带电粒子在边界磁场中的运动.pptx
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1、会计学1带电粒子在边界磁场中的运动带电粒子在边界磁场中的运动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1.1.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带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动动动动4.4.4.4.磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁
2、感应强度第1页/共43页5.5.5.5.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、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,可通过入射点和已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和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,出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线,出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线,出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两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心两条直线的
3、交点就是圆弧轨道的圆心两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心半径的计算半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,圆心确定后,寻找与半径和已知量相关的直角三角形,圆心确定后,寻找与半径和已知量相关的直角三角形,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。利用几何知识,求解圆轨迹的半径。利用几何知识,求解圆轨迹的半径。利用几何知识,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,可以通过入已知入射方向和出射点的位置时,可以通过入已知入射方向和出射点的位置时,可以通过入已知入射方向和出射点的位置时
4、,可以通过入射点作入射方向的垂线射点作入射方向的垂线射点作入射方向的垂线射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,作其作其作其作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心中垂线,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2页/共43页第3页/共43页带电粒子
5、在有界磁场中的运动问题,综合性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、较强,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何知识的圆及解析几何知识 但只要准确地画出轨迹图,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,找到已知量与并灵活运用几何知识和物理规律,找到已知量与轨道半径轨道半径r r、周期、周期T T的关系,的关系,求出粒子在磁场中偏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。转的角度或距离以及运动时间不太难。第4页/共43页一带电粒子在单直线
6、边界磁场中的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;原边界飞出;如果与磁场边界成夹角如果与磁场边界成夹角进入,仍以与磁场边界进入,仍以与磁场边界夹角夹角飞出(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5页/共43页第6页/共43页第7页/共43页第8页/共43页第9页/共43页第10页/共43页6 6如图如图,在一水平放置的平板在一水平放置的平板MNMN上方有匀强磁场上方有匀强磁场,磁感应强度磁感应强度的大小为的大小为B,B,磁场
7、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.下列图中阴下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域影部分表示带电粒子可能经过的区域,其中其中R=mv/qB.R=mv/qB.哪个图是哪个图是正确的正确的?MNBOA A2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2RMNOR2R2RMNOD.A.B.C.第11页/共43页解:解:带电量为带电量为+q+q的粒子的粒
8、子,以相同的速率以相同的速率v v沿位于纸面内的各沿位于纸面内的各个方向个方向,由小孔由小孔O O射入磁场区域射入磁场区域,由由R=mv/qB,R=mv/qB,各个粒子在磁场各个粒子在磁场中运动的半径均相同中运动的半径均相同,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:各粒各粒子的运动轨迹如图实线示子的运动轨迹如图实线示:带电粒子可能经过的区域阴影部带电粒子可能经过的区域阴影部分如图斜线示分如图斜线示2RR2RMNO第12页/共43页7 7水平线水平线MNMN的
9、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的匀的匀强磁场,在强磁场,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,可可在纸面内在纸面内1801800 0范围内发射质量为范围内发射质量为m m、电量为、电量为e e、速度、速度v=BeL/mv=BeL/m的的质子,质子的重力不计,试说明在质子,质子的重力不计,试说明在MNMN线上多大范围内有质子线上多大范围内有质子穿出。穿出。OMNSBO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13页/共43页OMNSB第14页/共43页第15页/
10、共43页第16页/共43页第17页/共43页第18页/共43页第19页/共43页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方向垂直的直线上圆心在过入射点跟跟速度方向垂直的直线上圆心在过入射点跟边界垂直的直线上圆心在过入射点跟边界垂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
11、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20页/共43页1 1如图所示,一质子和一如图所示,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
12、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21页/共43页2在真空中宽的区域内有匀强磁场,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,速率为的电子从边界外侧垂直射入磁场,入射方向,速率为的电子从边界外侧垂直射入磁场,入射方向与夹角与夹角,为了使电子能从磁场的另一侧边界射出,为了使电子
13、能从磁场的另一侧边界射出,应满足的条件是: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,求电子在射出,求电子在射出,求电子在射出,求电子在磁场中运动的最长时间是多长?磁场中运动的最长时间是多长?磁场中运动的最长时间是多长?磁场中运动的最长时间是多长?第22页/共43页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间存在垂直于纸面间存在垂直于纸面的匀强磁场。某带负电粒子由的匀强磁场。某带负电粒子由O O点垂直于磁场方向射入
14、,已知点垂直于磁场方向射入,已知粒子速率一定,射入时速度方向与粒子速率一定,射入时速度方向与OMOM间夹角的范围为间夹角的范围为090090,不计粒子的重力,则:,不计粒子的重力,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23页/共43页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oBda
15、bcB圆心在磁场原边界圆心在磁场原边界圆心在磁场原边界圆心在磁场原边界上上上上速度较小时粒子作半圆速度较小时粒子作半圆速度较小时粒子作半圆速度较小时粒子作半圆运动后从原边界飞出;运动后从原边界飞出;运动后从原边界飞出;运动后从原边界飞出;速度在某一范围内时从侧速度在某一范围内时从侧速度在某一范围内时从侧速度在某一范围内时从侧面边界飞出;面边界飞出;面边界飞出;面边界飞出;速度较大速度较大速度较大速度较大时粒子作部分圆周运动从时粒子作部分圆周运动从时粒子作部分圆周运动从时粒子作部分圆周运动从对面边界飞出。对面边界飞出。对面边界飞出。对面边界飞出。速度较小时粒子做部分圆周运动速度较小时粒子做部分圆
16、周运动速度较小时粒子做部分圆周运动速度较小时粒子做部分圆周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;速度在某一范速度在某一范速度在某一范速度在某一范围内从上侧面边界飞;围内从上侧面边界飞;围内从上侧面边界飞;围内从上侧面边界飞;速度较大速度较大速度较大速度较大时粒子做部分圆周运动从右侧面边时粒子做部分圆周运动从右侧面边时粒子做部分圆周运动从右侧面边时粒子做部分圆周运动从右侧面边界飞出;界飞出;界飞出;界飞出;速度更大时粒子做部分速度更大时粒子做部分速度更大时粒子做部分速度更大时粒子做部分圆周运动从下侧面边界飞出。圆周运动从下侧面边界飞出。圆周运动从下侧面边界飞出。圆周
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