带电粒子在边界磁场中的运动精选PPT.ppt
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1、关于带电粒子在边界磁场中的运动第1页,讲稿共43张,创作于星期日带电粒子的垂直进入匀强磁场中,做匀速圆周运动带电粒子的垂直进入匀强磁场中,做匀速圆周运动1.洛仑兹力提供向心力洛仑兹力提供向心力洛仑兹力提供向心力洛仑兹力提供向心力2.2.轨道半径轨道半径3.3.周期周期周期周期只与只与B B和带电粒子(和带电粒子(q q,m)m)有关,而与有关,而与v v、r r无关(回旋加速器)无关(回旋加速器)带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动4.4.4.4.磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度第2页,讲稿共43张,创作于星期日5.5.5.5.圆心、半径、运动时间的确定
2、圆心、半径、运动时间的确定圆心、半径、运动时间的确定圆心、半径、运动时间的确定圆心的确定圆心的确定圆心的确定圆心的确定a a已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线,两射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线,两射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线,两射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心条直线的交点就是圆弧轨道的圆心条直线的交点就是圆弧轨道的圆心条直线的交点就是圆弧轨道的圆心半径的计算半
3、径的计算半径的计算半径的计算 圆心确定后,寻找与半径和已知量相关的直角三角形,利用圆心确定后,寻找与半径和已知量相关的直角三角形,利用圆心确定后,寻找与半径和已知量相关的直角三角形,利用圆心确定后,寻找与半径和已知量相关的直角三角形,利用几何知识,求解圆轨迹的半径。几何知识,求解圆轨迹的半径。几何知识,求解圆轨迹的半径。几何知识,求解圆轨迹的半径。PMvvO-qvPMvO-qvb b已知入射方向和出射点的位置时,可以通过入射已知入射方向和出射点的位置时,可以通过入射已知入射方向和出射点的位置时,可以通过入射已知入射方向和出射点的位置时,可以通过入射点作入射方向的垂线点作入射方向的垂线点作入射方
4、向的垂线点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点连接入射点和出射点连接入射点和出射点连接入射点和出射点,作其中垂线,作其中垂线,作其中垂线,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心利用利用vR利用弦的中垂线利用弦的中垂线两条切线夹角的平分线过圆心两条切线夹角的平分线过圆心几何法求半径几何法求半径(勾股定理、三角函数)勾股定理、三角函数)向心力公式求半径向心力公式求半径(R=mv/qB)第3页,讲稿共43张,创作于星期日第4页,讲稿共43张,创作于星期日带电粒子在有界磁场中的运动问题,综合性
5、较强带电粒子在有界磁场中的运动问题,综合性较强,解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、圆周运动,解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、圆周运动的知识,又要用到数学中的平面几何中的圆及解析几的知识,又要用到数学中的平面几何中的圆及解析几何知识何知识 但只要准确地画出轨迹图,并灵活运用几何但只要准确地画出轨迹图,并灵活运用几何知识和物理规律,找到已知量与轨道半径知识和物理规律,找到已知量与轨道半径r r、周期、周期T T的关的关系,系,求出粒子在磁场中偏转的角度或距离以及运动时间不求出粒子在磁场中偏转的角度或距离以及运动时间不太难。太难。第5页,讲稿共43张,创作于星期日一带电粒子在单直线边界磁场中的
6、运动一带电粒子在单直线边界磁场中的运动如果垂直磁场边界进入,粒子作半圆运动后垂直原边如果垂直磁场边界进入,粒子作半圆运动后垂直原边界飞出;界飞出;如果与磁场边界成夹角如果与磁场边界成夹角进入,仍以与磁场边界夹角进入,仍以与磁场边界夹角飞出(有两种轨迹,图中若两轨迹共弦,则飞出(有两种轨迹,图中若两轨迹共弦,则1 12 2)。)。OBArrPMNBO2第6页,讲稿共43张,创作于星期日第7页,讲稿共43张,创作于星期日第8页,讲稿共43张,创作于星期日第9页,讲稿共43张,创作于星期日第10页,讲稿共43张,创作于星期日第11页,讲稿共43张,创作于星期日6 6如图如图,在一水平放置的平板在一水
7、平放置的平板MNMN上方有匀强磁场上方有匀强磁场,磁感应强度的大小磁感应强度的大小为为B,B,磁场方向垂直于纸面向里磁场方向垂直于纸面向里,许多质量为许多质量为m,m,带电量为带电量为+q+q的粒子的粒子,以相以相同的速率同的速率v v沿位于纸面内的各个方向沿位于纸面内的各个方向,由小孔由小孔O O射入磁场区域射入磁场区域,不计重力不计重力,不计粒子间的相互影响不计粒子间的相互影响.下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域域,其中其中R=mv/qB.R=mv/qB.哪个图是正确的哪个图是正确的?MNBOA2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2RMN
8、OR2R2RMNOD.A.B.C.第12页,讲稿共43张,创作于星期日解:解:带电量为带电量为+q+q的粒子的粒子,以相同的速率以相同的速率v v沿位于纸面内的各个方向沿位于纸面内的各个方向,由由小孔小孔O O射入磁场区域射入磁场区域,由由R=mv/qB,R=mv/qB,各个粒子在磁场中运动的半径各个粒子在磁场中运动的半径均相同均相同,在磁场中运动的轨迹圆圆心是在以在磁场中运动的轨迹圆圆心是在以O O为圆心、以为圆心、以R=mv/qBR=mv/qB为半径的为半径的1/21/2圆弧上圆弧上,如图虚线示如图虚线示:各粒子的运动轨迹如图实线示各粒子的运动轨迹如图实线示:带电带电粒子可能经过的区域阴影
9、部分如图斜线示粒子可能经过的区域阴影部分如图斜线示2RR2RMNO第13页,讲稿共43张,创作于星期日7 7水平线水平线MNMN的下方存在垂直纸面向里的磁感应强度为的下方存在垂直纸面向里的磁感应强度为B B的匀强磁场,在的匀强磁场,在MNMN线上某点线上某点O O的正下方与的正下方与O O点相距为点相距为L L的质子源的质子源S,S,可在纸面内可在纸面内1801800 0范围范围内发射质量为内发射质量为m m、电量为、电量为e e、速度、速度v=BeL/mv=BeL/m的质子,质子的重力不计,的质子,质子的重力不计,试说明在试说明在MNMN线上多大范围内有质子穿出。线上多大范围内有质子穿出。O
10、MNSBO点左右距离点左右距离O点点L的范围内有质子穿出的范围内有质子穿出第14页,讲稿共43张,创作于星期日OMNSB第15页,讲稿共43张,创作于星期日第16页,讲稿共43张,创作于星期日第17页,讲稿共43张,创作于星期日第18页,讲稿共43张,创作于星期日第19页,讲稿共43张,创作于星期日第20页,讲稿共43张,创作于星期日二带电粒子在平行直线边界磁场中的运动二带电粒子在平行直线边界磁场中的运动速度较小时,作半圆运 动后从原边界飞出;速度增加为某临界值时,粒子作部分圆周运动其 轨迹与另一边界相切;速度较大时粒子作部分 周运动后从另一边界飞 出 SBPSSQPQQ圆心在过入射点跟跟速度
11、方向圆心在过入射点跟跟速度方向垂直的直线上垂直的直线上圆心在过入射点跟边界垂圆心在过入射点跟边界垂直的直线上直的直线上圆心在磁场原边界上圆心在磁场原边界上量变积累到一定程度发生质变,出现临界状态量变积累到一定程度发生质变,出现临界状态速度较小时,作圆 周运动通过射入点;速度增加为某临界 时,粒子作圆周运 动其轨迹与另一边 界相切;速度较大时粒子作 部分圆周运动后从 另一边界飞出 速度较小时,作圆弧 运动后从原边界飞出;速度增加为某临界值 时,粒子作部分圆周 运动其轨迹与另一边 界相切;速度较大时粒子作部 分圆周运动后从另一 边界飞出 第21页,讲稿共43张,创作于星期日1 1如图所示,一质子和
12、一如图所示,一质子和一粒子从粒子从a a点同时以相同的动点同时以相同的动 能沿垂直于磁场边界,垂直于磁场的方向射入磁场宽能沿垂直于磁场边界,垂直于磁场的方向射入磁场宽 度为度为d d的有界磁场中,并都能从磁场的右边界射出则的有界磁场中,并都能从磁场的右边界射出则 A A、质子和、质子和粒子同时射出粒子同时射出 B B、质子和、质子和粒子从同一位置射出粒子从同一位置射出 C C、质子和、质子和粒子不同时射出粒子不同时射出 D D、质子和、质子和粒子从不同位置射出粒子从不同位置射出a 解:先分析两者半径是否相同 再分析两者运动时间是否相同第22页,讲稿共43张,创作于星期日2在真空中宽的区域内有匀
13、强磁场,质量为,电量为在真空中宽的区域内有匀强磁场,质量为,电量为e,速率,速率为的电子从边界外侧垂直射入磁场,入射方向与夹角为的电子从边界外侧垂直射入磁场,入射方向与夹角,为了使电子能从磁场的另一侧边界射出,应满足的条件是:,为了使电子能从磁场的另一侧边界射出,应满足的条件是:.veBd/m(1+sin).veBd/m(1+cos).v eBd/msin .v eBd/mcosBOCFED思考:能从思考:能从思考:能从思考:能从EFEF射出,求电子在磁场中射出,求电子在磁场中射出,求电子在磁场中射出,求电子在磁场中运动的最长时间是多长?运动的最长时间是多长?运动的最长时间是多长?运动的最长时
14、间是多长?第23页,讲稿共43张,创作于星期日3 3如图所示,相互平行的直线如图所示,相互平行的直线M M、N N、P P、Q Q间存在垂直于纸面的匀强间存在垂直于纸面的匀强磁场。某带负电粒子由磁场。某带负电粒子由O O点垂直于磁场方向射入,已知粒子速率一点垂直于磁场方向射入,已知粒子速率一定,射入时速度方向与定,射入时速度方向与OMOM间夹角的范围为间夹角的范围为090090,不计粒子的,不计粒子的重力,则:重力,则:(1 1).越大,粒子在磁场中运动的时间?越大,粒子在磁场中运动的时间?(2).(2).越大,粒子在磁场中运动的路径?越大,粒子在磁场中运动的路径?(3)(3)越大,粒子在磁场
15、中运动轨迹的圆心到越大,粒子在磁场中运动轨迹的圆心到MNMN的距离?的距离?MPQNO第24页,讲稿共43张,创作于星期日四带电粒子在矩形边界磁场中的运动四带电粒子在矩形边界磁场中的运动oBdabcB圆心在磁场原边界上圆心在磁场原边界上圆心在磁场原边界上圆心在磁场原边界上速度较小时粒子作半圆运动速度较小时粒子作半圆运动速度较小时粒子作半圆运动速度较小时粒子作半圆运动后从原边界飞出;后从原边界飞出;后从原边界飞出;后从原边界飞出;速度在某一速度在某一速度在某一速度在某一范围内时从侧面边界飞出;范围内时从侧面边界飞出;范围内时从侧面边界飞出;范围内时从侧面边界飞出;速度较大时粒子作部分圆周运动速度
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