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高中物理电场和磁场.docVIP

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高中物理电场和磁场

【方法归纳】

一、场强、电势的概念

1、电场强度E

①定义:放入电场中某点的电荷受的电场力F与它的电量q的比值叫做该点的电场强度。

②数学表达式:,单位:

③电场强度E是矢量,规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向即为该点的电场强度的方向

④场强的三个表达式

⑤比拟电场中两点的电场强度的大小的方法:

2、电势、电势差和电势能

二、电加速和电偏转

1、带电粒子在电场中的加速

在匀强电场中的加速问题一般属于物体受恒力〔重力一般不计〕作用运动问题。处理的方法有两种:

①根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解

②根据动能定理与电场力做功,运动学公式结合求解

2、带电粒子在电场中的偏转

设极板间的电压为U,两极板间的距离为,极板长度为。

运动状态分析:带电粒子垂直于匀强电场的场强方向进入电场后,受到恒定的电场力作用,且与初速度方向垂直,因而做匀变速曲线运动——类似平抛运动如图1。

v

v0

θU,dy

θ

U,d

y

v

v

图1

运动特点分析:

在垂直电场方向做匀速直线运动

在平行电场方向,做初速度为零的匀加速直线运动

通过电场区的时间:粒子通过电场区的侧移距离:

粒子通过电场区偏转角:

三、电容器的动态分析

解此类问题的关键是:先由电容定义式、平行板电容器电容的大小C与板距d、正面积S、介质的介电常数的关系式和匀强电场的场强计算式导出,,等几个制约条件式备用。接着弄清三点:①电容器两极板是否与电源相连接?②哪个极板接地?③C值通过什么途径改变?假设电容器充电后脱离电源,那么隐含“Q不改变”这个条件;假设电容器始终接在电源上,那么隐含“U不改变”〔等于电源电动势〕这个条件;假设带正电极板接地,那么该极板电势为零度,电场中任一点的电势均小于零且沿电场线方向逐渐降低;假设带负电极板接地,那么该极板电势为零,电场中任一点电势均大于零。

四、带电粒子在匀强磁场的运动

1、带电粒子在匀强磁场中运动规律

初速度的特点与运动规律

①为静止状态②那么粒子做匀速直线运动

运动轨道半径公式:;运动周期公式:

2、解题思路及方法

圆运动的圆心确实定:

①利用洛仑兹力的方向永远指向圆心的特点,只要找到圆运动两个点上的洛仑兹力的方向,其延长线的交点必为圆心.

②利用圆上弦的中垂线必过圆心的特点找圆心

五、加速器问题

U~

U

~

①单级加速器:是利用电场加速,如图2所示。

粒子获得的能量:

图2

缺点是:粒子获得的能量与电压有关,而电压又不能太高,所以粒子的能量受到限制。

②多级加速器:是利用两个金属筒缝间的电场加速。

粒子获得的能量:

缺点是:金属筒的长度一个比一个长,占用空间太大。

2、盘旋加速器

采用了屡次小电压加速的优点,巧妙地利用电场对粒子加速、利用磁场对粒子偏转,实验对粒子加速。

①盘旋加速器使粒子获得的最大能量:

在粒子的质量、电量,磁感应强度B、D型盒的半径R一定的条件下,由轨道半径可知,,即有,,所以粒子的最大能量为

由动能定理可知,,加速电压的上下只会影响带电粒子加速的总次数,并不影响引出时的最大速度和相应的最大能量。

②盘旋加速器能否无限制地给带电粒子加速?

盘旋加速器不能无限制地给带电粒子加速,在粒子的能量很高时,它的速度越接近光速,根据爱因斯坦的狭义相对论,这里粒子的质量将随着速率的增加而显著增大,从而使粒子的盘旋周期变大〔频率变小〕这样交变电场的周期难以与盘旋周期一致,这样就破坏了加速器的工作条件,也就无法提高速率了。

七、粒子在交变电场中的往复运动

当电场强度发生变化时,由于带电粒子在电场中的受力将发生变化,从而使粒子的运动状态发生相应的变化,粒子表现出来的运动形式可能是单向变速直线运动,也可能是变速往复运动。

八、粒子在复合场中运动

1、在运动的各种方式中,最为熟悉的是以垂直电磁场的方向射入的带电粒子,它将在电磁场中做匀速直线运动,那么,初速v0的大小必为E/B,这就是速度选择器模型,关于这一模型,我们必须清楚,它只能选取择速度,而不能选取择带电的多少和带电的正负,这在历年高考中都是一个重要方面。

2、带电物体在复合场中的受力分析:带电物体在重力场、电场、磁场中运动时,其运动状态的改变由其受到的合力决定,因此,对运动物体进行受力分析时必须注意以下几点:

①受力分析的顺序:先场力〔包括重力、电场力、磁场力〕、后弹力、再摩擦力等。

②重力、电场力与物体运动速度无关,由物体的质量决定重力大小,由电场强决定电场力大小;但洛仑兹力的大小与粒子速度有关,方向还与电荷的性质有关。所以

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