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1、 带电粒子在复合场中运动带电粒子在复合场中运动 有的人以为考大学很难,要付出太多、过程会很有的人以为考大学很难,要付出太多、过程会很辛苦,于是就不去想和追求。辛苦,于是就不去想和追求。 你可以不思进取,但你你可以不思进取,但你的生活并不会因此而轻松。恰恰相反,你追逐成功,的生活并不会因此而轻松。恰恰相反,你追逐成功,你一定会因此而生活得更美好。你一定会因此而生活得更美好。 你究竟有多大出息,取决于你到底怎样看待自己!你究竟有多大出息,取决于你到底怎样看待自己!成功的法则其实很简单,它叫执着。 人,一定要有梦想,有了梦想,不管你是弱小还是强大,心总会飞翔。 决战一模! 我必成功!比较电场和磁场对
2、电荷的作用力比较电场和磁场对电荷的作用力1. 电荷在电场中电荷在电场中一定一定要受到电场力的作用要受到电场力的作用.电荷在磁场中电荷在磁场中不一定不一定要受到洛伦兹力力的作用要受到洛伦兹力力的作用.2.电场力的大小电场力的大小F=qE洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小F=qvB3.电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向平行平行4.洛伦兹力方向与磁场方向洛伦兹力方向与磁场方向垂直垂直电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷不一定不一定做功做功.洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷一定不一定不做功做功二、确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法二、确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法一、带电粒子在匀强磁场中的
3、运动规律一、带电粒子在匀强磁场中的运动规律1 1、物理方法:、物理方法:2、轨道半径:、轨道半径:R=mv/qB3、周期:、周期:T=2m/qB T=2R/v1、带电粒子在磁场中(、带电粒子在磁场中( vB)只受洛仑兹力,只受洛仑兹力, 粒子做粒子做匀速圆周匀速圆周 运动运动 。例例1 1:如图所示,一束电子(电量为:如图所示,一束电子(电量为e e)以速度以速度v v垂直射入磁感应强度为垂直射入磁感应强度为B B、宽、宽度为度为d d的匀强磁场中,穿透磁场时速度的匀强磁场中,穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是方向与电子原来入射方向的夹角是3030o o,则电子的质量是多少?穿透磁场
4、的时则电子的质量是多少?穿透磁场的时间又是多少?间又是多少?AO300BVVdP解:解: 作出电子运动轨迹如左图所示。作出电子运动轨迹如左图所示。由几何知识:由几何知识:电子的运动半径:电子的运动半径:r=d/sin30o=2d电子的运动半径:电子的运动半径:r=mv/eB由上两式可得电子质量由上两式可得电子质量:m=2Bed/v电子穿透磁场的时间为:电子穿透磁场的时间为: t=T/12=2m/12eB=d/3v解题关键解题关键:(:(1)确定运动轨迹所在圆的圆心)确定运动轨迹所在圆的圆心 和半径和半径(2)计算粒子在磁场中的运动时间:)计算粒子在磁场中的运动时间: 先判定运动路径圆弧所对应的
5、先判定运动路径圆弧所对应的 圆心角圆心角 , 再根据再根据 求得时间求得时间t 。 Tt2300BVVAOdP2 2、物理和几何方法、物理和几何方法例例2 2:如图所示,在:如图所示,在y0y0的区域内存在匀强磁场,磁的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于场方向垂直于xyxy平面并指向纸面外,磁感应强度为平面并指向纸面外,磁感应强度为B B。一带正电的粒子以速度。一带正电的粒子以速度v v0 0从从O O点射入磁场,入射点射入磁场,入射方向在方向在xyxy平面内,与平面内,与x x轴正向的夹角为轴正向的夹角为。若粒子。若粒子射出磁场的位置与射出磁场的位置与O O点的距离为点的距离为L L,求该粒
6、子的电量,求该粒子的电量和质量之比和质量之比q/mq/m。x xy yo op pv v画轨迹画轨迹2 2、物理和几何方法、物理和几何方法例例2 2:如图所示,在:如图所示,在y0y0的区域内存在匀强磁场,磁的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于场方向垂直于xyxy平面并指向纸面外,磁感应强度为平面并指向纸面外,磁感应强度为B B。一带正电的粒子以速度。一带正电的粒子以速度v v0 0从从O O点射入磁场,入射点射入磁场,入射方向在方向在xyxy平面内,与平面内,与x x轴正向的夹角为轴正向的夹角为。若粒子。若粒子射出磁场的位置与射出磁场的位置与O O点的距离为点的距离为L L,求该粒子的电量,
7、求该粒子的电量和质量之比和质量之比q/mq/m。解:解:由几何知识:由几何知识:粒子的运动半径:粒子的运动半径:r=L/2sin粒子的运动半径:粒子的运动半径:r=mv/qB由上两式可得粒子的荷质比:由上两式可得粒子的荷质比: q/m=2vsin/BL作出粒子运动轨迹如图。作出粒子运动轨迹如图。设设P点为出射点。点为出射点。x xy yo op pv vF F洛洛v v小结:确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法小结:确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法1 1、物理方法:、物理方法:作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力,作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力,沿其方向延长线的交点确定圆心,从而
8、确定其运沿其方向延长线的交点确定圆心,从而确定其运动轨迹。动轨迹。2 2、物理和几何方法:、物理和几何方法:作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力,沿作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力,沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心,从而确定其运动轨迹。确定圆心,从而确定其运动轨迹。 一、磁、电场正交一、磁、电场正交 且满足且满足:qE=qvBqE=qvB1 1、速度选择器、速度选择器动力学方程动力学方程qE=qvBV=EBVEBqvBEq2 2、磁流体发电机原理图、磁流体发电机原理图 qvBqE BLvU 当当ABAB板上的电荷数板
9、上的电荷数量减少时量减少时, ,qEqE与与qvBqvB的平衡被打破的平衡被打破, ,粒子粒子又发生偏转又发生偏转, ,从而维从而维持持ABAB两板电荷数量两板电荷数量保持恒定保持恒定, ,使使ABAB两板两板电势差恒定电势差恒定. .dEU又3 3、电磁流量计、电磁流量计动力学方程qE =qvBv =EB(单位时间流过的体积单位时间流过的体积)流量流量Q= vS =vd22dabv VBdU4 4、霍尔效应、霍尔效应: :IvF=qvBF=qvB动力学方程动力学方程qEqE= =qvBqvBEqE电压表示数U=E.a 1 1、如图所示,厚度为如图所示,厚度为h h、宽度为、宽度为d d的导体
10、板放在垂直于它的的导体板放在垂直于它的磁感应强度为磁感应强度为B B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面体板的上侧面A A和下侧面和下侧面AA之间会产生电势差,这种现象称之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应为霍尔效应. .实验表明,当磁场不太强时,电势差实验表明,当磁场不太强时,电势差U U、电流、电流I I和和B B的关系为的关系为U=kIB/dU=kIB/d,式中的比例系数,式中的比例系数k k称为霍尔系数称为霍尔系数. . 设设电流电流I I是由电子的定向流动形成的,电子的平均定向移动速是由电子的定向流动形成的,电子的平均定向移动速度
11、为度为v v,电量为,电量为e.e.回答下列问题回答下列问题: : (1) (1)达到稳定状态时,导体板上侧面达到稳定状态时,导体板上侧面A A的电势的电势_下侧面下侧面AA的电势的电势 ( (选填选填“高于高于”、“低于低于”或或“等于等于”).). (2) (2)电子所受的洛伦兹力的大小为电子所受的洛伦兹力的大小为_._. (3) (3)当导体板上下两侧之间的当导体板上下两侧之间的 电势差为电势差为U U时,电子所受静电时,电子所受静电 力的大小为力的大小为_. .低于低于e evB BU/h e二、电场加速二、电场加速 磁场偏转磁场偏转xU212m vquqBmvx25、质谱仪、质谱仪:22a8UqBm It/qIt/q 6 6、回旋加速运器、回旋加速运器思考思考2:带电粒子:带电粒子最大动能与那些因最大动能与那些因素有关?素有关?思考思考1:交变电场的:交变电场的周期与粒子做圆周运周期与粒子做圆周运动周期的关系?若不动周期的关系?若不计粒子加速时间计粒子加速时间,画出画出矩形脉冲电压矩形脉冲电压U的图的图象象例题