教师培训回顾
通过前面的三个系列,我们掌握了粒子在仅受洛伦兹力作用时做圆周运动的分析方法;但是永远只受洛伦兹力作用吗?
答案当然是否定的。在接下来的几篇文章中,我们将专门研究同时涉及电磁场和引力场的复合场问题。
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由电场、磁场和引力场混合而成的复合场有很多:
根据组合的不同,可分为两类:
根据第一个字段,连续字段可以分为两类:
今天我们分享电磁学的第一个子案例:加速电磁学
加速电场再进入磁场的最典型代表——回旋加速器,涉及以下5个测试点:
隐藏条件
回旋加速器必须保证交流电每次返回狭缝时电位正好反转,D型箱内旋转时间为T/2,一个周期内交流电改变方向两次;
因此我们有:
但是你有没有想过:它们必须完全相等吗?
回顾上面的分析,我们只要保证通过一个D型箱的时间刚好是交流电流改变方向的时间就可以了,所以可以是交流电流的0.5T,1.5T,或者2.5T……
因此我们只要保证磁场周期是电场周期的奇数倍即可。
每个人都知道这种情况,但是测试出具者经常会偷偷更换T磁铁,以测试读者是否能自己发现这种隐藏的情况。
例如:
如果用加速质子的回旋加速器来加速α粒子,交流电的频率f将如何变化?
加速 n 倍后的 v 和 R
注意:
这个计算本身并不难,问题在于问问题的方式:
对比:
问题2:显然它总共没有加速n次。那么它总共加速了多少次?
因此,教学中关键是培养学生的警惕意识和正确的提问意识。
找到最大速度
最大速度(动能)由粒子和磁场决定,与电场无关
求加速次数N
当最大动能不变时,电场决定加速度的数。
注意:
由于每次从电场中获得的能量都是一样的,很多同学会认为圆周运动的半径也会均匀增加,这是一个典型的错误。
从上面得出的结论我们可以知道:
每次加速前后半径的差为:
这个差别越来越小,因此,回旋加速器内粒子的轨迹圆之间的距离,从内到外,越来越小,即:
圆形轨迹从内到外变得越来越密集
找到总运动 t
根据不同的主题可以分为以下两类:
(1)忽略狭缝间距d
总运动时间是在 D 箱内进行圆周运动所需的时间:
(2)计算狭缝间距d
总的运动时间可以分为两部分,在电场中运动的时间和在磁场中运动的时间。
如果把电场穿过狭缝的过程首尾相连放在一起,就是一个匀速加速直线运动,总位移为Nd,最大速度为v。所以在电场中运动的时间为:
总的锻炼时间自然是两部分的总和:
光说不练只是一种伎俩,我们来看看在考试中如何运用它。
案例演示:
如图所示,回旋加速器内已知B、R、U,α粒子质量为m,电荷为q,从中心S处开始静止加速留学之路,经过若干次后从盒子边缘引出。
如何操作:
结论:
加速电磁的常见情况证明起来并不困难,学生基本可以掌握完整的推导高中物理电场与磁场,关键在于对容易犯的错误进行解释。包括:循环之间的关系高中物理电场与磁场,第n次进入盒子的问题,轨迹越来越密的原因。这些深入的分析结合原著的广度,可以展现我物理的严谨之美。
下一期预览:
《高中物理--磁场系统与方法分享(五)偏转电磁学》
关于作者
徐继跃,19岁高考(新标准卷)物理满分;24岁成为新东方千人教师培训师;30岁前成为全国培训行业第一品牌万师物理产品负责人,善于站在别人的角度思考问题,总结学生的问题;用学生的语言带领听众轻松遨游物理的海洋。