復(fù)合場中的物理問題

1、五、復(fù)合場中的特殊物理模型1粒子速度選擇器 如圖所示，粒子經(jīng)加速電場后得到一定的速度v0，進入正交的電場和磁場，受到的電場力與洛倫茲力方向相反，若使粒子沿直線從右邊孔中出去，則有qv0BqE,v0=E/B，若v= v0=E/B，粒子做直線運動，與粒子電量、電性、質(zhì)量無關(guān) 若vE/B，電場力大，粒子向電場力方向偏，電場力做正功，動能增加 若vE/B，洛倫茲力大，粒子向磁場力方向偏，電場力做負功，動能減少2.磁流體發(fā)電機 如圖所示，由燃燒室O燃燒電離成的正、負離子（等離子體）以高速。噴入偏轉(zhuǎn)磁場B中在洛倫茲力作用下，正、負離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在板間形成一個向下的電場兩板間形成一定的

2、電勢差當(dāng)qvB=qU/d時電勢差穩(wěn)定UdvB，這就相當(dāng)于一個可以對外供電的電源3.電磁流量計電磁流量計原理可解釋為：如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負離子）在洛倫茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a,b間出現(xiàn)電勢差當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定 由Bqv=Eq=Uq/d，可得v=U/Bd.流量Q=Sv=Ud/4B4.質(zhì)譜儀：如圖所示：組成：離子源O，加速場U，速度選擇器（E,B），偏轉(zhuǎn)場B2，膠片原理：加速場中qU=½mv2選擇器中: Bqv=Eq 偏轉(zhuǎn)場中:d2r，qvB2mv2/r 比荷: 質(zhì)

3、量作用：主要用于測量粒子的質(zhì)量、比荷、研究同位素5.回旋加速器如圖所示：組成：兩個D形盒，大型電磁鐵，高頻振蕩交變電壓，兩縫間可形成電壓U作用：電場用來對粒子（質(zhì)子、氛核,a粒子等）加速，磁場用來使粒子回旋從而能反復(fù)加速高能粒子是研究微觀物理的重要手段要求：粒子在磁場中做圓周運動的周期等于交變電源的變化周期關(guān)于回旋加速器的幾個問題：(1)回旋加速器中的D形盒，它的作用是靜電屏蔽，使帶電粒子在圓周運動過程中只處在磁場中而不受電場的干擾，以保證粒子做勻速圓周運動(2)回旋加速器中所加交變電壓的頻率f,與帶電粒子做勻速圓周運動的頻率相等:(3)回旋加速器最后使粒子得到的能量，可由公式來計算，在粒子電

4、量，、質(zhì)量m和磁感應(yīng)強度B一定的情況下，回旋加速器的半徑R越大，粒子的能量就越大電磁感應(yīng)：.1.法拉第電磁感應(yīng)定律：電路中感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比，這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的這部分電路就相當(dāng)于電源，在電源的內(nèi)部電流的方向是從低電勢流向高電勢。(即：由負到正)2.感應(yīng)電動勢的大小計算公式1) EBLV (垂直平動切割) 2) =?(普適公式) (法拉第電磁感應(yīng)定律) 3) E= nBSsin（t+）；EmnBS (線圈轉(zhuǎn)動切割)4)EBL2/2 (直導(dǎo)體繞一端轉(zhuǎn)動切割) 5)*自感E自

5、n/tL ( 自感 )3.楞次定律：感應(yīng)電流具有這樣的方向,即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化,這就是楞次定律。內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，就是感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。B感和I感的方向判定：楞次定律(右手) 深刻理解“阻礙”兩字的含義(I感的B是阻礙產(chǎn)生I感的原因)B原方向?；B原?變化(原方向是增還是減)；I感方向?才能阻礙變化；再由I感方向確定B感方向。楞次定律的多種表述從磁通量變化的角度：感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。從導(dǎo)體和磁場的相對運動：導(dǎo)體和磁體發(fā)生相對運動時,感應(yīng)電流的磁場總是阻礙相對運動。從感應(yīng)電流的磁場和原磁場：感

6、應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁場的變化。(增反、減同)楞次定律的特例右手定則在應(yīng)用中常見兩種情況：一是磁場不變，導(dǎo)體回路相對磁場運動；二是導(dǎo)體回路不動，磁場發(fā)生變化。磁通量的變化與相對運動具有等效性：磁通量增加相當(dāng)于導(dǎo)體回路與磁場接近，磁通量減少相當(dāng)于導(dǎo)體回路與磁場遠離。因此，從導(dǎo)體回路和磁場相對運動的角度來看，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙相對運動；從穿過導(dǎo)體回路的磁通量變化的角度來看，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙磁通量的變化。能量守恒表述：I感效果總要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動態(tài)分析，就是分析導(dǎo)體的受力和運動情況之間的動態(tài)關(guān)系。一般可歸納為：導(dǎo)體組成的閉合電路中磁通量發(fā)生變化導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流導(dǎo)

7、體受安培力作用導(dǎo)體所受合力隨之變化導(dǎo)體的加速度變化其速度隨之變化感應(yīng)電流也隨之變化周而復(fù)始地循環(huán)，最后加速度小致零(速度將達到最大)導(dǎo)體將以此最大速度做勻速直線運動“阻礙”和“變化”的含義感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，而不是阻礙引起感應(yīng)電流的磁場。因此，不能認(rèn)為感應(yīng)電流的磁場的方向和引起感應(yīng)電流的磁場方向相反。產(chǎn)生產(chǎn)生阻礙感應(yīng)電流的磁場磁通量變化 感應(yīng)電流4.電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合方法：從運動和力的關(guān)系著手，運用牛頓第二定律導(dǎo)體運動v感應(yīng)電動勢E感應(yīng)電流I安培力F磁場對電流的作用電磁感應(yīng)阻礙閉合電路歐姆定律(1)基本思路:受力分析運動分析變化趨向確定運動過程和最終的穩(wěn)定狀態(tài)由

8、牛頓第二列方程求解(2)注意安培力的特點：(3)純力學(xué)問題中只有重力、彈力、摩擦力，電磁感應(yīng)中多一個安培力，安培力隨速度變化，部分彈力及相應(yīng)的摩擦力也隨之而變，導(dǎo)致物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，在分析問題時要注意上述聯(lián)系5.電磁感應(yīng)與動量、能量的綜合方法：(2)從受力角度著手，運用牛頓運動定律及運動學(xué)公式變化過程是：導(dǎo)線受力做切割磁力線運動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，繼而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣就出現(xiàn)與外力方向相反的安培力作用，于是導(dǎo)線做加速度越來越小的變加速直線運動，運動過程中速度v變，電動勢BLv也變，安培力BIL亦變，當(dāng)安培力與外力大小相等時，加速度為零，此時物體就達到最大速度(2)從動量角度著手，運用動

9、量定理或動量守恒定律應(yīng)用動量定理可以由動量變化來求解變力的沖量，如在導(dǎo)體棒做非勻變速運動的問題中，應(yīng)用動量定理可以解決牛頓運動定律不易解答的問題在相互平行的水平軌道間的雙棒做切割磁感線運動時，由于這兩根導(dǎo)體棒所受的安培力等大反向，合外力為零，若不受其他外力，兩導(dǎo)體棒的總動量守恒解決此類問題往往要應(yīng)用動量守恒定律(3)從能量轉(zhuǎn)化和守恒著手，運用動能定律或能量守恒定律基本思路：受力分析弄清哪些力做功，正功還是負功明確有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化，哪增哪減由動能定理或能量守恒定律列方程求解能量轉(zhuǎn)化特點：其它能（如：機械能）電能內(nèi)能（焦耳熱）6.電磁感應(yīng)與電路綜合方法：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或

10、磁通量發(fā)生變化的回路相當(dāng)于電源解決電磁感應(yīng)與電路綜合問題的基本思路是：（1）明確哪部分相當(dāng)于電源，由法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動勢的大小和方向（2）畫出等效電路圖（3）運用閉合電路歐姆定律串并聯(lián)電路的性質(zhì)求解未知物理量功能關(guān)系：電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實質(zhì)是不同形式能量的轉(zhuǎn)化過程。因此從功和能的觀點入手，分析清楚電磁感應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，往往是解決電磁感應(yīng)問題的關(guān)健，也是處理此類題目的捷徑之一。棒平動切割B時達到的最大速度問題；及電路中產(chǎn)生的熱量Q；通過導(dǎo)體棒的電量問題 （為導(dǎo)體棒在勻速運動時所受到的合外力）。求最大速度問題，盡管達最大速度前運動為變速運動，感應(yīng)電流(電動勢)都在變化，但達

11、最大速度之后，感應(yīng)電流及安培力均恒定，計算熱量運用能量觀點處理，運算過程得以簡捷。Q=WF -Wf- （WF 為外力所做的功； Wf-為克服外界阻力做的功）；流過電路的感應(yīng)電量. 【例】長L1寬L2的矩形線圈電阻為R，處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場邊緣，線圈與磁感線垂直。將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場，求：FL1L2Bv 拉力F大小； 拉力的功率P； 拉力做的功W； 線圈中產(chǎn)生的電熱Q；通過線圈某一截面的電荷量q。解析：特別要注意電熱Q和電荷q的區(qū)別，其中 q與速度無關(guān)！交變電流電磁場交變電流(1)中性面線圈平面與磁感線垂直的位置，或瞬時感應(yīng)電動勢為零的位置。中性面的特點：a線圈處于中性面位置

12、時，穿過線圈的磁通量最大，但0；產(chǎn)生：矩形線圈在勻強磁場中繞與磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動。變化規(guī)律eNBSsint=Emsint；iImsint；(中性面位置開始計時)，最大值EmNBS四值：瞬時值最大值有效值電流的熱效應(yīng)規(guī)定的；對于正弦式交流U0.707Um 平均值不對稱方波： 不對稱的正弦波 求某段時間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量QIt=t/R/R我國用的交變電流，周期是0.02s，頻率是50Hz，電流方向每秒改變100次。瞬時表達式：ee=220sin100t=311sin100t=311sin314t線圈作用是“通直流，阻交流；通低頻，阻高頻”電容的作用是“通交流、隔直流；通高頻、阻低頻”變壓器

13、兩個基本公式： P入=P出，輸入功率由輸出功率決定，遠距離輸電：一定要畫出遠距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負載電阻。并按照規(guī)范在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號。一般設(shè)兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、n1、n1/ n2、n2/，相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號來表示。功率之間的關(guān)系是：P1=P1/，P2=P2/，P1/=Pr=P2。電壓之間的關(guān)系是：。電流之間的關(guān)系是：.求輸電線上的電流往往是這類問題的突破口。輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計算時都必須用，而不能用。特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失，解決變壓器問題的常用方法(解

14、題思路）電壓思路.變壓器原、副線圈的電壓之比為U1/U2=n1/n2;當(dāng)變壓器有多個副繞組時U1/n1=U2/n2=U3/n3=功率思路.理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出，即P1=P2；當(dāng)變壓器有多個副繞組時P1=P2+P3+電流思路.由I=P/U知,對只有一個副繞組的變壓器有I1/I2=n2/n1;當(dāng)變壓器有多個副繞組時n1I1=n2I2+n3I3+（變壓器動態(tài)問題）制約思路.(1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定時，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U2=n2U1/n1，可簡述為“原制約副”.（2）電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（n1/n2）一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線