电磁综合计算教案(电磁场).docx
《电磁综合计算教案(电磁场).docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电磁综合计算教案(电磁场).docx(29页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 【模块标题】电磁场计算【模块目标】B 综合能够对单磁场的粒子源问题(临界),两个磁场的周期问题,通过画图,找到几何关系,运用数学方法,解决相关物理量E 综合能够对周期电场、等效场,运用牛二、动能定理解决E+B 综合能够对电磁组合场,通过画图,找几何关系,数学归纳法,解决相关问题【模块讲解】【常规讲解】1:B(6星)【板书整理】一。两个公式1 2、【授课流程】步骤提问学生,两个公式,并板书,强调:推导,不能直接用写板书一。两个公式1 2、步骤通过例题讲解粒子在磁场中的运动配题逻辑:单个磁场到两个磁场到多个磁场(周期磁场)例题1(2018黄山一模)如图所示,在半个空间中分布一匀强磁场,磁感应强度
2、为B(垂直纸面并指向纸面内)。磁场边界为MN(垂直纸面的一个平面)。在磁场区内有一点电子源(辐射发射源)S,向四面八方均匀地,持续不断地发射电子。这里仅考查电子源所在的平面内,由电子源发射的电子,不计电子间的相互作用,并设电子源离界面MN的垂直距离为L。 (1)点源S发射的电子,其速度达多大时,界面MN上将有电子逸出?(2)若点源S发射的电子速度大小均为 ,在界面MN上多宽范围内有电子逸出?(其中m为电子质量,e为电子带电量。)(3)若电子速度为 ,逸出的电子数占总发射电子数的比例?【讲解】(1)由洛伦兹力提供向心力: ,得: ;临界图如下:又2r=L,得 ;(2)把代入,有:得r=L;因为粒
3、子从S点3600发射,且速度大小不变,所以,粒子的轨迹均过点S,且这些轨迹的半径均为r=L.也就是说,这些轨迹圆的圆心距离S的距离为L,得出,圆心的轨迹是以S点为圆心L为半径的圆画出圆心轨迹图:左手定则可得,粒子从S点射出后瞬时间旋转,接下来,让粒子从x正方向开始射,对应的圆心在S点正下方01,画出轨迹(红色实线)。紧接着,随着S点的出射方向逆时针转动,圆心在圆心轨迹圆上从01逆时针移动,画出2、3个轨迹线,发现都与右边界相交,即打在MN上,直到最远点。SQ是圆的弦,圆中直径最长,从而得到, (3)把代入,得 ;画圆心轨迹圆(黑色虚圆),在圆心轨迹圆上,用圆规画出红色和蓝色两个切圆。如图,几何
4、关系可得 得到 同理可得 又点电子源S,向四面八方均匀地,持续不断地发射电子, 故逸出的电子数占总发射电子数的比例为 ;答:(1)点源S发射的电子,其速度达时,界面MN上将有电子逸出;(2)若点源S发射的电子速度大小均为,在边界宽度为的范围内有电子射出;(3)若电子速度为,逸出的电子数占总发射电子数的比例为。【参考讲解】粒子源问题,难点在于临界轨迹不易找。可以通过画出圆心的轨迹圆,在圆心的轨迹圆上,用圆规画出临界轨迹。如 R不变,方向改变(粒子源):画圆心轨迹圆,用圆规找临界轨迹【参考讲解】另一种粒子源的解题方法,仅供参考如图所示,S是粒子源,黑色虚圆是圆心的轨迹圆,红色实圆是轨迹的边界点连成
5、的圆。则边界点的圆与边界相交两个点P和Q,这两个点,根据粒子的旋转方向(顺时针、逆时针)舍掉一个,剩下的点(P或Q)就是粒子所能到达的最远点。一般情况下,就两个点,一个最远点,一个切点,这两个点构成了粒子在边界上的长度。PS:请注意,最远点,不代表就是发射角度大的点哦练习1-1【2010全国1卷】如下图,在区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.在t=0时刻,一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与y轴正方向的夹角分布在0180范围内。已知沿y轴正方向发射的粒子在时刻刚好从磁场边界上点离开磁场。求:(1)粒子在磁场中做圆周运动
6、的半径R及粒子的比荷qm;(2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围;(3)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。【讲解】解:(1)如图所示几何关系可得 由公式 ,联立解得 (2)画圆心轨迹圆(黑色虚圆),在圆心轨迹圆上,用圆规画出红色和蓝色轨迹圆,对应着两个速度临界。由几何可知, (3)全部,所以求最长时间,对应的圆心角也最大几何关系可得 所以轨迹圆心角是2400,即 例题2(2018思明区校级模拟)如图所示,xOy坐标系中,在y轴右侧有一平行于y轴的边界PQ,PQ左侧和右侧存在磁感应强度大小分别为B与 的匀强磁场,磁场方向均垂直于xOy平面向里。y轴上有一点A与原
7、点O的距离为l。电荷量为q、质量为m的带正电粒子,以某一速度从坐标原点O处沿x轴正方向射出,经过的时间为 时恰好到达A点,不计粒子的重力作用。(1)粒子在左右中圆周运动半径大小之比r1:r2(2)求边界PQ与y轴的距离d和粒子从O点射出的速度大小v0;(3)若相同的粒子以更大的速度从原点O处沿x轴正方向射出,为使粒子能经过A点,粒子的速度大小应为多大?【讲解】(1)带电粒子磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得: 解得 (2)粒子在磁场中做圆周运动的周期: 粒子经过时间t恰好到达A点,其轨迹如图所示:几何关系可得 解得 由几何关系可得: 解得: 粒子在磁场中做圆周运动,洛伦
8、兹力提供向心力,由牛顿第二定律得: ;(2)速度更大的粒子,必从y轴高点处转向下方时经过A点,一个周期图象如图所示:粒子在一个周期内沿y轴方向的位移为:y=2r1+2(r2r1)sin2r1,其中:r2=2r1,即:y=2r1sin,其中: ,经过A点的条件是:ny=l,n=1、2、3,由牛顿第二定律得:, n=1、2、3、因:vv0,故n只能取1或2,故粒子的速度大小为: 或;答:(1)粒子在左右中圆周运动半径大小之比r1:r2为1:2;(2)边界PQ与y轴的距离d为,粒子从O点射出的速度大小v0为;(3)若相同的粒子以更大的速度从原点O处沿x轴正方向射出,为使粒子能经过A点,粒子的速度大小
9、应为:或。步骤总结两个或多个磁场时, 圆心规律【参考讲解】圆心就是同一条直线上的缩放,磁场同向,圆心同侧,磁场反向,圆心两侧练习2【2018江苏】如图所示,真空中四个相同的矩形匀强磁场区域,高为4d,宽为d,中间两个磁场区域间隔为2d,中轴线与磁场区域两侧相交于O、O点,各区域磁感应强度大小相等某粒子质量为m、电荷量为+q,从O沿轴线射入磁场当入射速度为v0时,粒子从O上方处射出磁场取sin53=0.8,cos53=0.6(1)求磁感应强度大小B;(2)入射速度为5v0时,求粒子从O运动到O的时间t;(3)入射速度仍为5v0,通过沿轴线OO平移中间两个磁场(磁场不重叠),可使粒子从O运动到O的
10、时间增加t,求t的最大值【讲解】(1)粒子圆周运动的半径 由题意知,解得(2)设粒子在矩形磁场中的偏转角为由d=rsin,得sin=,即=53在一个矩形磁场中的运动时间,解得直线运动的时间,解得 则(3)将中间两磁场分别向中央移动距离x粒子向上的偏移量y=2r(1cos)+xtan由y2d,解得则当xm=时,t有最大值粒子直线运动路程的最大值增加路程的最大值增加时间的最大值【常规讲解】2:E(6星)【板书整理】二、两类场1、周期电场两类周期电场:1.场强大小不变,方向周期变化(画v-t图,一般都是直线运动) 2.场强大小周期变化,方向不变(一般在电场中的运动时间远小于周期)2、等效场(圆周)注
11、意: 【授课流程】步骤快速拉过电场中的直线运动、类平抛的基本公式步骤以例题重点讲解周期电场写板书二、两类场1、周期电场两类周期电场:1.场强大小不变,方向周期变化(画v-t图,一般都是直线运动) 2.场强大小周期变化,方向不变(一般在电场中的运动时间远小于周期)2、等效场(圆周)注意: 配题逻辑:周期电场到等效场,等效电场中重点两个物体碰撞(其中,两个的碰撞,先无弹簧,再有弹簧)例题1【2010江苏】制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d的两平行极板,如图甲所示加在极板A、B间的电压UAB作周期性变化,其正向电压为U0,反向电压为-kU0(k1),电压变化的周期为2,如图乙所示在t=
12、0时,极板B附近的一个电子,质量为m、电荷量为e,受电场作用由静止开始运动若整个运动过程中,电子未碰到极板A,且不考虑重力作用(1)若,电子在02时间内不能到达极板A,求d应满足的条件;(2)若电子在0200时间未碰到极板B,求此运动过程中电子速度v随时间t变化的关系;(3)若电子在第N个周期内的位移为零,求k的值【讲解】(1)电子在0时间内做匀加速运动加速度的大小a1=位移x1=a12 在2时间内先做匀减速运动,后反向做匀加速运动加速度的大小a2=初速度的大小v1=a1 匀减速运动阶段的位移 x2=依据题意d x1+x2解得d (2)在2n(2n+1) ,(n=0,1,2, ,99)时间内
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电磁 综合 计算 教案 电磁场
链接地址:https://www.31doc.com/p-4290320.html