福建省屆高考物理二輪專題總復(fù)習(xí)專題電場與磁場ppt課件

1、第第1 1課時(shí)課時(shí) 電場與磁場的比較電場與磁場的比較 專題六 電場與磁場 例1：(2021福建卷)物理學(xué)中有些問題的結(jié)論不一定必需經(jīng)過計(jì)算才干驗(yàn)證，有時(shí)只需求經(jīng)過一定的分析就可以判別結(jié)論能否正確如圖611所示為兩個(gè)彼此平行且共軸的半徑分別為R1和R2的圓環(huán)，兩圓環(huán)上的電荷量均為q(q0)，而且電荷均勻分布兩圓環(huán)的圓心O1和O2相距為2a， 連線的中點(diǎn)為O，軸線上的A點(diǎn) 在O點(diǎn)右側(cè)與O點(diǎn)相距為r(r0區(qū)域內(nèi)，有磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.20T的勻強(qiáng)磁場，方向與xOy平面垂直向里在x軸上的P(10,0)點(diǎn)處有一放射源，在xOy平面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射速率為v= m/s的帶正電粒子，粒子的質(zhì)量為m= kg，粒子

2、帶電量為q= C，不計(jì)粒子的重力，求：(1)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；(2)y軸上能被帶電粒子擊中的最低和最高位置；(3)擊中y軸正向最大值的粒子，在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間圖6-1-5 193.2 10266.4 1051.0 10解：(1)洛倫茲力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力： 解得軌道半徑(2)放射源射出粒子速度大小一樣，因此在磁場中軌道半徑一樣，它們軌跡的圓心都在以P點(diǎn)為圓心，r=10cm為半徑的圓上，如下圖2vqvBmr【解析】這類標(biāo)題解題時(shí)要充分讀懂題中的信息，發(fā)掘并充分利用知條件，然后與圓周運(yùn)動(dòng)、幾何知識相結(jié)合，經(jīng)過作圖進(jìn)展解題 265196.4 101.0 10m0.10m3.2 100.

3、2mvrqB擊中y軸正向最大值的粒子，在磁場中運(yùn)動(dòng) 的時(shí)間得2 mTqB12tT 當(dāng)軌道圓心在O1處時(shí)，粒子打在y軸的最低點(diǎn)：y1=-r =-10cm當(dāng)軌道圓心在O2處時(shí)，粒子打在y軸的最高點(diǎn)：(3)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期222(2 )317.3cmyrrr263.14 6.4 103.14 10s3.2 1019 0.2mtqB- 此題是一道典型的帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的問題，通常根據(jù)洛倫茲力不做功及圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律解題其思緒及方法中應(yīng)留意圓周運(yùn)動(dòng)的圓心確實(shí)定： 利用洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)指向圓心的特點(diǎn)，只需找到圓周運(yùn)動(dòng)軌跡上兩個(gè)點(diǎn)的洛倫茲力的方向，其延伸線的交點(diǎn)必為圓心 利用圓上弦的中垂線必過圓心的

4、特點(diǎn)找圓心對于臨界軌跡確實(shí)定： 假設(shè)粒子速度大小不變，方向改動(dòng)，可用旋轉(zhuǎn)軌跡圓的方法來確定臨界軌跡； 假設(shè)粒子速度方向不變，大小改動(dòng)，可用放大軌跡圓的方法來確定臨界軌跡 (2021廈門模擬)(多項(xiàng)選擇)如圖616所示，寬h=2cm的有界勻強(qiáng)磁場的縱向范圍足夠大，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，現(xiàn)有一群帶正電粒子從O點(diǎn)以一樣的速率沿紙面不同方向進(jìn)入磁場，假設(shè)粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑均為r=5cm，那么( ) A右邊境：4cmy4cm有粒子射出B右邊境：y4cm和y4cm有粒子射出C左邊境：y8cm有粒子射出D左邊境：0y8cm有粒子射出 圖6-1-6【解析】可根據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)方向不同畫出一

5、系列半徑相等的動(dòng)態(tài)圓協(xié)助分析，從而找到臨界和極值條件當(dāng)粒子從O點(diǎn)沿y軸的負(fù)方向射入磁場，粒子從右邊境的下方射出當(dāng)所作的動(dòng)態(tài)圓與右邊境相切時(shí)，粒子從右邊境的最上方和左邊境的最上方射出，由幾何關(guān)系和勾股定理可知粒子射出的范圍為右邊境：-4cmy4cm， 左邊境：0y8cm.例4：圖617所示的真空管中，質(zhì)量為m，電荷量為e的電子從燈絲F出發(fā)，經(jīng)過電壓U1加速后沿中心線射入相距為d的兩平行金屬板B、C間的勻強(qiáng)電場中，經(jīng)過電場后打到熒光屏上，設(shè)B、C間電壓為U2，B、C板長為l1，平行金屬板右端到熒光屏的間隔為l2，求：(1)電子分開BC間勻強(qiáng)電場時(shí)的速度與進(jìn)入時(shí)速度間的夾角(2)電子打到熒光屏上的位

6、置偏離屏中心的間隔 圖6-1-7【解析】電子在真空管中的運(yùn)動(dòng)可分為三段：從F出發(fā)在電壓U1作用下的加速運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入平行金屬板B、C間的勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)；飛離勻強(qiáng)電場到熒光屏間的勻速直線運(yùn)動(dòng) 電子分開勻強(qiáng)電場時(shí)豎直方向的速度vy為：21/1yeUvatmdvNoImage 電子分開電場時(shí)速度v2與進(jìn)入電場時(shí)的速度v1夾 角為 (如圖)，那么2 12 12111tan2yveU lU l=vUdmdv2 11=tan2U larcU d所以： (2)電子經(jīng)過勻強(qiáng)電場時(shí)偏離中心線的位移 電子分開電場后，做勻速直線運(yùn)動(dòng)射到熒光屏上，豎直方向的位移 所以電子打到熒光屏上時(shí)，偏離中心線的間隔為2222

7、12 1121111224eUlU lyatdm vU dNoImage2 1 2221tan2U l lylU d2 111221()22U llyyylU d第第2課時(shí)課時(shí) 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 一、帶電粒子在復(fù)合場中做直線運(yùn)動(dòng)的問題一、帶電粒子在復(fù)合場中做直線運(yùn)動(dòng)的問題 假設(shè)電荷在勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場和重力場假設(shè)電荷在勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場和重力場共同作用下做直線運(yùn)動(dòng)，由于電場力和重力為共同作用下做直線運(yùn)動(dòng)，由于電場力和重力為恒力，洛倫茲力方向和速度方向垂直，所以只恒力，洛倫茲力方向和速度方向垂直，所以只需電荷速度大小不發(fā)生變化，電荷就不會(huì)脫離需電荷速度大小不發(fā)生變

8、化，電荷就不會(huì)脫離原來的直線軌道，也就是說，電荷在電場力、原來的直線軌道，也就是說，電荷在電場力、重力和洛倫茲力共同作用下做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一重力和洛倫茲力共同作用下做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定是做勻速直線運(yùn)動(dòng)處置這類問題，應(yīng)根據(jù)定是做勻速直線運(yùn)動(dòng)處置這類問題，應(yīng)根據(jù)受力平衡列方程求解受力平衡列方程求解 有時(shí)根據(jù)洛倫茲力不做功的特點(diǎn)，選用牛頓第二定律、動(dòng)能定理、能量守恒等規(guī)律列方程求解例1 如下圖，在相互垂直的程度勻強(qiáng)電場和程度勻強(qiáng)磁場中，有一豎直固定絕緣桿MN，小球P套在桿上，知P的質(zhì)量為m，電荷量為q，P與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，小球由靜止開場下滑，設(shè)電場、磁場區(qū)域足夠大，桿足

9、夠長，求：(1)當(dāng)下滑加速度為最大加速度一半時(shí)的速度(2)當(dāng)下滑速度為最大下滑速度一半時(shí)的加速度解：(1)小球剛開場下滑時(shí)速度較小，qvBqE，那么mg(BqvqE)=ma【解析】此題是帶電粒子在復(fù)合場中做直線運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典題，要留意分析由于速度的變化而引起的洛倫茲力的變化，進(jìn)而使得摩擦力發(fā)生變化所以在a到達(dá)am之前，當(dāng)a= 時(shí)12ma速度為v1=22qE mgqB(條件：mg2qE)；在a到達(dá)am之后，當(dāng)a=12ma速度為v2= 22qEmgqBmgiqEiqB，(2)在a到達(dá)am后，隨著v增大，a減小，當(dāng)a=0時(shí)v=vm，由式可得vm=2mv2mgiqEagm則由式解得此時(shí)加速度為設(shè)在a到達(dá)a

10、m之前，有v=由于mgqE，故ag，這與題設(shè)矛盾，闡明a=am之前速度不能夠到達(dá)最大速度的一半,而應(yīng)該在a=am之后那么將2mvv 2mgiqEm代入式可解得a= 在處置復(fù)合場的直線運(yùn)動(dòng)問題時(shí)要牢牢把握力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，做好受力分析，尤其要留意洛倫茲力的變化以及摩擦力的變化然后利用牛頓第二定律進(jìn)展解題二、帶電粒子在復(fù)合場中做曲線運(yùn)動(dòng)的問題二、帶電粒子在復(fù)合場中做曲線運(yùn)動(dòng)的問題 帶電粒子在復(fù)合場中做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)的分析帶電粒子在復(fù)合場中做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)的分析思緒：思緒： 當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力等值反當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場力等值反向時(shí)，僅由洛倫茲力提供向心力，帶電粒子在向時(shí)，僅由洛倫茲力提供向

11、心力，帶電粒子在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)處置這垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)處置這類問題，往往同時(shí)運(yùn)用牛頓第二定律、動(dòng)能定類問題，往往同時(shí)運(yùn)用牛頓第二定律、動(dòng)能定理列方程求解理列方程求解當(dāng)帶電粒子所受的合外力是變力，與初速度方向不在同不斷線上時(shí)，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線，普通處置這類問題，選用動(dòng)能定理或能量守恒列方程求解由于帶電粒子在復(fù)合場中受力情況復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，這時(shí)應(yīng)以標(biāo)題中“最大、“最高、“至少等詞語為突破口，發(fā)掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)規(guī)律002tan12x

12、yyqEvvvtmvvqEytm類平拋運(yùn)動(dòng)速度，偏轉(zhuǎn)角 ，偏轉(zhuǎn)距離222,tan2mvmrTqBqBqBttmylrrl勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑周期偏轉(zhuǎn)角偏移距離電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)射出邊境的速率運(yùn)動(dòng)時(shí)間2200yvvvv0vv0ltv2tT 例2: 如圖623所示，在寬度分別為l1和l2的兩個(gè)相鄰的條形區(qū)域分別有勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，磁場方向垂直于紙面向里，電場方向與電、磁場分界限平行向右一帶正電荷的粒子以速率v從磁場區(qū)域上邊境的P點(diǎn)斜射入磁場，然后以垂直于電、磁場分界限的方向進(jìn)入電場，最后從電場邊境上的Q點(diǎn)射出，知PQ垂直于電場方向，粒子軌跡與電、磁場分界限的交點(diǎn)到PQ的間隔為d.不計(jì)重力，求電場強(qiáng)度與

13、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比及粒子在磁場與電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比【解析】粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖)由于粒子在分界限處的速度與分界限垂直，圓心O應(yīng)在分界限上OP長度即為粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧的半徑R.由幾何關(guān)系得圖623222RlRd（） 2m qvqvBmR設(shè)粒子的質(zhì)量和所帶正電荷分別為 和 ，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得11sinppopRtvlR設(shè) 為虛線與分界線的交點(diǎn)，則粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 粒子進(jìn)入電場后做類平拋運(yùn)動(dòng)，其初速度為v，方向垂直于電場設(shè)粒子加速度大小為a，由牛頓第二定律得qE=ma2222212datlvtt由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有（式中 是粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間） 由 式得22122ldE

14、vBl 22111222212arcsin2tlddltdlld由式得（） 處置帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動(dòng)問題首先要明確圓面，確定圓心，找出半徑然后由圓周運(yùn)動(dòng)的供求關(guān)系出發(fā)，找出力與運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)絡(luò)對于帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)，還應(yīng)特別留意運(yùn)用幾何知識尋覓關(guān)系 三、電磁場中的信息題三、電磁場中的信息題 電磁場在科學(xué)技術(shù)中的運(yùn)用，主電磁場在科學(xué)技術(shù)中的運(yùn)用，主要有兩類，要有兩類，一類是利用電磁場的變化將其他信號一類是利用電磁場的變化將其他信號轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)而到達(dá)轉(zhuǎn)化信息或轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)而到達(dá)轉(zhuǎn)化信息或自動(dòng)控制的目的；自動(dòng)控制的目的；另一類是利用電磁場對電荷或電流的另一類是利用電磁場對電荷或電流的

15、作用，來控制其運(yùn)動(dòng)，使其平衡、加作用，來控制其運(yùn)動(dòng)，使其平衡、加速、偏轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)，以到達(dá)預(yù)定的目的，速、偏轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)，以到達(dá)預(yù)定的目的，如示波器、電流計(jì)等討論與電磁場如示波器、電流計(jì)等討論與電磁場有關(guān)的實(shí)踐問題，首先應(yīng)經(jīng)過分析將有關(guān)的實(shí)踐問題，首先應(yīng)經(jīng)過分析將其提煉成純粹的物理問題，然后用途其提煉成純粹的物理問題，然后用途理物理問題的方法進(jìn)展分析這里較理物理問題的方法進(jìn)展分析這里較多的是用分析力學(xué)問題的方法多的是用分析力學(xué)問題的方法 例3如圖624所示，厚度為h、寬為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，當(dāng)電流經(jīng)過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A之間會(huì)產(chǎn)生電勢差，這種景象稱為霍

16、爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)闡明，當(dāng)磁場不太強(qiáng)時(shí)電勢差U、電流I和B的關(guān)系為U=k式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)IBd 霍爾效應(yīng)可解釋如下： 外部磁場的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)出現(xiàn)多余的正電荷，從而構(gòu)成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力到達(dá)平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)構(gòu)成穩(wěn)定的電勢差設(shè)電流I是由電子定向流動(dòng)構(gòu)成的，電子的平均定向速度為v，電荷量為e，回答以下問題：(1)到達(dá)穩(wěn)定形狀時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢_下側(cè)面A的電勢(填“高于、“低于或“等于)(2)電子所受的洛倫茲力的大小為_(3)當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時(shí)，電子所受的靜電力的

17、大小為_(4)由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)k=其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)1ne【解析】霍爾效應(yīng)對學(xué)生來說是課本里沒有出現(xiàn)過的一個(gè)新知識，但試題給出了霍爾效應(yīng)的解釋，要求學(xué)生在了解的根底上，調(diào)動(dòng)所學(xué)知識處理問題，這實(shí)踐上是對學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的測試，具有較好的信度和效度 (1)首先分析電流經(jīng)過導(dǎo)體板時(shí)的微觀物理過程由于導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，電流是電子的定向運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的，電流方向從左到右，電子運(yùn)動(dòng)的方向從右到左根據(jù)左手定那么可判別電子遭到的洛倫茲力的方向向上，電子向A板聚集，A板出現(xiàn)多余的正電荷，所以A板電勢低于A板電勢，應(yīng)填“低于(2)電子所受洛倫茲力的

18、大小為f=evBUhUh(3)橫向電場可以為是勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度E=電子所受電場力的大小為F=eE=e(4)電子遭到橫向靜電力與洛倫茲力的作用，由二力平衡有eUh=evB，可得U=hvB經(jīng)過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度微觀表達(dá)式為I=nevdh由標(biāo)題給出的霍爾效應(yīng)公式U=kIBdnevdhBd1ne有hvB=k，得k= 該題是帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)，但原先只需磁場，電場是在通電后自行構(gòu)成的，在分析其他問題時(shí)，要留意這類情況的出現(xiàn)聯(lián)絡(luò)宏觀量I和微觀量的電流表達(dá)式I=nevdh，此式是一個(gè)很有用的公式 2 (2021 北京卷)利用霍爾效應(yīng)制造的霍爾元件以及傳感器，廣泛運(yùn)用于丈量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域圖6-2-5 如圖625(a)，將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場B中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面a、b間通以電流I時(shí)，另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢差，這一景象稱為霍爾效應(yīng)其緣由是薄片中的挪動(dòng)電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累，于是c、f間建立起電