高中物理带电粒子在有界磁场中运动轨迹专题研究优秀PPT.ppt
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1、磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用带电粒子在有界磁场中的运动带电粒子在有界磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中带电粒子在匀强磁场中(不计重力),粒子将做怎样的运动?(不计重力),粒子将做怎样的运动?(1 1)无速度)无速度(2 2)有初速度)有初速度V V(V/BV/B)(3 3)有初速度)有初速度V V(vBvB)始终静止始终静止匀速直线运动匀速直线运动匀速圆周运动匀速圆周运动解题思路解题思路1、画轨迹、画轨迹2、找圆心、找圆心3、定半径、定半径4、求时间、求时间留意:用弧度表示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/q
2、B)利用利用vRvR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F问题问题1:带电粒子从某一点以速度方向不变、速度带电粒子从某一点以速度方向不变、速度也大小地射入匀强磁场也大小地射入匀强磁场问题问题2:空间有一放射源:空间有一放射源S,向个方向放出电荷量为,向个方向放出电荷量为q,质量,质量为为m的正离子,速度大小均为的正离子,速度大小均为v(只分析平面内运动),(只分析平面内运动),放射源放射源S区域存在垂直纸面对里的匀强磁场,磁感应强度区域存在垂直纸面对里的匀强磁场,磁感应强度为为B。思索:不同方向思索:不同方向V形成的轨迹圆有何特点?形成的轨迹圆有何特
3、点?ss特点:特点:(1)每个带电粒子的圆轨每个带电粒子的圆轨迹半径相等,周期相等迹半径相等,周期相等;(2)轨迹圆的圆心分布在轨迹圆的圆心分布在以粒子源为圆心,以粒子源为圆心,R为半为半径的一个圆周上。径的一个圆周上。(3)全部轨迹圆都相切与全部轨迹圆都相切与S点。点。试画出如图所示v方向形成的轨迹圆。AV2V3V4V问题3带电粒子从某一点以速度方向不变而大小在带电粒子从某一点以速度方向不变而大小在变更射入匀强磁场变更射入匀强磁场 例例1.1.直线直线OPOP与与x x轴正方向的夹角为轴正方向的夹角为3030,第一象限内有两,第一象限内有两 个方向都垂直纸面对外的匀强磁场区域个方向都垂直纸面
4、对外的匀强磁场区域和和,直线,直线OPOP是是它们的边界,它们的边界,OPOP上方区域上方区域中磁场的磁感应强度为中磁场的磁感应强度为B.B.一质一质量为量为m m,电荷量为,电荷量为q q的质子的质子(不计重力不计重力)以速度以速度v v从从O O点沿与点沿与OPOP成成3030角的方向垂直磁场进入区域角的方向垂直磁场进入区域,质子先后通过磁场,质子先后通过磁场区域区域和和后,恰好垂直打在后,恰好垂直打在x x轴上的轴上的Q Q点点(图中未画出图中未画出),试求:试求:(1)(1)离开区域离开区域时,速度的大小和方向;时,速度的大小和方向;(2)(2)区域区域中磁场的磁感应强度大小;中磁场的
5、磁感应强度大小;(3)Q (3)Q点的坐标点的坐标一带电粒子在单直线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(直进直出,斜进斜出,进出对称)(直进直出,斜进斜出,进出对称)(直进直出,斜进斜出,进出对称)(直进直出,斜进斜出,进出对称)练习如图练习如图练习如图练习如图,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上方有匀强磁场上方有匀强磁场上方有匀强磁场上方有匀强磁场,磁磁磁磁感应强度的大小为感应强度的大小为感应强度的大小为感应强度的大小为B,B,磁场方向垂直于纸面对里磁场方向垂直于纸面对里磁场方向垂直于纸面对里磁场方向垂直于纸面对里,很多质量很多
6、质量很多质量很多质量为为为为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沿位于纸面内的沿位于纸面内的沿位于纸面内的沿位于纸面内的各个方向各个方向各个方向各个方向,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,不计粒子间不计粒子间不计粒子间不计粒子间的相互影响的相互影响的相互影响的相互影响.下列图中阴影部分表示带下列图中阴影部分表示带下列图中阴影部分表示带下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域电粒子可能经过的区域电粒子可能经过的区域电粒子可能经
7、过的区域,其中其中其中其中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?MNBO2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2RMNOR2R2RMNOD.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/
8、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、以为圆心、以为圆心、以为圆心、以R=mv/qBR=mv/qBR=mv/qBR=mv/qB为半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:各粒子的运动轨迹如各粒子的运动轨迹如各粒子的运动轨迹如各粒子的运动轨迹如图实线示图实线示图实线示图实线示:带电粒
9、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2RR2RMNO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SBPSSQPQQ圆心在过入射点跟跟速圆心在过入射点跟跟速圆心在过入射点跟跟速圆心在过入射点跟跟速度方向垂直的直线上度方向垂直的直线上度方向垂直的直线上度方向垂直的直线上圆心在过入射点跟圆心在过入射点跟圆心在过入射点跟圆心在过入射点跟边界垂直的直线上边界垂直的直线上边界垂直的直线上边界垂直的直线上圆心在磁场圆心在磁场圆心在磁场圆心在磁场原边界上原边界上原边
10、界上原边界上P例例例例2 2在真空中宽的区域内有匀强磁场,质量为在真空中宽的区域内有匀强磁场,质量为在真空中宽的区域内有匀强磁场,质量为在真空中宽的区域内有匀强磁场,质量为,电量为,电量为,电量为,电量为e e,速率为的电子从边界外侧垂直,速率为的电子从边界外侧垂直,速率为的电子从边界外侧垂直,速率为的电子从边界外侧垂直射入磁场,入射方向与夹角射入磁场,入射方向与夹角射入磁场,入射方向与夹角射入磁场,入射方向与夹角,为了使电子能从,为了使电子能从,为了使电子能从,为了使电子能从磁场的另一侧边界射出,应满足的条件是:磁场的另一侧边界射出,应满足的条件是:磁场的另一侧边界射出,应满足的条件是:磁场
11、的另一侧边界射出,应满足的条件是:.v.veBd/meBd/m(1+sin1+sin).v.veBd/meBd/m(1+cos1+cos).v.v eBd/msineBd/msin.v.v eBd/mcoseBd/mcosCEFDBOB思索:能从思索:能从思索:能从思索:能从EFEF射出,求电子在磁射出,求电子在磁射出,求电子在磁射出,求电子在磁场中运动的最长时间是多长?场中运动的最长时间是多长?场中运动的最长时间是多长?场中运动的最长时间是多长?三带电粒子在矩形边界磁场中的运动三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
12、上圆心在过入射点跟速圆心在过入射点跟速圆心在过入射点跟速圆心在过入射点跟速度方向垂直的直线上度方向垂直的直线上度方向垂直的直线上度方向垂直的直线上例例例例3.3.3.3.如图所示,一足够长的矩形区域如图所示,一足够长的矩形区域如图所示,一足够长的矩形区域如图所示,一足够长的矩形区域abcdabcdabcdabcd内充溢方内充溢方内充溢方内充溢方向垂直纸面对里的、磁感应强度为向垂直纸面对里的、磁感应强度为向垂直纸面对里的、磁感应强度为向垂直纸面对里的、磁感应强度为B B B B的匀强磁场,的匀强磁场,的匀强磁场,的匀强磁场,在在在在adadadad边中点边中点边中点边中点O O O O方向垂直磁
13、场射入一速度方向跟方向垂直磁场射入一速度方向跟方向垂直磁场射入一速度方向跟方向垂直磁场射入一速度方向跟adadadad边边边边夹角夹角夹角夹角=300=300=300=300、大小为、大小为、大小为、大小为v0v0v0v0的带正电粒子,已知粒子的带正电粒子,已知粒子的带正电粒子,已知粒子的带正电粒子,已知粒子质量为质量为质量为质量为m m m m、电量为、电量为、电量为、电量为q q q q,abababab边足够长,边足够长,边足够长,边足够长,adadadad边长为边长为边长为边长为L L L L,粒,粒,粒,粒子的重力不计。求:子的重力不计。求:子的重力不计。求:子的重力不计。求:.粒子
14、能从粒子能从粒子能从粒子能从abababab边上射出磁场的边上射出磁场的边上射出磁场的边上射出磁场的v0v0v0v0大小范围。大小范围。大小范围。大小范围。.假如带电粒子不受上述假如带电粒子不受上述假如带电粒子不受上述假如带电粒子不受上述v0v0v0v0大小范围的限制,求大小范围的限制,求大小范围的限制,求大小范围的限制,求粒子在磁场中运动的最长时间。粒子在磁场中运动的最长时间。粒子在磁场中运动的最长时间。粒子在磁场中运动的最长时间。V0OabcdV0Oabcd300600练习:如图所示,在矩形区域练习:如图所示,在矩形区域ABCD内有垂直于纸内有垂直于纸面对外的匀强磁场,磁感应强度大小为面对
15、外的匀强磁场,磁感应强度大小为B=5.0102T,矩形区域,矩形区域AD长为长为m,AB宽为宽为0.2m,在,在AD边中点边中点O处有一放射源,某时刻,放处有一放射源,某时刻,放射源沿纸面对磁场中各方向匀整地辐射出速率均为射源沿纸面对磁场中各方向匀整地辐射出速率均为v=2l06m/s的某种带正电粒子,带电粒子质量的某种带正电粒子,带电粒子质量m=1.610-27kg,电荷量为,电荷量为q=+3.2l0-19C(不(不计粒子重力),求:计粒子重力),求:(1)带电粒子在磁场中做圆周运动的半径;带电粒子在磁场中做圆周运动的半径;(2)从从BC边界射出的粒子中,在磁场中运动的最短边界射出的粒子中,在
16、磁场中运动的最短时间;时间;(3)分别从分别从BC边界和边界和CD边界射出粒子数目的比值。边界射出粒子数目的比值。四带电粒子在圆形边界磁场中的运动四带电粒子在圆形边界磁场中的运动BOO入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心,刚出射时速度入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心,刚出射时速度入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心,刚出射时速度入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心,刚出射时速度方向的反向延长线必过该区域圆的圆心方向的反向延长线必过该区域圆的圆心方向的反向延长线必过该区域圆的圆心方向的反向延长线必过该区域圆的圆心(对着圆心来,背着圆对着圆心来,背着圆对着圆心来,背着圆对着圆心来,背着圆心去心
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