物理讲座市公开课获奖课件

1、物理自招应试指导第1页第1页专项5电场 电势 带电粒子在电场中运动主讲：王玉水第2页第2页静电场基本概念 电场与电势（电场力做功特点），电势能等叠加原理在静电场中应用带电粒子在电场中运动加速（牛顿运动定律和动能定理） 偏转（运动合成与分解）电容器问题电容器电容 平行板电容器电容电容器串联 并联电容器储能公式第3页第3页 如图所表示，在空间坐标系Oxy中，A、B两处固定两个电荷量分别为+cq和q，A、B位于O点两侧，距离O点距离均为a，拟定空间中电势为零等势面所满足方程。+cqqABzyOx真题解读第4页第4页解析: 空间任一点P（x，y）电势为由电势为零得即若c=1，零势面为x=0平面即yoz

2、平面；若 ，零势面为球面。第5页第5页 空间有匀强电场E0，两个质量均为m小球A、B，A球带电q0，B球不带电，不计重力。t=0时两球静止，且相距L，AB方向与E0方向相同，t=0时刻，A开始受电场力作用而运动。AB间发生弹性正碰，且无电量转移，求两球间第8次正碰到第9次正碰之间需要时间。ABm, q0m真题解读第6页第6页 解析：第一次碰撞前A球速度为v，B球速度为零，碰后速度互换；第二次碰撞前A球速度为2v，B球速度为v；第三次碰撞前A球速度3v，B球速度为2v；依次类推，第8次碰撞前A球速度为8v，B球速度为7v，碰后速度互换；第9次碰撞前A球速度为9v。而小球加速度为 由匀加速速度关系

3、式 ，得 而 因此第7页第7页 有一孤立平行板电容器，极板面积为S，板间距离为d。设该电容器极板带电Q时，极板间电势差为U，若再在两板间平行插入厚度为t，且含有与电容器极板面积相同金属平板，外界要做功为多少？真题解读第8页第8页解析：平行板电容器电容为 电容器储存电场能为 插入金属板后，电容器电容为电容器储存电场能为外界做功为 注：本题还能够利用 ， ， ，形式不同，但实质相同。第9页第9页 如图所表示，三个面积均为S金属板A、B、C水平放置，A、B相距d1，B、C相距d2，A、C接地，构成两个平行板电容器；上板A中央有小孔D，B板开始不带电。质量为m，电荷量为q (q0)液滴从小孔D上方高度

4、为h处P点由静止开始一滴一滴落下。假设液滴接触B板可马上将电荷所有传给B板，液滴间静电互相作用可忽略，重力加速度取g。 P D h d1 d2 A B C真题解读第10页第10页(1) 若某带电液滴在A、B板之间做匀速直线运动，此液滴是从小孔D上方落下第几滴？解析：（1）若液滴做匀速运动时，B板电量为Q，B板上表面电量为Q1，下表面电量为Q2，则 AB板和BC板电容器电容为 电压分别为 ； 由于UBA=UBC，得 因此Q1为 第11页第11页于是A、B板间电场强度为 由平衡条件mg=qE，得 于是，液滴数为 因此下落液滴是第（n+1）。第12页第12页（2） 若发觉第N滴带电液滴在B板上方某点

5、转为向上运动，求此点与A板距离H。（以空气为介质平行板电容器电容C=S/4kd，式中S为极板面积，d为极板间距，k为静电常数）。 解析：第（N1）滴落在B板上，由（1）问可知B板上表面电量为 场强 由功效原理，得 故 其中，E见前式。第13页第13页4块相同正方形金属薄平板从左至右依次平行放置，任意两个相邻平板之间距离都相等，且平板边长远不小于平板之间间距。平板从左至右依次编号为1、2、3、4，如图。其中第1块带净电荷q1（2）。试依据图线提供信息，拟定这两个点电荷所带电荷符号、电量大小以及它们在x轴上位置。xO0 x0 x0能力拓展第23页第23页xO0 x0 x0分析：由图象可知，两个电荷

6、是异种电荷，正电荷Q1位于x=0，负电荷Q2位于x轴负半轴上，设横坐标为d，于是有第24页第24页总电量为+Q电荷均匀分布在半径为R固定绝缘环上，今将电量为q、质量很小质点A以v0=10m/s初速度由圆环中心O点沿轴线射出，如图所表示。若质点A可沿轴线运动到最远处P点，已知 OP=3R，试求：（1）若使质点A能够从O点沿轴线到达无穷远处，其初速度至少为多少？APOxv0能力拓展第25页第25页（2）若将质点A换成质量相同、q=+q质点B，初速度仍为v0=10m/s，那么质点B到达P点速度为多少？ APOxv0第26页第26页如图所表示，在水平光滑绝缘桌面上，有三个带正电质点1、2、3 ，位于边

7、长为L等边三角形三个顶点处。三个质点质量皆为m ，带电量皆为q。质点1、3之间和2、3之间用绝缘轻而细刚性杆相连，在3连接处为无摩擦铰链，1、2之间用细线相连。已知开始时三个质点速度为零，现将细线剪断，试求在此后运动过程中，质点3最大速度。LLL12 3能力拓展第27页第27页LLL12 3LL12 3v1v2v3第28页第28页带正电q小球A从静止开始在匀强电场E中运动，与前方相距l不带电绝缘小球B发生弹性碰撞，已知两小球质量相等。求从开始到发生k次碰撞电场对小球A所做功。不计小球重力。ABm, q0m能力拓展第29页第29页ABm, q0m第一次碰撞前A球速度为v，B球速度为零；第二次碰撞

8、前A球速度为2v，B球速度为v；第三次碰撞前A球速度3v，B球速度为2v；依次类推，第k次碰撞前A球速度为kv，B球速度为（k1）v。第30页第30页专项6、带电粒子在电磁场中运动带电粒子在磁场中运动有界磁场中运动（平面几何 解析几何） 等距螺旋运动带电粒子在电磁场中运动（力矢量表示 叠加原理应用）洛伦兹力应用回旋加速器 Hall效应 磁聚焦（等距螺旋运动）质谱仪等第31页第31页 如图所表示，水平面上放有质量为m，带电+q滑块，滑块和水平面之间动摩擦系数为，水平面所在位置有场强大小为E，方向水平向右匀强电场，和垂直于纸面向里磁感应强度为B匀强磁场，若a区域 有垂直于纸面向外匀强磁场，磁感应强

9、度大小也为B。质量为m、电荷量为q（q0）粒子沿x轴从原点射入磁场。(l)若粒子在磁场中轨道半径为 2a，求其轨迹与x轴交点横坐标；(2)为使粒子返回原点，粒子入射速度应为多大?第43页第43页2.已知一个质量为m、电荷量为q带电粒子，由原点O开始进入一个垂直于xy平面匀强磁场中，初速为v，方向沿x正方向。以后，粒子通过y轴上P点，此时速度方向与y轴夹角为30，P到O距离为L，如图所表示。不计重力影响。请你设计一个圆形区域分布磁场，除了满足上述条件外，还要求这个磁场区域最小，写出该磁场磁感强度B大小、圆心磁场区圆心位置和半径。xyOvP30第44页第44页由几何关系能够求得带电粒子作匀速圆周运

10、动半径为R=L/3,于是磁场磁感应强度xyOvP30CA圆心磁场圆心位置为第45页第45页3近代材料生长和微加工技术，可制造出一个使电子运动限制在半导体一个平面内（二维）微结构器件，且可做到电子在器件中像子弹同样飞行，不受杂质原子射散影响。这种特点可望有新应用价值。图1所表示为四端十字形二维电子气半导体，当电流从1端进入时，通过控制磁场作用，可使电流从2，3，或4端流出。对下面摸拟结构研究，有助于理解电流在上述四端十字形导体中流动。第46页第46页在图2中，a、b、c、d为四根半径都为R圆柱体横截面，彼此靠得很近，形成四个宽度极窄狭缝1、2、3、4，在这此狭缝和四个圆柱所包围空间（设为真空）存

11、在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面指向纸里。以B表示磁感应强度大小。一个质量为m、电荷量为q带正电粒子，在纸面内以速度v0沿与a、b都相切方向由缝1射入磁场内，设粒子与圆柱表面只发生一次碰撞，碰撞是弹性，碰撞时间极短，且碰撞不改变粒子电荷量，也不受摩擦力作用。试求B为何值时，该粒子能从缝2处且沿与b、c都相切方向射出。1234abcd1234v0第47页第47页abcd1234v0解析几何办法x2+(yr)2=r2x=2RRsin450y=RR cos450r=3R第48页第48页4.如图所表示，M、N为两块带等量异种电荷平行金属板，S1、S2为板上正正确小孔，N板右侧有两个宽度均为d匀强磁场区域

12、，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于纸面向外和向里，磁场区域右侧有一个荧光屏，取屏上与S1、S2共线O点为原点，向上为正方向建立x轴M板左侧电子枪发射出热电子经小孔S1进入两板间，电子质量为m，电荷量为e，初速度能够忽略(1)当两板间电势差为U0时，求从小孔S2射出电子速度v0；第49页第49页(2)求两金属板间电势差U在什么范围内，电子不能穿过磁场区域而打到荧光屏上第50页第50页(3)若电子能够穿过磁场区域而打到荧光屏上，求电子打到荧光屏上位置坐标x和金属板间电势差U函数关系若电子在磁场区域做圆周运动轨道半径为 r，穿过磁场区域打到荧光屏上位置坐标为x ，则由图中轨迹图可得因此，电子打到

13、荧光屏上位置坐标x和金属板间电势差U函数关系为第51页第51页Sd高频电源导向板B5.在PET设备中，需要使用回旋加速器加速质子，如图所表示，加速器两个金属D形盒半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场磁感应强度为B，方向如图所表示。质子质量为m，电荷量为e。设质子从粒子源S进入加速电场时初速度不计，质子在加速器中运动总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中运动时间），质子在电场中加速次数于回旋半周次数相同，加速质子时电压大小可视为不变。第52页第52页（1）求此加速器所需高频电源频率f和加速电压U。质子回旋周期T为质子加速后最大动能为设质子在电场中加速次数为n，则第5

14、3页第53页（2）试推证当Rd时，质子在电场中加速总时间相对于在D形盒中回旋时间可忽略不计（质子在电场中运动时，不考虑磁场影响）。在电场中加速总时间t1为在D形盒中回旋总时间t2为若dR，加速时间可忽略不计。第54页第54页6在通电螺绕环平均半径R处有点源P，由P点沿磁感线方向注入孔径角为20很小（0bc）矩形截面长棒，由半导体锑化铟制成，棒中有平行于a边电流I通过，该棒放置在垂直于c边向外磁场B中，电流I所产生磁场忽略不计，该电流载流子为电子，在只有电场E存在时，电子在半导体中平均速度v=E，其中为迁移率。acbBI（1）拟定棒中所产生上述电流总电场大小和方向；第59页第59页acbBI（2

15、）计算夹c边两表面上相对两点之间电势差；（3）假如电流和磁场都是交变，且分别为I=I0sint，B=B0sin(t+)求（2）中电势差直流分量表示式。第60页第60页专项七、电磁感应综合问题与动生电动势相关问题含电容器问题含源问题定轴转动导体杆切割磁感线问题灵活应用，法拉第圆盘发电机（或电动机） 功、功率和能量问题，电路产生电能等于克服安培力做功数学办法应用 函数图象物理意义第61页第61页与感生电动势相关问题感生电动势和涡旋电场计算复杂电路计算第62页第62页1.如图，平行长直金属导轨水平放置，导轨间距为l，一端接有阻值为R电阻，整个导轨处于竖直向下匀强磁场中，磁感应强度大小为B。一根质量为

16、m金属杆置于导轨上，与导轨垂直并接触良好。己知金属杆在导轨上开始运动初速度大小为v0，方向平行于导轨。忽略金属杆与导轨电阻，不计摩擦。当金属杆运动到总路程（01）倍时，求安培力瞬时功率。第63页第63页对于微元过程应用动量定理两边求和得总路程S设路程为S时，速度为v，同理可得于是，可得到瞬时速度故安培力瞬时功率第64页第64页2.在倾角为足够长两光滑平行金属导轨上，放一质量为m，电阻不计金属棒ab，所在空间有磁感应强度为B匀强磁场，方向垂直轨道平面向上，导轨宽度为d，如图所表示，电源电动势为E，电源内阻为r，导轨电阻不计，电容器电容为C。求（1）当开关S接1时，棒ab稳定速度是多大？（2）当开

17、关S接2时，达到稳定状态时，棒ab将做何运动？ECBSab12)第65页第65页（1）当开关S接1时，棒ab稳定速度是多大？ECBSab12)当ab棒稳定期，安培力大小等于重力沿导轨分力，此时，电源电动势E成为反电动势，于是有第66页第66页（2）当开关S接2时，达到稳定状态时，棒ab将做何运动？ECBSab12)设ab棒任一时刻t速度为v，加速度为a，此时电流为i=Q/t，由牛顿运动定律，得ab两端电势差与电容器两端电势差相等，有第67页第67页3、如图所表示，已知电源电动势为E，内阻为r，与电阻R连接后再与足够长间距为L平行金属导轨相连接，ab为可在导轨上自由滑动金属杆。金属杆和导轨电阻忽

18、略不计，彼此间有滑动摩擦力f（可视为恒力），垂直于导轨平面有匀强磁场B（1）求电键S闭合后金属杆极限速度vl；SRbEaB第68页第68页（2）假如这一极限速度vl是磁场B函数，问B取何值时，极限速度vl有最大值？此时相应电流是多大？SRbEaB第69页第69页（3）假如rR，当ab杆速度为vp时，电源有最大输出功率Pmax，求Pmax与vp关系式。SRbEaB第70页第70页4如图所表示，两个金属轮A1、A2，可绕通过各自中心并与轮面垂直固定光滑金属细轴O1和O2转动，O1和O2互相平行，水平放置，每个金属轮由四根金属辐条和金属环构成，A1轮辐条长为a1、电阻为R1，A2轮辐条长为a2、电阻

19、为R2，连接辐条金属环宽度与电阻都能够忽略。半径为a0绝缘圆盘D与A1同轴且固连在一起，一条细绳一端固定在D边沿上某点，绳在D上绕足够匝数后，悬挂一质量为m重物P，当P下落时，通过细绳带动D和A1绕O1轴转动，转动过程中，A1、A2保持接触，无相对滑动；两轮与各自细轴之间保持良好电接触；两细轴通过导线与一阻值为R电阻相连，除R和A1、A2两轮中辐条电阻外，所有金属电阻都不计，整个装置处于磁感应强度为B匀强磁场中，磁场方向与转轴平行，现将P释放，试求P匀速下落时速度。第71页第71页PA1A2BRDO1O2a1a2解：当P匀速下落，设其速度为v，则A1角速度为1，A2角速度为2，则第72页第72

20、页5.电子感应加速器基本原理下列：一个圆环真空室处于分布在圆柱形体积内磁场中，磁场方向沿圆柱轴线，圆柱轴线过圆环圆心并与环面垂直。圆中两个同心实线圆代表圆环边界，与实线圆同心虚线圆为电子在加速过程中运营轨道。已知磁场磁感应强度B随时间t改变规律为B(t)=B0 sin(2t/T) ，其中T为磁场改变周期。B0为不小于0常量。当B为正时，磁场方向垂直于纸面指向纸里。若连续地将初速度为v0电子沿虚线圆切线方向注入到环内（如图所表示），则电子在该磁场改变一个周期内也许被加速时间是从t= 到t= 。v0第73页第73页B(t)=B0 sin(2t/T)v0BtO第74页第74页6.二分之一径为R光滑绝

21、缘大圆环上套有一质量为 m带电为+q轻环。大圆环水平放置，与一强度为B0均匀恒定磁场垂直。从时间t=0开始该磁场变为 B(t)=B0+t，且 0。求任意时刻小环对大圆环作用力表示式。Bm第75页第75页7.如图所表示，两根平行金属导轨固定在水平面上，每根导轨每米电阻为r，导轨端点P、Q用电阻能够忽略导线相连接，两导轨间距离l，有随时间改变匀强磁场垂直于水平面，已知磁感强度B与时间关系B=kt，其中k为不小于零恒量。一电阻不计金属杆可在导轨上无摩擦滑动，在滑动过程中保持与金属导轨垂直，在t=0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定加速度从静止开始向导轨另一端滑动，求金属杆所受安培力F

22、与时间t关系式。第76页第76页解：设金属杆加速度为a，任意时刻t，磁通量电动势为电阻为电流为安培力为第77页第77页基本办法基尔霍夫定律利用等势点、对称性等办法简化电路专项八、例解电路问题电路试验 试验电路控制部分和测量部分 半偏法测电表内阻 测电源电动势和内阻试验第78页第78页1、由20个阻值均为R电阻构成如图所表示电路，计算A、B两点间等效电阻RAB。 ABRAB=2R等势点拆并第79页第79页2、（1）由单位长度电阻为r导线构成如图所表示正方形网络系列电路。当n=1时，正方形网络边长为L；求A,B两点间等效电阻ABRAB=Lr第80页第80页AB（2）n=2时，小正方形网络边长为L/

23、3；求A、B两点间等效电阻是多少？RAB=5Lr/6第81页第81页（3）n=3时，最小正方形网络边长为L/9。当n=1、2、3时，求A、B两点间等效电阻是多少？ABRAB=7Lr/9自相同性第82页第82页3.7根电阻均为R电阻丝，连成如图所表示电阻网格，试求A、B两点之间等效电阻。ABRRRRRRRRAB=7R/5ABI1I1I1I1I3I2I2第83页第83页4三只相同金属圆圈，两两正交地连接成如图所表示形状，若每一只金属圈电阻均为R，试求A、B两点间等效电阻RAB。ABABR/4R/4R/4R/4R/8R/8R/8R/8RAB=5R/48第84页第84页5一电流表，其内阻Rg=10.0

24、，假如将它与一阻值R0=49990定值电阻串联，便可成为一量程U0=50V电压表。现把此电流表改装成一块双量程电压表，两个量程分别为U01=5V和U02=10V。当用此电压表5V挡去测量始终流电源两端电压时，电压表示数为4.50V；当用此电压表10V挡去测量该电源两端电压时，电压表示数为4.80V。问此电源电动势为多少？第85页第85页设电流表量程为Ig，当电流表与定值电阻R0串联改装成电压表时，此电压表内阻R0=Rg+R0，由于此电压表量程U0=50V，故有IgR0=U0电流表改装成双量程电压表电路如图所表示，图中R1和R2是为把电流表改装成双量程电压表必须串联电阻，其值待求。用R1表示电压

25、表量程U01=5V档内阻，则有R1=Rg+R15V10VRgR1R2A+第86页第86页5V10VRgR1R2A+设电源电动势为E，内阻为r，当用电压表5V档测电源两端电压时，电压表示数为U1，已知U1=4.50V，设此时通过电压表电流为I1，有U1+I1r=E，U1=I1R1当用电压表10V档测量该电源两端电压时，电压表示数为U2，已知U2=4.80V，设此时通过电压表电流为I2，有U2+I2r=E，U2=I2R2E=5.14V第87页第87页6.滑动变阻器惯用来限流和分压，其原理电路分别如图1和图2所表示。已知电源两端电压为U（内阻不计），负载电阻为R0，滑动变阻器总电阻为R，总匝数为N，

26、A、C段电阻为RAC。（1）在图1中，当滑动端C移动时，电流I最小改变量I为多少（设变阻器每匝阻值R0）？UABIR0C第88页第88页（2）在图1中，为使在整个调整范围内电流I最小改变量I小于I0.1%，滑动变阻器匝数N不得小于多少匝？UABIR0C当R AC0，I/I最大第89页第89页（3）在图2中，滑线变阻器额定电流Ie不得小于多少？UABIR0C当R ACR，I最大第90页第90页（4）在图2中，设RRAC，第91页第91页专项九、光学概要光反射与折射定律光全反射及其应用透镜折射成像以及简朴光路作图光双缝干涉第92页第92页1.如图所表示，一细长圆柱形均匀玻璃棒，其一个端面是平面（垂

27、直于轴线），另一个端面是球面，球心位于轴线上。既有一很细光束沿平行于轴线方向且很靠近轴线入射。当光从平端面射入棒内时，光线从另一端面射出后与轴线交点到球面距离为a；当光线从球形端面平行轴线射入棒内时，光线在棒内与轴线交点到球面距离为b。试近似地求出玻璃折射率n。近轴光线近似条件：=sin=tan第93页第93页nsin1=sin 1 sin2=nsin2 由折射定律由几何关系有1=1+ 12=2+2由小角度近似， R1=a1 ，R2=b2，sin=, 答案：n=b/a第94页第94页2.如图所表示，一细光束由空气射到一透明平行平板上表面，经折射后由平板下表面射出。此细光束由两种不同频率单色光1

28、和2组成，用i表示入射角，用n1和n2分别表示平板对1和2折射率，且已知n1n2。（1）试分析讨论，哪种单色光在穿过平板过程中所用时间较短？i读题时要全面，要认真体会题目涵义第95页第95页ir1r2第96页第96页第97页第97页（2）若n1=1.55，n2=1.52可做出什么结论？若n1=1.40，n2=1.38，又可得出什么结论？无论入射角多大，单色光2用时较短三种情形都有也许第98页第98页4.如图所表示，L为薄凸透镜，点光源S位于L主光轴上，它到L距离为36cm；M为一与主光轴垂直挡光圆板，其圆心在主光轴上，它到L距离为12cm；P为光屏，到L距离为30cm。现看到P上有一与挡光板同

29、样大小圆形暗区ab。求透镜焦距。SPabOML12cm30cm36cm第99页第99页5、在杨氏双缝干涉试验中，若单狭缝向上移动b，则屏上零级干涉条纹如何移动，移动位移x与b关系如何？已知单缝屏与双缝屏距离为L，双缝屏与光屏距离为D，双缝间距为d。DLOPxS1S2Sb第100页第100页6.在杨氏双缝干涉试验中，射向双缝光源是点光源或缝光源，但实际光源总是有一定宽度，光源宽度对干涉条纹观测效果有明显影响。如图所表示试验装置中，若单缝S到双缝（认为双缝很窄）距离为L，双缝间距为d，双缝到屏距离为D，光波长为，为使屏上能看到干涉条纹，单缝S宽度b有何要求？（试验装置满足下列条件： Ld、Lb、D

30、d、Dx ）DLOPxS1S2Sb第101页第101页DLOPxS1S2SbABr1r2（1）光源边界A在屏上P点光程差为解析 （1）于是（1）变为第102页第102页（2）（3）即从光源边界A发出光线产生零级干涉亮条纹向下移动距离为bD/2L.DLOPxS1S2SbABr1r2第103页第103页（2）光源边界B发出光线产生零级干涉条纹向上移动bD/2L.（3）故由于单缝S宽度b使条纹移动线度为bD/L，而双缝干涉条纹宽度为D/d，因此要看清条纹必须满足（4）DLOPxS1S2SbABr1r2第104页第104页专项十热学与原子物理学概要分子动理论oF斥F引FrEpr0o气体宏观状态参量微观含义气体压强p运动（平动）