专题2:带电粒子在有界磁场中的运动.ppt
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1、专题专题2 2:带电粒子在有界:带电粒子在有界磁场中的运动磁场中的运动OrrOBRS7 7如图所示,在半径为如图所示,在半径为如图所示,在半径为如图所示,在半径为R R的圆筒内有匀强磁场,质量的圆筒内有匀强磁场,质量的圆筒内有匀强磁场,质量的圆筒内有匀强磁场,质量为为为为mm、带电量为、带电量为、带电量为、带电量为q q的正离子在小孔的正离子在小孔的正离子在小孔的正离子在小孔S S处,以速度处,以速度处,以速度处,以速度v v0 0向着向着向着向着圆心射入,施加的磁感应强度为多大,此粒子才能在圆心射入,施加的磁感应强度为多大,此粒子才能在圆心射入,施加的磁感应强度为多大,此粒子才能在圆心射入,
2、施加的磁感应强度为多大,此粒子才能在最短的时间内从原孔射出?(设相碰时电量和动能均最短的时间内从原孔射出?(设相碰时电量和动能均最短的时间内从原孔射出?(设相碰时电量和动能均最短的时间内从原孔射出?(设相碰时电量和动能均无损失)无损失)无损失)无损失)OrrOBRS解解解解:粒子经过粒子经过粒子经过粒子经过n=2,3,4n=2,3,4n=2,3,4n=2,3,4次与圆筒次与圆筒次与圆筒次与圆筒碰撞从原孔射出,其运动轨迹具碰撞从原孔射出,其运动轨迹具碰撞从原孔射出,其运动轨迹具碰撞从原孔射出,其运动轨迹具有对称性当发生最少碰撞次数有对称性当发生最少碰撞次数有对称性当发生最少碰撞次数有对称性当发生
3、最少碰撞次数n=2n=2n=2n=2时时时时OBRSOrr当发生碰撞次数当发生碰撞次数当发生碰撞次数当发生碰撞次数n=3n=3n=3n=3时时时时可见发生碰撞次数越多,所用时间越长,故当可见发生碰撞次数越多,所用时间越长,故当可见发生碰撞次数越多,所用时间越长,故当可见发生碰撞次数越多,所用时间越长,故当n=2n=2n=2n=2时所用时所用时所用时所用时间最短时间最短时间最短时间最短OrrOBRS思考:求碰撞次数思考:求碰撞次数思考:求碰撞次数思考:求碰撞次数n=2n=2n=2n=2时粒子在磁场中运动的时间时粒子在磁场中运动的时间时粒子在磁场中运动的时间时粒子在磁场中运动的时间8.8.一带电质
4、点,质量为一带电质点,质量为一带电质点,质量为一带电质点,质量为mm,电量为,电量为,电量为,电量为q q,重力忽略不计,重力忽略不计,重力忽略不计,重力忽略不计,以平行于以平行于以平行于以平行于oxox轴的速度轴的速度轴的速度轴的速度v v从从从从y y轴上的轴上的轴上的轴上的a a点射入如图中第一点射入如图中第一点射入如图中第一点射入如图中第一象限所示的区域。为了使该质点能从象限所示的区域。为了使该质点能从象限所示的区域。为了使该质点能从象限所示的区域。为了使该质点能从x x轴上的轴上的轴上的轴上的b b点以垂直点以垂直点以垂直点以垂直于于于于oxox的速度射出,可在适当的地方加一垂直于的
5、速度射出,可在适当的地方加一垂直于的速度射出,可在适当的地方加一垂直于的速度射出,可在适当的地方加一垂直于xyxy平面、平面、平面、平面、磁感应强度为磁感应强度为磁感应强度为磁感应强度为B B的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆形区域内,求这圆形磁场区域的最小半径形区域内,求这圆形磁场区域的最小半径形区域内,求这圆形磁场区域的最小半径形区域内,求这圆形磁场区域的最小半径.abxyOO4 4如图如图如图如图,在一水平放置的平板在一水平放置的平板在一水平放置的平板在一水平放置的平板MNMN上方有匀强
6、磁场上方有匀强磁场上方有匀强磁场上方有匀强磁场,磁感应磁感应磁感应磁感应强度的大小为强度的大小为强度的大小为强度的大小为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许多质量为许多质量为m,m,带电量为带电量为带电量为带电量为+q+q的粒子的粒子的粒子的粒子,以相同的速率以相同的速率以相同的速率以相同的速率v v沿位于纸面内的各个沿位于纸面内的各个沿位于纸面内的各个沿位于纸面内的各个方向方向方向方向,由小孔由小孔由小孔由小孔OO射入磁场区域射入磁场区域射入磁场区域射入磁场区域,不计重力不计重力不计重力不计重力,不计粒子间的
7、相互不计粒子间的相互不计粒子间的相互不计粒子间的相互影响影响影响影响.下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域,其其其其中中中中R=mv/qB.R=mv/qB.哪个图是正确的哪个图是正确的哪个图是正确的哪个图是正确的?MNBOA2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2RMNOR2R2RMNOD.A.B.C.解:解:解:解:带电量为带电量为带电量为带电量为+q+q+q+q的粒子的粒子的粒子的粒子,以相同的速率以相同的速率以相同的速率以相同的速率v v v v沿位于纸面
8、内的各个方沿位于纸面内的各个方沿位于纸面内的各个方沿位于纸面内的各个方向向向向,由小孔由小孔由小孔由小孔O OO O射入磁场区域射入磁场区域射入磁场区域射入磁场区域,由由由由R=mv/qB,R=mv/qB,R=mv/qB,R=mv/qB,各个粒子在磁场中运动各个粒子在磁场中运动各个粒子在磁场中运动各个粒子在磁场中运动的半径均相同的半径均相同的半径均相同的半径均相同,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 OO O为圆心、为圆心、为圆心、为圆心、以以以以R=mv/qBR=mv/qBR=mv/qBR=mv/qB为半
9、径的为半径的为半径的为半径的1/21/21/21/2圆弧上圆弧上圆弧上圆弧上,如图虚线示如图虚线示如图虚线示如图虚线示:各粒子的运动轨迹各粒子的运动轨迹各粒子的运动轨迹各粒子的运动轨迹如图实线示如图实线示如图实线示如图实线示:带电粒子可能经过的区域阴影部分如图斜线示带电粒子可能经过的区域阴影部分如图斜线示带电粒子可能经过的区域阴影部分如图斜线示带电粒子可能经过的区域阴影部分如图斜线示2RR2RMNO5 5水平线水平线水平线水平线MNMN的下方存在垂直纸面向里的磁感应强度的下方存在垂直纸面向里的磁感应强度的下方存在垂直纸面向里的磁感应强度的下方存在垂直纸面向里的磁感应强度为为为为B B的匀强磁场
10、,在的匀强磁场,在的匀强磁场,在的匀强磁场,在MNMN线上某点线上某点线上某点线上某点OO的正下方与的正下方与的正下方与的正下方与OO点相点相点相点相距为距为距为距为L L的质子源的质子源的质子源的质子源S S,可在纸面内,可在纸面内,可在纸面内,可在纸面内1801800 0范围内发射质量为范围内发射质量为范围内发射质量为范围内发射质量为mm、电量为、电量为、电量为、电量为e e、速度为、速度为、速度为、速度为v=BeL/mv=BeL/m的质子,质子的重力的质子,质子的重力的质子,质子的重力的质子,质子的重力不计,试说明在不计,试说明在不计,试说明在不计,试说明在MNMN线上多大范围内有质子穿
11、出。线上多大范围内有质子穿出。线上多大范围内有质子穿出。线上多大范围内有质子穿出。OMNSBOO点左右距离点左右距离点左右距离点左右距离OO点点点点L L的范围内有质子穿出的范围内有质子穿出的范围内有质子穿出的范围内有质子穿出OMNSB6 6如图,电子源如图,电子源如图,电子源如图,电子源S S能在图示纸面能在图示纸面能在图示纸面能在图示纸面360360范围内发射速率范围内发射速率范围内发射速率范围内发射速率相同的电子(质量为相同的电子(质量为相同的电子(质量为相同的电子(质量为mm,电量为,电量为,电量为,电量为e e),),),),MM、N N是足够大是足够大是足够大是足够大的竖直挡板,与
12、的竖直挡板,与的竖直挡板,与的竖直挡板,与S S的水平距离的水平距离的水平距离的水平距离OSOSL L,挡板左侧是垂,挡板左侧是垂,挡板左侧是垂,挡板左侧是垂直纸面向里,磁感应强度为直纸面向里,磁感应强度为直纸面向里,磁感应强度为直纸面向里,磁感应强度为B B的匀强磁场。的匀强磁场。的匀强磁场。的匀强磁场。(1 1)要使发射的电子能到达挡板,)要使发射的电子能到达挡板,)要使发射的电子能到达挡板,)要使发射的电子能到达挡板,电子速度至少为多大?电子速度至少为多大?电子速度至少为多大?电子速度至少为多大?(2 2)若)若)若)若S S发射的电子速率为发射的电子速率为发射的电子速率为发射的电子速率
13、为eBL/meBL/m时,挡板被电子击中的范围有多大?时,挡板被电子击中的范围有多大?时,挡板被电子击中的范围有多大?时,挡板被电子击中的范围有多大?MOLNS7 7如图如图如图如图,真空室内存在匀强磁场真空室内存在匀强磁场真空室内存在匀强磁场真空室内存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里磁场方向垂直于纸面向里磁场方向垂直于纸面向里磁场方向垂直于纸面向里,磁感磁感磁感磁感应强度的大小应强度的大小应强度的大小应强度的大小B=0.60T,B=0.60T,磁场内有磁场内有磁场内有磁场内有一块平面感光板一块平面感光板一块平面感光板一块平面感光板ab,ab,板面与磁场板面与磁场板面与磁场板面与磁场方向平行
14、方向平行方向平行方向平行,在距在距在距在距abab的距离的距离的距离的距离L=16cmL=16cm处处处处,有一个点状的放射源有一个点状的放射源有一个点状的放射源有一个点状的放射源S,S,它向各个方向发射它向各个方向发射它向各个方向发射它向各个方向发射 粒子粒子粒子粒子,粒粒粒粒子的速度都是子的速度都是子的速度都是子的速度都是v=4.8x10v=4.8x106 6 m/s,m/s,已已已已知知知知 粒子的电荷与质量之比粒子的电荷与质量之比粒子的电荷与质量之比粒子的电荷与质量之比q/m=5.0 x10q/m=5.0 x107 7C/kgC/kg现只考虑在图现只考虑在图现只考虑在图现只考虑在图纸平
15、面中运动的纸平面中运动的纸平面中运动的纸平面中运动的 粒子粒子粒子粒子,求求求求abab上被上被上被上被 粒子打中的区域的长度粒子打中的区域的长度粒子打中的区域的长度粒子打中的区域的长度.sabL L.解解解解:粒子带正电粒子带正电粒子带正电粒子带正电,故在磁场中故在磁场中故在磁场中故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运沿逆时针方向做匀速圆周运沿逆时针方向做匀速圆周运沿逆时针方向做匀速圆周运动动动动,用用用用R R R R表示轨道半径表示轨道半径表示轨道半径表示轨道半径,有有有有因朝不同方向发射的因朝不同方向发射的因朝不同方向发射的因朝不同方向发射的 粒子的圆轨粒子的圆轨粒子的圆轨粒子的圆轨迹都过
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- 关 键 词:
- 专题 带电 粒子 磁场 中的 运动
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