高三理化生PPT课件

1、一、复合场一、复合场1定义：复合场是指定义：复合场是指、并存，或并存，或其中某两场并存其中某两场并存 2.三种场的比较三种场的比较对应学生用书对应学生用书134页页 电场电场磁场磁场重力场重力场第第1页页/共共66页页第第2页页/共共66页页二、带电粒子在复合场中的运动分类二、带电粒子在复合场中的运动分类1静止或匀速直线运动：当带电粒子在复合场中所受合外静止或匀速直线运动：当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于力为零时，将处于状态或做状态或做2.匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小匀速圆周运动：当带电粒子所受的重力与电场力大小 ，方向，方向时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，时，带

2、电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做在垂直于匀强磁场的平面内做运动运动 3.当带电体所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速当带电体所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速曲线运动，这类问题一般只能用曲线运动，这类问题一般只能用能量能量关系来处理关系来处理静止静止匀速直线运动匀速直线运动相等相等相反相反匀速圆周匀速圆周第第3页页/共共66页页【名师提示名师提示】带电粒子若在重力、电场力带电粒子若在重力、电场力(为恒力时为恒力时) 及洛及洛伦兹力共同作用下做直线运动时，则一定为匀速伦兹力共同作用下做直线运动时，则一定为匀速 直线运动，三力直线运动，三力合力为零合力为零第第4页页/

3、共共66页页三、带电粒子在复合场中运动的应用实例三、带电粒子在复合场中运动的应用实例 1.速度选择器速度选择器(如右图所示如右图所示) (1)平行板中电场强度平行板中电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B互相互相这这种装置能把具有一定种装置能把具有一定的粒子选择出来，所以叫做速的粒子选择出来，所以叫做速度选择器度选择器 (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 ，即，即v .垂直垂直速度速度qEqvB第第5页页/共共66页页 2.磁流体发电机磁流体发电机 (1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把磁流体发电是一项新兴技术，它可以把直接转化直接转

4、化为电能为电能 (2)根据左手定则，如右图中的根据左手定则，如右图中的B是发电机是发电机 (3)磁流体发电机两极板间的距离为磁流体发电机两极板间的距离为l，等离子体速度为，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差，则两极板间能达到的最大电势差U (4)电源电阻电源电阻rl/S，外电阻，外电阻R中的电流可由闭合电路中的电流可由闭合电路求出，即求出，即I .内能内能正极正极Blv.欧姆定律欧姆定律第第6页页/共共66页页非磁性材料非磁性材料第第7页页/共共66页页 4.霍尔效应：在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，霍尔效应：在匀强磁场中放置一个矩形截面

5、的载流导体，当当与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了直的方向上出现了，这种现象称为霍尔效应所产生的，这种现象称为霍尔效应所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示磁场方向磁场方向电势差电势差第第8页页/共共66页页【名师提示名师提示】带电粒子在电场和磁场的复合场中运动时，带电粒子在电场和磁场的复合场中运动时，当达到稳定状态时，都存在电场力和洛伦兹力平衡的关系，即当达到稳定状态时，都存在电场力和洛伦兹力平衡的关系，即qEqvB.第第9页页/共共66页页一、带电粒子在电场或磁场中的偏转一、带电

6、粒子在电场或磁场中的偏转1两种场中带电粒子偏转的特征两种场中带电粒子偏转的特征对应学生用书对应学生用书134页页 第第10页页/共共66页页第第11页页/共共66页页2.带电粒子在两种场中偏转时处理方法对比带电粒子在两种场中偏转时处理方法对比第第12页页/共共66页页第第13页页/共共66页页第第14页页/共共66页页第第15页页/共共66页页二、带电粒子在复合场中运动的一般思路二、带电粒子在复合场中运动的一般思路1带电粒子在复合场中运动的分析方法和一般思路带电粒子在复合场中运动的分析方法和一般思路(1)弄清复合场的组成，一般有磁场、电场的复合，磁场、重弄清复合场的组成，一般有磁场、电场的复合

7、，磁场、重力场的复合，磁场、电场、重力场三者的复合力场的复合，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合第第16页页/共共66页页(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，要分阶段进行处理行处理(5)画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律画出粒子运动轨迹，灵活选择不同的运动规律当带电粒子在复合场中做匀速直线运

8、动时，根据受力平衡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列方程求解当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，应用牛顿定律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结合圆周运动规律求解当带电粒子做复杂曲线运动时，一般用动能定理或能量守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恒定律求解对于临界问题，注意挖掘隐含条件对于临界问题，注意挖掘隐含条件第第17页页/共共66页页2复合场中粒子重力是否考虑的三种情况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，因为其重力一般对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为

9、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分析时，要由分析结果确定是否要考虑重力第第18页页/共共66页页3各种场力的特点各种场力的特点(1)

10、重力的大小为重力的大小为mg，方向竖直向下，重力做功与路径无，方向竖直向下，重力做功与路径无关，重力势能的变化总是与重力做功相对应关，重力势能的变化总是与重力做功相对应(2)电场力与电荷的性质及电场强度有关，电场力做功与路径电场力与电荷的性质及电场强度有关，电场力做功与路径无关，电势能的变化总是与电场力做功相对应无关，电势能的变化总是与电场力做功相对应(3)洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小FqvB，其方向与速度方向垂直，所以，其方向与速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功洛伦兹力不做功第第19页页/共共66页页【名师指津名师指津】(1)全面正确地分析带电粒子的受力和运动特全面正确地分析带电粒子的受力和运

11、动特征是解题的前提，尤其是电场力和洛伦兹力的分析，特别要注意征是解题的前提，尤其是电场力和洛伦兹力的分析，特别要注意洛伦兹力要随带电粒子运动状态的变化而改变洛伦兹力要随带电粒子运动状态的变化而改变(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运动注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运动方向垂直、永不做功方向垂直、永不做功第第20页页/共共66页页即学即用即学即用2(2010北京海淀模拟北京海淀模拟)如右图所示，在磁感应强如右图所示，在磁感应强度为度为B的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒OO在竖直面内在竖直面内垂直于磁场方向放置，细棒与水

12、平面夹角为垂直于磁场方向放置，细棒与水平面夹角为.一质量为一质量为m、带电荷、带电荷量为量为q的圆环的圆环A套在套在OO棒上，圆环与棒间的动摩擦因数为棒上，圆环与棒间的动摩擦因数为，且，且0表示电场方向竖直向上表示电场方向竖直向上t0时，一带正电、质量为时，一带正电、质量为m的的微粒从左边界上的微粒从左边界上的N1点以水平速度点以水平速度v射入该区域，沿直线运动到射入该区域，沿直线运动到Q点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的N2点点Q为线段为线段N1N2的中点，重力加速度为的中点，重力加速度为g.上述上述d、E0、m、v、g为

13、已知量为已知量(1)求微粒所带电荷量求微粒所带电荷量q和和磁感应强度磁感应强度B的大小；的大小；(2)求电场变化的周期求电场变化的周期T；(3)改变宽度改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求区域，求T的最小值的最小值第第31页页/共共66页页【思路诱导思路诱导】(1)微粒做直线运动的条件；微粒做直线运动的条件；(2)微粒做圆周运动的条件；微粒做圆周运动的条件；(3)一个周期包括直线运动和圆周运动两个过程；一个周期包括直线运动和圆周运动两个过程；(4)d的最小值为圆周的直径的最小值为圆周的直径【解题样板解题样板】(1)微粒做直线运动，则

14、微粒做直线运动，则_qvB(1分分)微粒做圆周运动，则微粒做圆周运动，则mg_(1分分)联立联立、得得第第32页页/共共66页页第第33页页/共共66页页第第34页页/共共66页页第第35页页/共共66页页变式变式2(2010海淀模拟海淀模拟)如右图所示，在水平地面上方有一如右图所示，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应强度为B，方向水平并垂直于纸面向里一质量为，方向水平并垂直于纸面向里一质量为m、带电荷量、带电荷量为为q的带正电微粒在此区域内沿竖直平面的带正电微粒在此区域内沿竖直平面(垂直于磁

15、场方向的平面垂直于磁场方向的平面)做速度大小为做速度大小为v的匀速圆周运动，重力加速度为的匀速圆周运动，重力加速度为g.第第36页页/共共66页页(1)求此区域内电场强度的大小和方向；求此区域内电场强度的大小和方向；(2)若某时刻微粒在电场中运动到若某时刻微粒在电场中运动到P点时，速度与水平方向的点时，速度与水平方向的夹角为夹角为60，且已知，且已知P点与水平地面间的距离等于其做圆周运动的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；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当带电微粒运动至最高点

16、时，将电场强度的大小变为原来的的1/2(方向不变，且不计电场变化对原磁场的影响方向不变，且不计电场变化对原磁场的影响)，且带电微粒，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能落至地面，求带电微粒落至地面时的速度大小第第37页页/共共66页页第第38页页/共共66页页第第39页页/共共66页页第第40页页/共共66页页题型三题型三带电体在复合场中的复杂运动带电体在复合场中的复杂运动【名师锦囊名师锦囊】(1)洛伦兹力作用下的曲线运动可能是类抛体洛伦兹力作用下的曲线运动可能是类抛体运动吗？运动吗？当带电粒子所受的合外力是变力，且与初速度方向不在同一当带电粒子所受的合外力是变力，且与初速度

17、方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹不是圆直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹不是圆弧，也不是抛物线，也不可能是匀变速直线运动所以有洛伦兹弧，也不是抛物线，也不可能是匀变速直线运动所以有洛伦兹力作用的曲线运动，不可能是类抛体运动力作用的曲线运动，不可能是类抛体运动第第41页页/共共66页页(2)解决复合场中曲线运动问题的两条线索解决复合场中曲线运动问题的两条线索力和运动的关系：根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二力和运动的关系：根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解定律并结合运动学规律求解功能关系：若合力不为零且与速度方向不垂直，做复杂

18、的功能关系：若合力不为零且与速度方向不垂直，做复杂的曲线运动，因曲线运动，因f洛洛不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题根不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题根据场力及其他外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的据场力及其他外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况第第42页页/共共66页页例例3(2011银川七校联考银川七校联考)(14分分)在场强为在场强为B的水平匀强磁场的水平匀强磁场中，一质量为中，一质量为m、电荷量为、电荷量为q的小球从的小球从O点由静止释放，小球的点由静止释放，小球的运动曲线如下图所示

19、已知此曲线在最低点的曲率半径为该点到运动曲线如下图所示已知此曲线在最低点的曲率半径为该点到x轴距离的轴距离的2倍，重力加速度为倍，重力加速度为g.求：求：(1)小球运动到任意位置小球运动到任意位置P(x，y)的速率的速率v.(2)小球在运动过程中第一次下降的最大距离小球在运动过程中第一次下降的最大距离ym.(3)欲使小球沿欲使小球沿x轴正方向做直线运动，可在该区域加一匀强轴正方向做直线运动，可在该区域加一匀强电场，试分析加电场时，小球在什么位置，所加电场的场强为多电场，试分析加电场时，小球在什么位置，所加电场的场强为多少？方向如何？少？方向如何？第第43页页/共共66页页【思路诱导思路诱导】分

20、析该题时应把握以下几点：分析该题时应把握以下几点：(1)当小球做复当小球做复杂的曲线运动时，一般用功能关系进行求解，所以求解小球的速杂的曲线运动时，一般用功能关系进行求解，所以求解小球的速率可根据动能定理；率可根据动能定理；(2)小球下降的最大距离可由圆周运动分析；小球下降的最大距离可由圆周运动分析；(3)小球在其他场力与磁场力作用下做直线运动，一般是匀速直线小球在其他场力与磁场力作用下做直线运动，一般是匀速直线运动，可由小球的运动特征分析受力的特点运动，可由小球的运动特征分析受力的特点【解题样板解题样板】(1)洛伦兹力不做功，由动能定理得洛伦兹力不做功，由动能定理得_(3分分)得得v_(1分

21、分)第第44页页/共共66页页第第45页页/共共66页页变式变式3如下图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左如下图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场，在虚线的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应的匀强电场，在虚线的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为强度大小为B.一绝缘一绝缘C形弯杆由两段直杆和一半径为形弯杆由两段直杆和一半径为R的半圆环组的半圆环组成，固定在纸面所在的平面内成，固定在纸面所在的平面内PQ、MN水平且足够长，半圆环水平且足够长，半圆环MAP在磁场边界左侧，在磁场边界左侧，P、M点在磁场边界线上，点在磁场边界线上，NMAP段是光滑段是光滑的现有一质量为的

22、现有一质量为m、带电荷量为、带电荷量为q的小环套在的小环套在MN杆上，它所杆上，它所受电场力为重力的受电场力为重力的3/4倍现在倍现在M右侧右侧D点由静止释放小环，小环点由静止释放小环，小环刚好能到达刚好能到达P点点第第46页页/共共66页页(1)求求DM间距离间距离x0；(2)求上述过程中小环第一次通过与求上述过程中小环第一次通过与O点等高的点等高的A点时弯杆对点时弯杆对小环作用力的大小；小环作用力的大小；(3)若小环与若小环与PQ间动摩擦因数为间动摩擦因数为(设最大静摩擦力与滑动摩设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等擦力大小相等)，现将小环移至，现将小环移至M点右侧点右侧4R处由静止开始释放

23、，求处由静止开始释放，求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功第第47页页/共共66页页第第48页页/共共66页页第第49页页/共共66页页随堂巩固随堂巩固1回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，两盒间的狭缝中形盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，关于回旋形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁

24、场中，如图所示，关于回旋加速器的下列说法正确的是加速器的下列说法正确的是()对应学生用书对应学生用书138页页 第第50页页/共共66页页A狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，带电粒子从带电粒子从D形盒射出时的动能越大形盒射出时的动能越大B磁场对带电粒子的洛伦兹力对粒子不做功，因此带电粒磁场对带电粒子的洛伦兹力对粒子不做功，因此带电粒子从子从D形盒射出时的动能与磁场的强弱无关形盒射出时的动能与磁场的强弱无关C带电粒子做一次圆周运动，要被加速两次，因此交变电带电粒子做一次圆周运动，要被加速两次，因此交变电场的周期应为圆周运动周期的二倍场

25、的周期应为圆周运动周期的二倍D用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子，一般要调用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子，一般要调节交变电场的频率节交变电场的频率第第51页页/共共66页页第第52页页/共共66页页2(2009宁夏高考理综宁夏高考理综)医生做某些特殊手术时，利用电磁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和和b以及磁极以及磁极N和和S构成，磁极间的磁场是均匀的构成，磁极间的磁场是均匀的. 使用时，两电极使用时，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均与血管壁接触

26、，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运垂直，如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，血管内部的之间会有微小电势差在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零合力为零. 在某次监测中，两触点的距离为在某次监测中，两触点的距离为3.0 mm，血管壁的厚度，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为，磁感应强度的大小为0.040 T则血流速度的近似值和电极则血流速度的近似值和电极a、b的正负为的正负为()第第53页页/共共66页页A1.3 m/s，a正、正、b负