复合场中的物理问题.docx
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复合场中的物理问题
五、复合场中的特殊物理模型
1粒子速度选择器
如图所示，粒子经加速电场后得到一定的速度Vo
进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，则有qvoB=qE,Vo=E/B，若v=Vo=E/B,粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关
若vvE/B，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加.
若v>E/B，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少.
2.磁流体发电机
如图所示，由燃烧室O燃烧电离成的正、负离子（等离子体）以高速。
喷入偏转磁场B中.在洛伦兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场.两板间形成一定的电势差.当qvB=qU/d时电势差稳定U=dvB，这就相当于一个可以对外供电的电源.
3•电磁流量计.
电磁流量计原理可解释为：
如图所示，一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动.导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下纵向偏转，a,b间出现电势差.当
自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳
疋.
由Bqv=Eq=Uq/d，可得v=U/Bd.流量Q=Sv=nUd/4B
4.质谱仪：
如图所示：
组成：
离子源0,加速场U,速度选择器（E,B）,偏转场B2，胶片.
偏转场中:
d=2r,qvB2=mv2/r
选择器中:
Bqv=EqvE
Bi
B.
原理：
加速场中qU=?
mv2
质量m凹
2E
作用：
主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素.
5•回旋加速器
如图所示：
组成：
两个D形盒，大型电磁铁，高频振荡交变电压，两缝间可形成电压U
作用：
电场用来对粒子（质子、氛核,a粒子等）加速，磁场用来使粒子回旋从而能反复加速.高能粒子是研究微观物理的重要手段.
要求：
粒子在磁场中做圆周运动的周期等于交变电源的变化周期.关于回旋加速器的几个问题：
（1）回旋加速器中的D形盒，它的作用是静电屏蔽，使带电粒子在圆周运动过程中只处在磁场中而不受电场的干扰，以保证粒子做匀速圆
周运动‘
的频率相等：
f1qBT2"m
222
（3）回旋加速器最后使粒子得到的能量，可由公式Ek2mv2q2m来计
在粒子电量，、质量m和磁感应强度B一定的情况下，回旋加速器的半径R越大，粒子的能量就越大.
电磁感应：
.
1.法拉第电磁感应定律：
电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。
内容：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源，在电源的内部电流的方向是从低电势流向咼电势。
（即：
由负到正）
2.［感应电动势的大小计算公式］
1）E=BLV（垂
直平动切割）
2）Enn旦虫nBS•••=?
（普适公式）L
ttt
感应定律）
E=nBS3sin（3t+①）;Em=nBS3
（线圈转动切割）
4）E=BL23
（直导体绕一端转动切割）
5）*自感E自=门△①/A^t=L斗（自感）
3•楞次定律：
感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化，这就是楞次定律。
内容：
感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
B感和I感的方向判定：
楞次定律（右手）深刻理解“阻碍”两字的含义
（I感的B是阻碍产生I感的原因）
B原方向?
；B原?
变化（原方向是增还是减）；I感方向？
才能阻碍变化；再由I感方向确定B感方向。
楞次定律的多种表述
1从磁通量变化的角度：
感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的
磁通量的变化。
2从导体和磁场的相对运动：
导体和磁体发生相对运动时，感应电流
的磁场总是阻碍相对运动。
3从感应电流的磁场和原磁场：
感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化。
（增反、减同）
4楞次定律的特例右手定则
在应用中常见两种情况：
一是磁场不变，导体回路相对磁场运动；二
是导体回路不动，磁场发生变化。
磁通量的变化与相对运动具有等效性：
磁通量增加相当于导体回
路与磁场接近，磁通量减少相当于导体回路与磁场远离。
因此，
从导体回路和磁场相对运动的角度来看，感应电流的磁场总要阻碍相对运动；
从穿过导体回路的磁通量变化的角度来看，感应电流的磁场总要阻碍磁通量的变化。
能量守恒表述：
I感效果总要反抗产生感应电流的原因
电磁感应现象中的动态分析，就是分析导体的受力和运动情况之间的动态关系。
一般可归纳为：
导体组成的闭合电路中磁通量发生变化导体中产生感应电流导
体受安培力作用
导体所受合力随之变化导体的加速度变化其速度随之变化感
应电流也随之变化
周而复始地循环，最后加速度小致零（速度将达到最大）导体将以此最大速度做匀速直线运动
“阻碍”和“变化”的含义
感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不
是阻碍引起感应电流的磁场。
因此，不能认为感应电流的磁场的方向和引起感应电流的磁场方向相反。
4•电磁感应与力学综合
方法：
从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律
（3）纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦力也随之而变，导致物体的运动状态发生变化，在分析问题时要注意上述联系.
5.电磁感应与动量、能量的综合
方法：
（2）从受力角度着手，运用牛顿运动定律及运动学公式
变化过程是：
导线受力做切割磁力线运动，从而产生感应电动势，继而产生感应电流，这样就出现与外力方向相反的安培力作用，于是导线做加速度越来越小的变加速直线运动，运动过程中速度v变，电动势BLv也变，安培力BIL亦变，当安培力与外力大小相等时，力口速度为零，此时物体就达到最大速度.
（2）从动量角度着手，运用动量定理或动量守恒定律
1应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量，如在导体棒
做非匀变速运动的问题中，应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题.
2在相互平行的水平轨道间的双棒做切割磁感线运动时，由于这
两根导体棒所受的安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒.解决此类问题往往要应用动量守恒定律.
（3）从能量转化和守恒着手，运用动能定律或能量守恒定律
1基本思路：
受力分析-弄清哪些力做功，正功还是负功-明确有哪些形式的能量参与转化，哪增哪减—由动能定理或能量守恒定律列方程求解.
2能量转化特点：
其它能（如：
机械能）安培力做负功电能电流做功内能（焦耳热）
6.电磁感应与电路综合
方法：
在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源.解决电磁感应与电路综合问题的基本思路是：
（1）明确哪部分相当于电源，由法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向.
（2）画出等效电路图.
（3）运用闭合电路欧姆定律.串并联电路的性质求解未知物理
功能关系：
电磁感应现象的实质是不同形式能量的转化过程。
因此从功和能的观点入手，
分析清楚电磁感应过程中能量转化关系，往往是解决电磁感应问题的关健，也是处理此类题目的捷径之一。
棒平动切割B时达到的最大速度问题；及电路中产生的热量Q;
通过导体棒的电量问题
1VmF合外R（F合外为导体棒在匀速运动时所受到的合外力）。
求最大速度问题，尽管达最大速度前运动为变速运动，感应电流（电动势）都在变化，但达最大速度之后，感应电流及安培力均恒定，计算热量运用能量观点处理，运算过程得以简捷。
2Q=Wf-Wf-1mvm（Wf为外力所做的功；Wf-为克服外界阻
2
力做的功）；
3流过电路的感应电量qIt—tnt——
RRtR
【例】长Li宽L2的矩形线圈电阻为R,处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。
将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场,
求：
1
拉力F大小；
2拉力的功率P；
3拉力做的功W；
4线圈中产生的电热Q；
5通过线圈某一截面的电荷量q。
EB2L2V
RR
2b2l2lv
PFVV2;WFL1—V;
解析：
R
QWV;qIt—t与v无关。
RR
EBL2V」,FBIL2,F——2V;
特别要注意电热Q和电荷q的区别，其中q与速度无关!
交变电流电磁场
交变电流
（1）中性面线圈平面与磁感线垂直的位置，或瞬时感应电动势为零的位置。
中性面的特点：
a.线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量①最大，但—=0;
t
产生：
矩形线圈在匀强磁场中绕与磁场垂直的轴匀速转动。
变化规律e=NBS3sin®t=EmSin®t;i=ImSin®t;（中性面位置开始计
•••
时），最大值Em=NBS3
四值：
①瞬时值②最大值③有效值电流的热效应规定的；对于正弦式
交流U=U;
=0.707Um④平均值
不对称方波:
IJI1I2不对称的正弦波IE%
\22
求某段时间内通过导线横截面的电荷量Q=I△t=eAt/R=△①/R
我国用的交变电流，周期是0.02s,频率是50Hz,电流方向每秒改变100次。
瞬时表达式：
e=e=220,2sin100nt=311sin100nt=311sin314t
线圈作用是“通直流，阻交流；通低频，阻高频”.
电容的作用是“通交流、隔直流；通高频、阻低频”.
变压器两个基本公式：
①土匕②P入=P出，输入功率由输出功率U2n2
决定,
••
远距离输电：
一定要画出远距离输电的示意图来，
包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。
并按照
规范在图中标出相应的物理量符号。
一
般设两个变压器的初、次级线圈的匝数£
功率也应该采用相应的
分别为、n、n/n2、n/，相应的电压、电流、
符号来表示。
功率之间的关系是：
Pl=Pl/,P2=P2/,P/=Pr=P2。
电压之间的关系是：
U1n1U2n2
,U1UrU2。
U1niU2n2
电流之间的关系是：
1,Ii1rJ.求输电线上的电流往往
Iini12n2
是这类问题的突破口
rwii.i「rri■im*wn■i’
输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的
②功率思路•理想变压器的输入、输出功率为
P入二P出，即Pl=P2；当
2
特别重要的是要会分析输电线上的功率损失Prf点虚，
变压器有多个副绕组时Pi二P2+P3+
3电流思路•由I二P/U知，对只有一个副绕组的变压器有I1/I2二n2/ni；当
变压器有多个副绕组时nili=n2l2+n3b+
4（变压器动态问题）制约思路.
（1）电压制约：
当变压器原、副线圈的匝数比（ni/n2）一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2=n2U1/ni，可简述为“原制约副”.
（2）电流制约：
当变压器原、畐I」线圈的匝数比（n術2）—定，
且输入电压Ui确定时，原线圈中的电流Ii由副线圈中的输出电流I2
决定，即Ii二应怯你，可简述为“副制约原”
P2=P负1+P负2+•…；
U2确定，I2=P2/U2；
③总功率P总二P线+P2.
动态分析问题的思路程序可表示为:
PliUip1决定
5
相等；当遇到“
”型变压器时有
原理思路.变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中厶①/△t
△①t=△①2仏t+△①3仏t,适用于交流电或电压（电流）变化
的直流电，但不适用于恒定电流
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