《4.2带电粒子在磁场中的运动第23课时)解析优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4.2带电粒子在磁场中的运动第23课时)解析优秀PPT.ppt（28页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1.1.定义：磁场对运动电荷的作用力定义：磁场对运动电荷的作用力.安培力是洛伦兹力的宏观表现安培力是洛伦兹力的宏观表现.2.2.方向：左手定则方向：左手定则.FV FB FV FB 3.3.大小：大小：F F洛洛=qVBsin=qVBsin VB F VB F洛洛=qVB=qVB VB F VB F洛洛=0=04.4.特点：洛伦兹力只变更速度的方向；特点：洛伦兹力只变更速度的方向；洛伦兹力对运动电荷永不做功洛伦兹力对运动电荷永不做功.复习复习:磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力洛伦兹力.磁场中的带电体一般可分为两类磁场中的带电体一般可分为两类：1.带电粒子：带电粒子：如如 电
2、子、质子、电子、质子、粒子、正负离子等粒子、正负离子等.这些粒子所受重力比洛仑磁力小得多，除这些粒子所受重力比洛仑磁力小得多，除有说明或示意外，一般都不考虑重力有说明或示意外，一般都不考虑重力(但并不能但并不能忽视质量忽视质量).2.带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等.除有说明或示意外，一般都考虑重力除有说明或示意外，一般都考虑重力.带电体是否考虑重力，要依据题目示意或运带电体是否考虑重力，要依据题目示意或运动状态来判定动状态来判定.问题问题1 1：带电粒子带电粒子平行平行射入射入匀强磁场，做何种运动匀强磁场，做何种运动?问题问题2 2：带电粒子带电粒子垂直垂
3、直射入射入匀强磁场，做何种运动匀强磁场，做何种运动?匀速直线运动匀速直线运动1)1)带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速度如带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速度如何变更何变更?2)2)洛伦兹力如何变更洛伦兹力如何变更?带电粒子带电粒子垂直垂直射入射入匀强磁场做匀强磁场做匀速圆周运动匀速圆周运动.一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动1 1、理论推导、理论推导洛伦兹力永不做功！洛伦兹力永不做功！洛伦兹力大小不变，方向变更！洛伦兹力大小不变，方向变更！带电粒子带电粒子不受洛伦兹力不受洛伦兹力.速度大小不变，方向时刻变更速度大小不变，方向时刻变更.F F始终垂直于始终垂直
4、于V!V!模拟模拟洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪励磁线圈励磁线圈电子枪电子枪加速电压加速电压选择挡选择挡一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动2.试验验证试验验证磁场强弱磁场强弱 选择挡选择挡工作原理：工作原理：由电子枪发出由电子枪发出的电子射线可的电子射线可以使管内的低以使管内的低压水银蒸汽发压水银蒸汽发出辉光，显示出辉光，显示出电子的径迹出电子的径迹.不加磁场时视察电不加磁场时视察电子束的径迹子束的径迹.给励磁线圈通电，给励磁线圈通电，视察电子束的径迹视察电子束的径迹.出射电子的速度不变，出射电子的速度不变，变更磁感应强度，视察变更磁感应强度，视察电子束径迹的变更电子束
5、径迹的变更.保持磁感应强度不变，变更出射电子的速保持磁感应强度不变，变更出射电子的速度，视察电子束径迹的变更度，视察电子束径迹的变更一一.带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动2 2、试验验证过程、试验验证过程 沿着与磁场沿着与磁场垂直垂直的方向射入磁场的带电粒的方向射入磁场的带电粒子，在子，在匀强磁场匀强磁场中中做匀速圆周运动做匀速圆周运动.磁感应强度不变，粒子射磁感应强度不变，粒子射入的入的速度增加速度增加，轨道半径增大轨道半径增大.粒子射入速度不变，粒子射入速度不变，磁感磁感应强度增大应强度增大，轨道半径减小轨道半径减小.洛伦兹力供应带电粒子做匀速圆周运动所洛伦兹力供应带电
6、粒子做匀速圆周运动所需的向心力需的向心力.一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动3)3)试验结论试验结论不计重力，洛伦兹力供应向心力不计重力，洛伦兹力供应向心力.质量为质量为m m，电量为，电量为q q，速度为，速度为v v的粒子在匀强磁场的粒子在匀强磁场B B中做匀速圆周运动的圆中做匀速圆周运动的圆半径半径r r和和周期周期T T如何如何?一一.带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动规律规律2)2)周期周期T T半径半径r r跟速率跟速率v v成正比成正比.周期周期T T跟圆半径跟圆半径r r和速率和速率v v均无关均无关.1)1)圆半径圆半径r r思索：
7、假如带点粒子以与磁场成确定的角度摄入匀思索：假如带点粒子以与磁场成确定的角度摄入匀强磁场，则粒子做什么运动？强磁场，则粒子做什么运动？螺旋运动螺旋运动BV模拟模拟BV V/V沿磁场方向沿磁场方向:直线运动直线运动 垂直磁场方向：垂直磁场方向：匀速圆周运动匀速圆周运动 螺距如何？螺距如何？A.A.沿路径沿路径a a运动，轨迹是圆运动，轨迹是圆B.B.沿路径沿路径a a运动，轨迹半径越来越大运动，轨迹半径越来越大C.C.沿路径沿路径a a运动，轨迹半径越来越小运动，轨迹半径越来越小D.D.沿路径沿路径b b运动，轨迹半径越来越小运动，轨迹半径越来越小例例1 1、如图，水平导线中有电流如图，水平导线
8、中有电流I I通过，导线通过，导线正下方的正下方的电子电子初速度方向与电流初速度方向与电流I I方向相同，则方向相同，则电子将电子将()()V Va ab bI IB B留意：留意：用弧度用弧度利用利用FFv v利用弦的中垂线利用弦的中垂线带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动4.4.几何法求半径几何法求半径5.5.由向心力公式列式，求解由向心力公式列式，求解当粒子运动的圆弧所对的圆心角为当粒子运动的圆弧所对的圆心角为时，其运动时间时，其运动时间为为2.2.画出粒子的轨迹图画出粒子的轨迹图.6.6.确定时间确定时间1.1.分析洛伦兹力方向分析洛伦兹力方向.3.3.找圆心：找圆心：
9、例例2 2、图中、图中MNMN表示真空中垂直于纸面的平板，它的表示真空中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面对里，磁感应强一侧有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面对里，磁感应强度大小为度大小为B.B.一带电粒子从平板上的狭缝一带电粒子从平板上的狭缝O O处以垂直于平板上的处以垂直于平板上的初速度初速度v v射入磁场区域射入磁场区域,最终到达平板上的最终到达平板上的P P点，已知点，已知B B、V V以及以及P P到到O O的距离的距离L L，不计重力，不计重力.求此粒子的电荷量求此粒子的电荷量q q与质量与质量m m之比之比q/m.q/m.0 0P PB BM MN NL L2v
10、/BL2v/BL此类题的分析方法：此类题的分析方法：1 1、明确对象，受力分析、明确对象，受力分析2 2、画出轨迹图、画出轨迹图3 3、找到圆心、找到圆心4 4、求半径、求半径r r5 5、据牛顿其次定律列方程、据牛顿其次定律列方程.6 6、求解、求解 1.1.如图，一束电子如图，一束电子(电量为电量为e)e)以速度以速度V V垂直射入垂直射入磁感应强度为磁感应强度为B B、宽度为、宽度为d d的匀强磁场，穿透磁场的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为时的速度与电子原来的入射方向的夹角为30300 0.求：求：(1)(1)电子的质量电子的质量m m(2)(2)电子在磁场中的运
11、动时间电子在磁场中的运动时间t td dB Be ev v课课 堂堂 练练 习习r0轨道半径轨道半径R=d/sin=2dr由牛顿其次定律：由牛顿其次定律：2.2.一半径为一半径为R R的半圆形光滑绝缘滑轨置于垂的半圆形光滑绝缘滑轨置于垂直向里的匀强磁场直向里的匀强磁场B B中中.一带电量一带电量+q+q，质量，质量m m的的小球在小球在A A点无初速释放，沿滑轨运动在运动点无初速释放，沿滑轨运动在运动过程中过程中.求：求：小球在最低点时对滑轨的压力小球在最低点时对滑轨的压力.(设整个运动设整个运动过程小球不离开轨道过程小球不离开轨道)3 3如图所示，如图所示，x x轴上方有垂直纸面对里的匀轴上
12、方有垂直纸面对里的匀强磁场强磁场.有两个质量相同，电荷量也相同的带正、有两个质量相同，电荷量也相同的带正、负电的离子（不计重力），以相同速度从负电的离子（不计重力），以相同速度从O O点射入点射入磁场中，射入方向与磁场中，射入方向与x x轴均夹轴均夹角角.则正、负离子在则正、负离子在磁场中磁场中 （）A.A.运动时间相同运动时间相同 B.B.运动轨道半径相同运动轨道半径相同C.C.重新回到重新回到x x轴时速度大小和方向均相同轴时速度大小和方向均相同 D.D.重新回到重新回到x x轴时距轴时距O O点的距离相同点的距离相同 BCD带电粒子在半有界磁场中的运动带电粒子在半有界磁场中的运动 留意运
13、动轨迹的对称性留意运动轨迹的对称性 4.4.如图，一带正电粒子质量为如图，一带正电粒子质量为m m，带电量为，带电量为q q，从隔板，从隔板abab上一个小孔上一个小孔P P处与隔板成处与隔板成4545角垂直角垂直于磁感线射入磁感应强度为于磁感线射入磁感应强度为B B的匀强磁场区，粒的匀强磁场区，粒子初速度大小为子初速度大小为v v，则：，则：(1)(1)粒子经过多长时间再次到达隔板？粒子经过多长时间再次到达隔板？(2)(2)到达点与到达点与P P点相距多远点相距多远?(?(不计粒子的重力不计粒子的重力)abPv留意：轨迹的对称性！留意：轨迹的对称性！思索：粒子带负电荷呢？思索：粒子带负电荷呢
14、？A.A.从两孔射出的电子从两孔射出的电子速率速率之比是之比是V Vc c：V Vd d=2=2：1 1B.B.从两孔射出的电子在容器中从两孔射出的电子在容器中 运动的运动的时间时间之比是之比是t tc c：t td d=1=1：2 2C.C.从两孔射出的电子在容器中运从两孔射出的电子在容器中运动的动的加速度加速度之比是之比是a ac c：a ad d=2=2：1 1D.D.从两孔射出的电子在容器中运动的从两孔射出的电子在容器中运动的加速度加速度之比之比是是a ac c：a ad d=2=2：1 1 v vo oa ab bc cd d5 5、正方形容器处在匀强磁场中，一束正方形容器处在匀强磁
15、场中，一束电子电子从孔从孔a a垂直于磁场沿垂直于磁场沿abab方向射入容器中，其中一方向射入容器中，其中一部分从部分从c c孔射出，一部分从孔射出，一部分从d d孔射出孔射出.则：则：ABDABD运动时间计算方法运动时间计算方法运动时间计算方法运动时间计算方法带电粒子在半有界磁场中的运动带电粒子在半有界磁场中的运动 6 6、一一个个负负离离子子，质质量量为为m m，电电量量为为q q，以以速速率率v v垂垂直直于于屏屏S S经经过过小小孔孔O O射射入入存存在在着着匀匀强强磁磁场场的的真真空空室室中中，如如图图.磁磁感感应应强强度度B B的的方方向向与与离离子子的的运运动动方方向向垂垂直直，
16、并并垂直于纸面对里垂直于纸面对里.p pO O V V(1)(1)求离子回到屏求离子回到屏S S时的位置与时的位置与O O点的距离点的距离.(2)(2)如果离子进入磁场后经过时如果离子进入磁场后经过时间间t t到达位置到达位置P P.证明证明:直线直线OPOP与离子入射方向之与离子入射方向之间的夹角间的夹角跟跟t t的关系是的关系是 S S留意运动轨迹的对称性留意运动轨迹的对称性 7 7、一个质量为一个质量为m m电荷量为电荷量为q q的带电粒子从的带电粒子从x x轴轴上的上的P P（a a，0 0）点以速度）点以速度v v，沿与，沿与x x正方向成正方向成6060的方向射入第一象限内的匀强磁
17、场中，并恰好的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于垂直于y y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度强度B B和射出点的坐标。和射出点的坐标。【例】如图所示，一个质【例】如图所示，一个质量为量为m m、电量为、电量为e e的电子，从的电子，从P P点正对着圆心点正对着圆心O O以速度以速度V V 射射入半径为入半径为r r的绝缘圆筒中。圆筒内存在垂直纸面对里的匀的绝缘圆筒中。圆筒内存在垂直纸面对里的匀强磁场，磁感应强度的大小为强磁场，磁感应强度的大小为B B。电子从。电子从Q Q射出，求电子射出，求电子磁场时的速度方向与射入时相比的偏角磁场时的速度方向
18、与射入时相比的偏角.明确速度明确速度-分析受力分析受力-画出轨迹画出轨迹-找到圆心找到圆心-作出半径作出半径.rP P留意轨迹的对称性，射出线的反向留意轨迹的对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心延长线必过磁场圆的圆心.0 0V VR RR R轨道半径轨道半径R洛伦兹力供应向心力洛伦兹力供应向心力偏角偏角：带电粒子在圆形磁场里运动带电粒子在圆形磁场里运动留意运动轨迹的对称性留意运动轨迹的对称性 8 8、在半径为在半径为R R的圆形区域内有匀强磁场，一个的圆形区域内有匀强磁场，一个电子从电子从M M点沿半径方向以速度点沿半径方向以速度v v0 0射入，从射入，从N N点射出点射出时的速度方向
19、偏转了时的速度方向偏转了6060，如图则电子从，如图则电子从M M到到N N运行的时间是（运行的时间是（）A.A.B.B.C.C.D.D.9 9、长为、长为L L的水平极板间，有垂直纸面对内的匀的水平极板间，有垂直纸面对内的匀强磁场，如图，磁场强度为强磁场，如图，磁场强度为B B，板间距离也为，板间距离也为L,L,板不带电，现有质量为板不带电，现有质量为m m，电量为，电量为q q的带正电粒子的带正电粒子(不计重力不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁场以速，从左边极板间中点处垂直磁场以速度度v v平行极板射入磁场，欲使粒子不打在极板上，平行极板射入磁场，欲使粒子不打在极板上，则粒子入射速度则粒
20、子入射速度v v应满足什么条件应满足什么条件?+qmvLLB带电粒子运动的临界问题带电粒子运动的临界问题 1010、如图，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于、如图，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面对里，磁感应强度的大小纸面对里，磁感应强度的大小B=0.60TB=0.60T，磁场内有一块平，磁场内有一块平面感光板面感光板abab，板面与磁场方向平行，在距，板面与磁场方向平行，在距abab的距离的距离L=16cmL=16cm处，有一个点状的放射源处，有一个点状的放射源S S，它向各个方向放射阿，它向各个方向放射阿发粒子，粒子的速度都是发粒子，粒子的速度都是v=3.0106m/sv=3.0
21、106m/s，已知粒子的电，已知粒子的电荷与质量之比荷与质量之比5.0107C/kg5.0107C/kg，现只考虑在图纸平面中运，现只考虑在图纸平面中运动的动的a a粒子，求粒子，求abab上被上被a a粒子打中的区域的长度。粒子打中的区域的长度。长度为长度为 P P1 1P P2 2=20cm.=20cm.Fv+Fv+Fv+圆心在与速度方向垂直的直线圆心在与速度方向垂直的直线(半径半径)上上1 1.通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，交点就是轨迹的圆心方向的直线，交点就是轨迹的圆心带电粒子做匀速圆周运动圆心的确定带电粒子做匀速圆周运动圆心的确定2.2.通过入射点作入射方向的垂通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作线，连接入射点和出射点，作其连线的中垂线，交点就是圆其连线的中垂线，交点就是圆弧的圆心弧的圆心V V1 1V V2 20 0r r