结 知识整合

        高考人教四川专版物理选修3-1课件 第1部分 第三章 章末小结 知识整合.ppt

        高考人教四川专版物理选修3-1课件 第1部分 第三章 章末小结…

        简介:本文档为《高考人教四川专版物理选修3-1课件 第1部分 第三章 章末小结 知识整合ppt》,可适用于人文社科领域

        专题一 带电粒子的电偏转和磁偏转ldquo电偏转rdquo和ldquo磁偏转rdquo分别是利用电场和磁场对运动电荷施加作用力从而控制其运动方向由于磁场和电场对电荷的作用具有不同的特征使得两种偏转存在着差别。.受力特征()ldquo磁偏转rdquo:质?#35838;猰电荷?#35838;猶的粒子?#36816;?#24230;v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中所受的磁场力(即洛伦兹力)FB=qvB与粒子的速度v有关FB所产生的加速度使粒子的速度方向发生变化而速度方向的变化反过?#20174;值?#33268;FB的方向变化FB是变力。()ldquo电偏转rdquo:质?#35838;猰电荷?#35838;猶的粒子?#36816;?#24230;v垂直射入电场强度为E的匀强电场中时所受的电场力FE=Eq与粒子的速度v无关FE是恒力。.运动规律()ldquo磁偏转rdquo:变化的FB使粒子做?#20154;?#22278;周运动其运动规律分别从时间(周期)、空间(半径)两个侧面给出如下表达?#38382;劍篢=eqf(pim,Bq)r=eqf(mv,qB)。()ldquo电偏转rdquo:恒定的FE使粒子做匀变速曲线运动即ldquo类平抛运动rdquo其运动规律分别沿垂直于和平行于电场的两个相互垂直的方向给出为:vx=vx=vtvy=eqf(qE,m)middotty=eqf(,)eqf(qE,m)t。.动能变化的差别在ldquo磁偏转rdquo中由于FB始终与粒子的运动速度垂直所以其动能的数值保持不变在ldquo电偏转rdquo中由于电场力FE做功其动能发生变化。例 如图-所示在y>的空间中存在匀强电场场强沿y轴负方向在y<的空间中存在匀强磁场磁场方向垂直于xy平面(纸面)向外。一电荷?#35838;猶、质?#35838;猰的带正电的运动粒子经过y轴上y=h处的点P时速率为v方向沿x轴正方向然后经过x轴上x=h处的P点进入磁场并经过y轴上y=-h处的P点。不计重力。求:()电场强度的大小()粒子到达P时速度的大小和方向()磁感应强度的大小。图-图-解析 粒子在电场、磁场中运动的轨迹如图-所示。()设粒子从P到P的时间为t电场强度的大小为E粒子在电场中的加速度为a由牛顿第二定律及运动学公式有qE=ma①vt=h②eqf(,)at=h③由①②③式解得:E=eqf(mvoal(),qh)④()粒子到达P时速度沿x方向的分量仍为v以v表示速度沿y方向分量的大小v表示速度的大小theta表示速度和x轴的夹角则有veqoal()=ah⑤therev=eqr(voal()+voal())⑥tantheta=eqf(v,v)⑦由②③⑤式得:v=v⑧由⑥⑦⑧式得:v=eqr()v⑨theretheta=deg⑩()设磁场的磁感应强度为B在洛伦兹力作用下粒子做?#20154;?#22278;周运动由牛顿第二定律得:qvB=meqf(v,r)?r是圆周的半径。此圆周与x轴和y轴的交点分别为P、P。因为OP=OPtheta=deg由?#36127;?#20851;系可知连线PP为圆轨道的?#26412;?#30001;此可求得r=eqr()h?由⑨、?、?可得:B=eqf(mv,qh)答案 ()eqf(mvoal(),qh) ()eqr()v 与水平方向成deg角向下 ()eqf(mv,qh)专题二 带电体在复合场中的运动问题这里所讲的复合场是指电场、磁场和重力场并存或其中某两场并存或分区域存在的情况所以粒子连续运动时一般需同时考虑电场力、洛伦兹力、重力的作用。解决这类问题需要注意以下两点:.正确分析带电粒子(带电体)的受力特征带电粒子(带电体)在复合场中做什么运动取决于带电粒子(带电体)所受的合外力及其初始速?#21462;?#24102;电粒子(带电体)在磁场中所受的洛伦兹力还会随速度的变化而变化而洛伦兹力的变化可能会引起带电粒子(带电体)所受的其他力的变化因此应把带电粒子(带电体)的运动情况和受力情况结合起来分析注意分析二者的相互关系通过正确的受力分析和运动情况分析明确带电粒子(带电体)的运动过程和运动性质选择恰当的运动规律解决问题。.灵活选用力学规律()当带电粒子(带电体)在复合场中做?#20154;?#30452;线运动时应根据平衡条件列方程求解。()当带电粒子(带电体)在复合场中做?#20154;?#22278;周运动时洛伦兹力充当向心力其余各力的合力必为零或其余各力做功之和为零。()当带电粒子(带电体)在复合场中做非匀变速曲线运动时常选用动能定理或能量守恒定律列方程求解。例 已知质?#35838;猰的带电液?#25105;运?#24230;v射入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B中液滴在此空间刚好能在竖直平面内做?#20154;?#22278;周运动。如图-所示。求:()液滴在空间受到几个力作用()液滴带电荷?#32771;?#30005;性()液滴做?#20154;?#22278;周运动的半径多大?图-解析 ()由于是带电液滴它必须受重力又处于电磁复合场中还应受到电场力及洛伦兹力共三个力作用。()因液滴做?#20154;?#22278;周运动?#26102;?#39035;满足重力与电场力平衡所以液滴应带负电电荷量由mg=qE求得:q=eqf(mg,E)。()尽管液?#38382;?#19977;个力但合力为洛伦兹力所以仍可用半径公式R=eqf(mv,qB)把电荷量代入可得:R=eqf(mv,f(mg,E)B)=eqf(Ev,gB)。答案 ()三个力 ()eqf(mg,E) 负电 ()eqf(Ev,gB)专题三 洛伦兹力作用下的多解问题带电粒子在洛伦兹力作用下做?#20154;?#22278;周运动由于某些条件不确定常使问题出现多解。.带电粒子电性不确定形成多解带电粒子由于电性不确定在初速度相同的条件下正、负带电粒子在磁场中运动轨迹不同。.磁场方向不确定形成多解对于某一带电粒子在磁场中运动若只知道磁感应强度的大小而不能确定方向带电粒子的运动轨迹?#19981;?#19981;同。.临界状态不唯一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞入有界磁场时由于粒子运动轨迹?#35797;不?#29366;因此它可能穿过去了?#37096;?#33021;转过大于deg的角度从入射界面这边反向飞出于是形成了多解。.运动的重复性形成多解带电粒子在部分是电场、部分是磁场的空间运动时往往运动具有往复性因而形成多解。例 如图-所示在x?#21152;離>的区域中存在磁感应强度大小分别为B与B的匀强磁场磁场方向均垂直于纸面向里且B>B。一个带负电荷的粒子从坐标原点O?#36816;?#24230;v沿x轴负方向射出要使该粒子经过一?#38382;?#38388;后又经过O点B与B的比值应满足什么条件?图-解析 粒子在整个运动过程中的速度大小恒为v交替地在xOy平面内B与B磁场区域中做?#20154;?#22278;周运动轨道都是半个圆周。设粒子的质量和电荷量的大小分别为m和q圆周运动的半径分别为r和rr=eqf(mv,qB)①r=eqf(mv,qB)②现分析粒子运动的轨道如图-所示在xOy平面内粒子先沿半径为r的半圆C运动到y轴上离O点距离为r的A点接着沿半径为r的半圆D运动到y轴上的O点OO的距离d=(r-r)③此后粒子每经历一次ldquo回旋rdquo(即从y轴出发沿半径为r的半圆和半径为r的半?#19981;?#21040;原点下方的y轴上)粒子的y坐标?#22270;?#23567;D。设粒子经过n次回旋后与y轴交于On点若OOn即nd满足nd=r④图-则粒子再经过半圆Cn+就能够经过原点式中n=,,helliphellip为回旋?#38382;?#30001;③④式解得eqf(r,r)=eqf(n,n+)(n=,,hellip)联①②⑤式可得B、B应满足的条件为eqf(B,B)=eqf(n+,n)(n=,,hellip)。⑥答案 eqf(B,B)=eqf(n+,n)(n=,,hellip)专题四 洛伦兹力与现代科技洛伦兹力在现代科技中应用十分广泛前面我们已经学习的速度选择器、质谱?#24688;?#22238;旋加速器等都是利用洛伦兹力下面再列举几例。.磁流体发电机如图-所示是磁流体发电机的原理图其原理是由燃烧室O燃烧电离成的正、负离子(等离子体)以高速v喷入偏转磁场B(发电通道)中正负离子在洛伦兹力作用下发生上、下偏转而积聚到A、C板上产生电势差从而在两板间形成一个向下的电场。此后进入两板间的等离子体将同时受静电力和洛伦兹力作用当等离子图-体受静电力与洛伦兹力平衡即qE=Bqv时等离子体将?#20154;?#36890;过发电通道此时A、C板上积聚的电荷最多两板间电势差最大闭合开关S将A、C两板与负载R相连就可对外供电这就是磁流体发电。A、C两板间电势差的最大值U即为该发电机的电动势由qE=Bqv及E=Ud可得电动势为:U=Bdv其中d为A、C两板间的距离。.电磁流?#32771;?#22270;-是电磁流?#32771;?#30340;示意图。在非磁?#22278;?#26009;做成的圆管道外加一匀强磁场区域当管中的导电液体流过此磁场区域时液体中的带电微粒在洛伦兹力的作用下发生偏转使管壁与磁场和流速均垂直的两个侧面上产生电势差。测出管壁上的ab两点间的电势差U就可以知道管中液体的流量Qmdashmdash单位时间内流过液体的体积(ms)。图-因为电磁流?#32771;?#26159;一根管道内部没有任何阻碍流体流动的结构所以可以用来测量高粘度及强腐蚀性流体的流量。它具有测量范围宽、?#20174;?#24555;、?#23376;?#20854;他自动控制装置配套等优点。达稳定状态时洛伦兹力与静电力平衡故qvB=qmiddoteqf(U,D)速度为v=eqf(U,BD)。根据液体流量Q=eqf(piD,)v可得Q=eqf(piD,)middoteqf(U,BD)=eqf(piDU,B)。.霍尔效应如图-所示厚度为h宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中当电流通过导体板时在导体板的上侧面A和下侧面Aprime之间会产生电势差这种现象称为霍尔效应。实验表明当磁场不太强时电势差U、电流I和B的关系为U=K式中的比例系数K称为霍尔系数。图-答案 ms例 如图-所示为磁流体发电机示意图其中两极板间距d=cm磁场的磁感应强度B=T若接入额定功率P=W的灯泡灯泡正常发光其正常发光时的电阻R=Omega不?#21697;?#30005;机内阻求:等离子体的流速为多大?解析 回?#20998;?#30005;动势E=eqr(PR)=V又eqf(E,d)q=qvB所以E=Bdv。故v=eqf(E,Bd)=eqf(,times)ms=ms。.在以上介绍的霍尔效应中如图-所示若设电流I是由电子的定向流动形成的电子的平均定向速度为v电荷?#35838;猠回答下列问题:()达到稳定状态时导体板上侧面A的电势下侧面Aprime的电势(填ldquo高于rdquo、ldquo低于rdquo或ldquo等于rdquo)()电子所受洛伦兹力的大小为()当导体上下两侧面之间的电势差为U时电子所受静电力的大小为()由静电力和洛伦兹力平衡的条件证明霍尔系数为K=其中n代表导体单位体积中电子的个数。解析:()当导体置于磁场中时导体内的自由电子在洛伦兹力作用下向上侧面A偏转结果A侧面有多余的电子Aprime侧面少了电子故A侧面的电势低于Aprime侧面的电势()电子在运动中所受洛伦兹力的大小为evB()当导体板上下两侧面之间出现电势差U时导体内产生的电场大小为E=eqf(U,h)方向由Aprime侧面指向A侧面故电子所受静电力的大小为F=Ee=eqf(U,h)e。答案:()低于 ()evB ()e ()见解析()如图所示当电子所受的静电力与洛伦兹力平衡时有evB=Ee即E=Bv得U=Eh=Bvh又I=neSv=nehdv将以上各式代入U=Keqf(IB,d)可得K=eqf(,ne)。eqf(U,h).如图-所示带电液滴从h高处自由落下进入一个匀强电场与匀强磁场互相垂直的区域磁场方向垂直纸面电场强度为E磁感应强度为B已知液滴在此区域中做?#20154;?#22278;周运动求圆周运动的半径。图-解析:液滴?#25112;?#20837;磁场时的速度v=eqr(gh)①进入磁场后受重力、洛伦兹力、静电力作用因液滴做?#20154;?#22278;周运动?#26102;?#26377;重力与静电力平衡洛伦兹力提供向心力。所以有mg=Eq②r=eqf(mv,qB)③由①②③得r=eqf(E,B)eqr(f(h,g))。答案:eqf(E,B)eqr(f(h,g)).如图-所示一束电子的电荷?#35838;猠?#36816;?#24230;v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的有界匀强磁场中穿过磁场时的速度方向与原来电子的入射方向的夹角theta是deg则电子的质量是多少?电子穿过磁场的时间又是多少?图-解析:电子在匀强磁场中运动时只受洛伦兹力作用故其轨道是?#19981;?#30340;一部分。又因洛伦兹力与速度v垂直?#35797;?#24515;应在电子穿入和穿出时洛伦兹力延长线的交点上。从图中可以看出AB弧所对的圆心角theta=deg=eqf(pi,)OB即为半径r由?#36127;?#20851;系可得:r=eqf(d,sintheta)=d。由牛顿第二定律得:qvB=eqf(mv,r)解得:m=eqf(qBr,v)=eqf(deB,v)。带电粒子通过AB弧所用的时间即穿过磁场的时间为:t=eqf(theta,pi)T=eqf(,)timeseqf(pim,Be)=eqf(pim,Be)=eqf(pid,v)。答案:eqf(deB,v) eqf(pid,v).如图-所示某一真空区域内充满匀强电场和匀强磁场此区域的宽度d=cm电场强度为E方向竖直向下磁感应强度为B方向垂直纸面向里一电子以一定的速度沿水平方向射入此区域。若电场与磁场共存电子穿越此区域时恰好不发生偏转若射入时撤去磁场电子穿越电场区域时沿电场方向偏移量y=cm若射入时撤去电场电子穿越磁场区域时也发生了偏转。不计重力作用求?#21644;迹?)电子射入时的初速度的表达式(注:表达式不必代入具体数值只保留字母符号)()电子比荷的表达式()画出电子穿越磁场区域时(撤去电场时)的轨迹并标出射出磁场时的偏转角alpha()电子穿越磁场区域后(撤去电场时)的偏转角alpha。(sindeg?#20581;osdeg=)解析:()电子在复合场中不发生偏转所受电场力和洛伦兹力平衡:qE=qvB得初速度的表达式v=eqf(E,B)()电子垂直进入匀强电场向上做类平抛运动:有d=vmiddotty=eqf(,)at加速度a=eqf(qE,m)可解得电子比荷eqf(q,m)=eqf(Ey,Bd)()电子穿越磁场区域时的轨迹如图所示()电子垂直进入匀强磁场做?#20154;?#22278;周运动由洛伦兹力提供向心力:qvB=meqf(v,r)代入比荷的表达式得r=eqf(mv,qB)=eqf(d,y)=cm=m由?#36127;?#30693;识得sinalpha=eqf(d,r)=所以偏转角alpha=deg。答案:()v=eqf(E,B) ()eqf(q,m)=eqf(Ey,Bd) ()见解析图 ()deg

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