副科级公开选拔副科级领导干部面试题及答案 结构化面试.doc

,第六节 洛伦兹力与现代技术,人造太阳-托卡马克装置,一、带电粒子在磁场中的运动,【实验】,无磁场时电子束的径迹,垂直射入匀强磁场时电子束的径迹,问题1在仅受电场力的情况下，带电粒子垂直电场方向进入匀强电场时会做什么运动呢？,+,问题2在仅受磁场力的情况下，带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？,？,电子射线管,洛伦兹力演示仪,线圈未通电时，B=0,线圈通电时，B0 方向垂直线圈平面向里,观察与思考：,1、带电粒子做圆周运动的轨迹平面与磁场方向有何关系？2、你认为粒子的运动是匀速圆周运动吗？判断的依据是什么？结论：仅受磁场力的作用下，垂直进入匀强磁场的带电粒子做_ 运动.,讨论与交流：1、什么条件下，带电粒子在匀强磁场中的径迹是直线、圆？2、导出质量为m，电荷量为q，速率为V的带电粒子在匀强磁场B中做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T的公式。,？,带电粒子在匀强磁场中的三种运动形式,如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略（或均被平衡）,(2)当B时，f洛=F向，做匀速圆周运动；,(3)当与B夹一般角度时，可将正交分解为 和，因此电荷一方面以的速度在平行于B的方向上做匀速直线运动，另一方面以的速度在垂直于B的平面内做匀速圆周运动。,(1)当B时，f=0，做匀速直线运动；,等距螺旋,带电离子与磁场成一定的角度射入匀强磁场，粒子运动如下：,垂直于B方向上：匀速圆周运动平行于B方向上：匀速直线运动,垂直磁场方向：Rmvsin/qB T=2m/qB平行磁场方向：螺距 d2mcos/qB,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T,推导:粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供的,所以,说明:1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。,v,f,+q,练习：优化方案124页A组第1题,1.如图1所示，两个相同的带电粒子，不计重力，同时从A孔沿AD方向射入一正方形空腔的匀强磁场中，它们的轨迹分别为a和b，则它们的速率和在空腔里的飞行时间关系是（ ）Av a = v b , t a v b , t a v b , t a t b,B,练习：优化方案125页B组第3题,圆的基本知识圆心、半径和圆心角,弦切角等于圆心角的一半、速度偏转角等于圆心角弦切角等于圆周角,方法一：已知入射方向和出射方向,可以通过入射点和出射点分别作垂直与入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心,V0,P,M,O,V,一、圆心的确定 参阅优化方案120页,方法二：已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心,V,P,M,O,二、半径的确定和计算,利用平面几何的关系，求出该圆的可能半径（或圆心角），并注意以下两个重要的几何特点：,相对的弦切角（ ）相等，与相邻的弦切角（ ）互补，即 ,(偏向角）,粒子速度的偏向角等于圆心角，并等于AB弦与切线的夹角（弦切角）的倍即=2=t,三,a. 用公式 t =s / v 或 t =/求,b. 已知周期T，所对应的圆心角为时,运动时间的确定,粒子在磁场中的匀速圆周运动时间与速度方向的偏转角成正比。,注意圆周运动中的有关对称规律,1、如从同一边界射入的粒子,从同一边界射出时,速度与边界的夹角相等,2、在圆形磁场区域内,沿径向射入的粒子,必沿径向射出.速度的偏转角等于圆心角,参阅优化方案119页,确定带电粒子(不计重力)在有界磁场中运动轨迹的方法,定圆心，画圆弧，求半径,带电粒子(不计重力)在 磁场中做圆周运动问题解题的一般步骤：,1、找圆心,2、求半径,4、求其它量,物理方法：两洛仑兹力延长线的交点为圆心,几何方法：弦的垂直平分线与一直径的交点,几何方法：利用三角知识和圆的知识求,物理方法：由qvB=mv2/R得 R=mv/qB,3、确定圆心角,物理方法：圆心角等于运动速 度的偏向角,几何方法：圆心角等于弦切角的二倍,2:如图所示，虚线所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动的方向与原入射方向成角。设电子质量为m，电荷量为e，不计电子之间的相互作用力及所受的重力。求： （1）电子在磁场中运动轨迹的半径R； （2）电子在磁场中运动的时间t； （3）圆形磁场区域的半径r。,解：,（1）由牛顿第二定律和洛沦兹力公式得,解得,（2）设电子做匀速圆周运动的周期为T，则,由如图所示的几何关系得圆心角,所以,（3）由如图所示几何关系可知，,特点：当速度沿着半径方向进入磁场时，粒子一定沿着半径方向射出。速度的偏转角等于圆心角,3、 一个质量为m电荷量为+ q的带电粒子从x轴上的P（a，0）点以速度v射入第四象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第四象限，射出点Q的坐标为（0，-b） 。ab.求匀强磁场的磁感应强度B。,P,0,0,Q,带电粒子在磁场中运动问题的解题思路,找圆心,画轨迹,已知两点速度方向,已知一点速度方向和另一点位置,两洛伦兹力方向的延长线交点为圆心,弦的垂直平分线与一直径的交点为圆心,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,F洛=0匀速直线运动,F洛=Bqv匀速圆周运动,F洛=Bqv等距螺旋（090）,在只有洛仑兹力的作用下,课堂小结：,作业：,1、课本92页练习第1题2、课本95页练习第5题,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,F洛=0匀速直线运动,F洛=Bqv匀速圆周运动,F洛=Bqv等距螺旋（090）,在只有洛仑兹力的作用下,课堂小结：,带电粒子在磁场中运动问题的解题思路,找圆心,画轨迹,已知两点速度方向,已知一点速度方向和另一点位置,两洛伦兹力方向的延长线交点为圆心,弦的垂直平分线与一直径的交点为圆心,练习2:如图所示，虚线所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动的方向与原入射方向成角。设电子质量为m，电荷量为e，不计电子之间的相互作用力及所受的重力。求： （1）电子在磁场中运动轨迹的半径R； （2）电子在磁场中运动的时间t； （3）圆形磁场区域的半径r。,解：,（1）由牛顿第二定律和洛沦兹力公式得,解得,（2）设电子做匀速圆周运动的周期为T，则,由如图所示的几何关系得圆心角,所以,（3）由如图所示几何关系可知，,特点：当速度沿着半径方向进入磁场时，粒子一定沿着半径方向射出。速度的偏转角等于圆心角,x,y,o,p,v,v,入射速度与边界成角=出射速度与边界成角,评讲作业：如图所示，在y0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感应强度为B。一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在x0y平面内，与x轴正向的夹角为。若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L，求该粒子的电量和质量之比q/m。,评讲作业：如图所示，在y UN B、UM UNC、UM = UN D、无法判断,A,应用四：磁流体发电机,磁流体发电机：如图所示，等离子喷入磁场区域，磁场区域中有两块金属板A和B，正、负离子在洛仑兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板产生电势差U。,A板带什么电？B板带什么电？,电流方向？,课本95页6题,例4：已知，B为磁感应强度，d为两板间距，v为喷射速度AB间的最大电势差Um=？,分析：当qBv=qE时，离子不在发生偏转，AB板上的电压不在增加。,应用五、电磁流量计,若管道为其他形状,如矩形呢?,课本96页10题；优化方案125页11题,应用六、电视显像管的工作原理,1、要是电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？,垂直纸面向外,2、要是电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？,垂直纸面向里,3、要是电子打从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？,先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。,作业：,1、课本96页第9题2、优化方案121页做一做第4题3、课后阅读现代教育报第14期第4版,第六节 洛伦兹力与现代技术 第三课时 专题一带电粒子在有界磁场中的运动,“带电粒子在磁场中运动”的解题套路：,画轨迹,找圆心,定半径,区分磁场“区域圆”和粒子“轨道圆”并由三角、几何知识确定其半径关系,由洛伦兹力提供向心力，列方程或推导出半径公式和周期公式,辅助套路：寻找物理公式以外的方程（条件方程或不等式）,1、带电粒子在半无界磁场中的运动例题1、如图所示，在y0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感应强度为B，一带正电的粒子以速度V0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正方向的夹角为，若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L，求粒子运动的半径和运动时间。,解：如图所示作辅助线，由几何知识可得：,故运动半径为,运动时间为,练习1、一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P（a，0）点以速度v，沿与x正方向成60的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。,y,x,o,B,v,v,a,O/,射出点坐标为（0， ）,2.在条形磁场区中的运动,例题2、一质子以某一速度垂直射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与入射方向的夹角为, 试求带电粒子在磁场中的运动半径R。,解：如图所示作辅助线，由几何知识可得,故,练习2、 如图所示，长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m、电量为q的带正电粒子（不计重力）从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，为使粒子能够打在极板上，则粒子的速度应满足什么关系？,R,R-L/2,L,解：经分析得，粒子打在b点时有最大速度vmax，打在a点时有最小速度vmin。,当粒子打在b点时，设对应的半径为R,如图所示作辅助线。,则由几何知识可得：,解得：,所以最大速度vmax为,当粒子打在a点时，设对应的半径为r,则由几何知识可得,所以最小速度为,故粒子的速度应满足,解答有关运动电荷在有界匀强磁场中的运动问题时，我们可以将有界磁场视为无界磁场让粒子能够做完整的圆周运动。确定粒子圆周运动的圆心，作好辅助线，充分利用圆的有关特性和公式定理、 圆的对称性等几何知识是解题关键，如弦切角等于圆心角的一半、速度的偏转角等于圆心角。粒子在磁场中的运动时间与速度方向的偏转角成正比。,解题思路归纳,3、在圆形磁场区中的运动,例题3： 如图所示，纸面内存在着一半径为R的圆形匀强磁场，一负粒子从A点正对着圆心O以速度v垂直磁场射入，已知当粒子射出磁场时，速度方向偏转了。求粒子在磁场中运动的轨道半径r。（不计重力）,解：如图所示做辅助线，连接两圆圆心,因为速度方向偏转了所以圆O1中的圆心角为,特点：当速度沿着半径方向进入磁场时，粒子一定沿着半径方向射出。速度的偏转角等于圆心角,P,（2002年全国） 、电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度，此时的磁场的磁感应强度B应为多少？,练习,解析：电子在磁场中沿圆弧ab运动。圆心为C，半径为R，如图以v表示电子进入磁场时的速度。M、e分别表示电子的质量和电量，则,本题是一道关于带电粒子在电场中加速和在磁场中受洛仑兹力的综合题，关键要搞清电子束从加速电场出来后，进入磁场前及从磁场出来后是作匀速运动的。本题考查了粒子加速和圆周运动问题又结合了生活实际。,eU= ,evB= ,又有tan ,由以上各式解得,解析,作业：,1、优化方案123页跟踪训练第4题3、课后阅读现代教育报第15期第2、4版多解和极值问题,带电粒子在复合场中的运动,电场,重力场,磁场,在复合场中严格来说对于电场和磁场又可以分为两种情况：,什么时候考虑重力什么时候不考虑？,1、电场和磁场成独立区域,2、电场和匀强磁场共存区域,第四课时 专题二,1:如图所示，在x轴上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在c轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E，一质量为m，电量为-q的粒子从坐标原点O沿y轴正方向射出，射出之后，第三次到达x轴时，它与O点的距离为L，求此粒子射出时的速度和运动的总路程s(不计重力)。,v,审 题,带电粒子沿电场线进入电场,带电粒子垂直进入磁场,qBv,v,1、电场和磁场成独立区 处理方法：分阶段求解,解：粒子运动路线如图所示，似拱门形状。有：,粒子初速度为v，则有：,由、式可得：,设粒子进入电场做减速运动的最大路程为 ，加速度为a，再由：,粒子运动的总路程得：,v,R,L,1:如图所示，在x轴上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在c轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E，一质量为m，电量为-q的粒子从坐标原点O沿y轴正方向射出，射出之后，第三次到达x轴时，它与O点的距离为L，求此粒子射出时的速度和运动的总路程s(不计重力)。,2、已知质量为m的带电液滴，以速度射入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，液滴在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动，如图所示。求：(1)液滴在此空间受到几个力作用？(2)液滴带电量及电性？(3)液滴做匀速圆周运动的半径多大？,E,B,v,mg,解：(1)由于是带电液滴，它必受重力，又处于电磁场中，还应受到电场力及洛仑兹力共3个力。,(2)因液滴做匀速圆周运动，故必须满足重力与电场力平衡，故液滴应带负电。,(3)因液滴所受合力为洛仑兹力，所以由Bqv=mv2/R可得：R=mv/qB -,由可得：,Eq,Bqv,F合=,由mg=Eq,求得：q=mg/E -.,匀速圆周运动,审 题,2、电场和匀强磁场共存区域,解题规律小结：,1、基本公式需熟练掌握：,3、注意题设中的隐含条件和临界条件,2、画轨迹找几何关系列相应方程,1)确定圆心；2）求半径；3）求时间,变式2、如左下图所示，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向垂直于纸面向里，一质量为m，带电量为q的微粒以速度v与磁场方向垂直，与电场成45角射入复合场中，恰能做匀速直线运动，求电场强度E的大小，磁感应强度B的大小.,解：若带负电，则所受电场力方向水平向左，洛伦兹力方向斜向右下方与v垂直，从力的平衡条件判断出这样的粒子不可能做匀速直线运动，所以粒子应带正电荷，受力情况如图所示，根据合外力为零可得：,mg=qvBsin45 qE=qvBcos45 由式可得：B = ; E=mg/q,1:带电粒子在复合场中运动时,如果是受到合力为零,则该粒子一定做匀速直线运动.反之,带电粒子在复合场中如果做匀速直线运动,则该粒子受到的合力也一定为零.2:如果带电粒子在复合场中做的是非匀速直线运动,则该粒子所受的合力一定与物体的运动方向在同一条直线上.3:如果带电粒子在复合场中,由洛仑兹力提供向心力做匀速圆周运动,则带粒子所受的其它力的合力应为零.,小结:,练习2: 如图所示，水平放置的两个平行金属板MN、PQ间存在匀强电场和匀强磁场。MN板带正电，PQ板带负电，磁场方向垂直纸面向里。一带电微粒只在电场力和洛伦兹力作用下，从I点由静止开始沿曲线IJK运动，到达K点时速度为零，J是曲线上离MN板最远的点。有以下几种说法：在I点和K点的加速度大小相等，方向相同在I点和K点的加速度大小相等，方向不同在J点微粒受到的电场力小于洛伦兹力在J点微粒受到的电场力等于洛伦兹力 其中正确的是（ ） A. B. C. D. ,A,【例3】一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动。则该带电微粒必然带_，旋转方向为_。若已知圆半径为r，电场强度为E磁感应强度为B，则线速度为_。,负电,逆时针,结论：带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动。必然是电场力和重力平衡，而洛伦兹力充当向心力。,gk005.2008年高考江苏卷14,14、（16分）在场强为B的水平匀强磁场中,一质量为m、带正电q的小球在O静止释放，小球的运动曲线如图所示已知此曲线在最低点的曲率半径为该点到x轴距离的2倍，重力加速度为g求：小球运动到任意位置P（x，y）的速率v；小球在运动过程中第一次下降的最大距离ym；当在上述磁场中加一竖直向上场强为E（ ）的匀强电场时，小球从O静止释放后获得的最大速率vm,解：,洛伦兹力不做功，由动能定理得：,解得：,设在最大距离ym处的速率为vm，根据圆周运动有：,且由知,由及,解得：,小球运动如图所示,由动能定理得：,由圆周运动得：,且由及,解得：,带电粒子在磁场中运动的多解问题,例2.如图所示，A、B为水平放置的足够长的平行板，板间距离d=1.0102m，A板中央有一电子源P，在纸面内沿PQ方向发射速度在0-3.2107m/s范围内的电子，Q为P点正上方B板上的一点，若板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B=9.1103T，已知电子的质量m=9.11031kg，电子电量e=1.61019C，不计电子的重力和电子间的相互作用，且电子打到板上均被吸收，并转移到大地。求电子击中AB板上的范围，并画