教師培訓回顧
說起復合場,最恐怖的莫過于完全混合在一起的疊加場;疊加場雖然復雜,但疊加場中粒子的運動大多并不復雜,而是非常簡單。例如:勻速圓周運動、勻速直線運動等。
那么這些簡單的動作是如何產生非凡效果的呢?答案就在今天的分享中。
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仔細分析引力場、電場、磁場的疊加,你會發現:
在95%以上的題目中,質點的運動都是勻速圓周運動和直線運動。
當然高中物理等時圓磁場,直線運動精確地可以分為勻速直線運動和變速直線運動。
疊加場中的特殊運動
勻速圓周運動
如果一個粒子能做勻速圓周運動,它就一定有向心力。在引力、電場力和洛倫茲力中,只有洛倫茲力的方向是可以隨時改變的(因為速度的方向會改變)。所以一定是洛倫茲力起到了向心力的作用,而其他的力剛好平衡。
除洛倫茲力外,其他力的凈作用力都為零。這種情況比較簡單,這里就不舉例了。
勻速直線運動
勻速直線在高中物理中經常出現,所以學生和老師都很熟悉。當你看到勻速直線時,你會尋找力的平衡。因此,勻速直線運動的凈力必定為零。
具體應用如下:
(1)速度選擇器
(2)磁流體發電機
(3)電磁流量計
(4)霍爾元件
(1)
速度選擇器
(2)
磁流體動力發電機
原理很簡單,就是所用的凈力為零。但隱藏的一點是:磁流體前進的動力,取決于前端和后端之間的壓力差。
案例演示
如何操作
(3)
電磁流量計
① 圓形管
② 方管
無論何種管道類型,教學時特別強調流量Q的截面與阻力R的截面的區分是十分重要的。
案例演示
儀表讀數為I,污水電阻率為ρ高中物理等時圓磁場,管內磁感應強度為B,則流量為____
如何操作
電阻器的截面積就是電流流過的橫截面。
流動截面積是液體流動方向上的橫截面積(下圖中綠色)
(4)
霍爾元件
困難恰恰在于測量電位高度時經常會出現誤差。
具體裁判依據如下:
① 辨別導電電荷的電性質
② 尋找電荷運動的方向
③ 確定電荷所受力的方向
④帶正電的表面電位較高
變速直線運動
疊加場中變速直線運動很少見,因此學生很可能對此感到措手不及。眾所周知,洛倫茲力的方向總是垂直于速度方向,如果速度發生變化,洛倫茲力的大小也會發生變化。垂直速度方向的平衡狀態一定會被打破。因此,當粒子在疊加場中做變速直線運動時,肯定不會受到洛倫茲力的影響。
即:疊加場中的變速直線運動必有:v//B
案例演示
如圖所示,虛線區域內存在均勻電場與均勻磁場,水平注入的電子不發生偏轉,直接通過此區域。
忽略重力,以下情況是可能的:
A. E 和 B 都在水平方向,與電子的運動方向相同
B. E和B都是水平方向,與電子運動方向相反
C.E垂直向上,B垂直于紙張并向外
D.E垂直向上,B垂直于紙張且面朝內
如何操作
問題只說沒有偏轉,因此有兩種可能性:
結論
疊加場看上去雜亂,其實本質很簡單,從上面提到的三種特殊運動出發,我們可以通過特殊條件找到已知與未知之間的關系。
下一期
《高中物理--磁場系統與方法分享(八)疊加場中的不規則曲線》
關于作者
徐繼躍,19歲高考(新標準卷)物理滿分;24歲成為新東方千人教師培訓師;30歲前成為全國培訓行業第一品牌物理產品負責人,教過萬名教師留學之路,善于站在別人的角度思考問題,總結學生的問題;用學生的語言,帶領聽眾輕松遨游物理的海洋。