高三复习磁场对运动电荷的作用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,51.运动电荷在磁场,中受到的作用力,1.,磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。所以磁场对电流的,安培力,就是磁场对运动电荷的,洛伦兹力,作用力的,宏观表现,。即：,安培力是洛伦兹力的,宏观表现。,洛伦兹力是安培力的,微观本质。,。,。,。,2.,洛伦兹力的方向,-,左手定则,v,v,1,、伸开,左手,，使大拇指和其余四,指,垂直,且处于,同一平面,内，把手放,入磁场中，让磁感线,垂直,穿过手心，,若四指指向,正电荷,运动的方向，那,么拇指所指的方向就使运动的正电荷所受洛伦兹力的方向。,2,、若四指指向,负电荷,运动的,反方,向,，那么拇指所指的方向就是负电,荷所受洛伦兹力的方向。,f,f,。,。,。,。,。,。,洛伦兹力的方向，既,垂直,于磁场,B,的方向又,垂直,于电荷运动速度,v,方向。,。,。,3.,洛伦兹力总是跟运动的电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力,只能改变运动电荷的速度方向，而不改变速度的大小,。,即：洛伦兹力,对带电粒子始终,不做功,！,。,。,。,4,、洛伦兹力的大小,。,。,当带电粒子的运动方向与磁场方向,平行,时，洛伦兹力,最小,-,f=0,。,。,。,当带电粒子的运动方向与磁场方向,垂直,时，洛伦兹力,最大,-,f=qVB,。,。,。,讨论与交流：,5.,带电粒子,“平行”,于,磁场方向进入：,做匀速直线运动，,带电粒子,“垂直”,于磁场方向,进入：,做匀速圆周运动，洛伦兹力,提供向心力,带电粒子在磁场中做圆周运动的周期：,半径与速度大小成正比，周期与速度大小无关！,。,。,。,。,。,应用：质谱仪,qE=qvB,1,回旋加速器,工作原理：,利用电场对带电粒子的加速作用,和,磁场对运动电荷的偏转作用,来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件,两个,D,形盒和其间的窄缝内完成。,。,。,磁流体发电机,如图所示，等离子喷入磁场区域，磁场区域中有两块金属板,A,和,B,，,正、负,离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到,A,、,B,板产生电势差最大电势差可达,(,B,为磁感应强度，,d,为两板间距，,v,为喷射速度,),Bdv,一、画轨迹,1,、已知入射方向和出射方向：,v,V,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,2,、已知入射方向和出射点的位置：,v,P,圆心,圆心,通过入射点,作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其连线的,中垂线,交点就是圆弧的,圆心,6.,确定圆心找半径,二、找关系,（,1,）,（,为圆周角，单位为度）,（,2,）,（,为圆周角，单位为弧度）,2,、时间关系：,1,、角度关系：,（,1,）圆心角：,（,2,）偏向角：,（,3,）弦切角：,1,、直线边界（进出磁场具有对称性）,2,、平行边界（存在临界条件）,3,、圆形边界（沿径向射入必沿径向射出）,注意：,从一边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角（弦切角）相等。带电粒子沿径向射入圆形磁场区域内，必从径向射出。关注几种常见图形的画法，如图所示：,带电粒子在,有界,匀强,磁场中的动态分析,如图，在阴极射管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会,(,),A.,向上偏转,B.,向下偏转,C.,向纸内偏转,D.,向纸外偏转,P205,5,A,带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹。如图所示是在有匀强磁场云室中观察到的粒子的轨迹，,a,和,b,是轨迹上的两点，匀强磁场,B,垂直纸面向里。该粒子在运动时，其质量和电量不变，而,动能逐渐减少,，下列说法正确的是,P205,A,粒子先经过,a,点，再经过,b,点,B,粒子先经过,b,点，再经过,a,点,C,粒子带负电,D,粒子带正电,V,R,小则,E,K,小,AC,电子自静止开始经,M,、,N,板间,（两板间的电压为,U,）的电场加速,后从,A,点垂直于磁场边界射入宽度,为,d,的匀强磁场中，电子离开磁场,时的位置,P,偏离入射方向的距离为,L,，如图所示。,（,1,）正确画出电子由静止开始直至离开匀强磁场时的轨迹图,;,（用尺和圆规规范作图）,（,2,）求匀强磁场的磁感应强度,B,。（,已知电子的质量为,m,，电荷量为,e,）,P203,例题,1,解：（,1,）作电子经电场和磁,场中的轨迹图，如图所示,(2),设电子在,M,、,N,两板间经,电场加速后获得的速度为,v,由动能定理得,eU=mv,2,电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为,r,则,evB=m ,由几何关系得,r,2,=(r-L),2,+d,2,联立求解式得,B=,在以坐标原点,O,为圆心、,半径为,r,的圆形区域内，存在磁感应强度大,小为,B,、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，,如图所示。一个不计重力的带电粒子从磁,场边界与,x,轴的交点,A,处以速度,v,沿,x,方向,射入磁场，恰好从磁场边界与,y,轴的交点,C,处沿,y,方向飞出。,（,1,）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷,q/m,；,（,2,）若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为,B,，该粒子仍从,A,处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了,60,角，求磁感应强度,B,多大？此次粒子在磁场中运动所用时间,t,是多少？,P203,例题,解：（,1,）由几何知识知带电粒子在磁场中运动的半径为,R=,r,，则有：,qvB=mv,2,/r,解得：,q/m,v,/Br,（,2,）由几何知识得带电粒子在磁场,B,中做匀速圆周运动的圆心角，半径为：，,根据牛顿第二定律有：,解得：,粒子在磁场中运动所用时间,t,是：,如图,16,（,a,）所示，左为某同学设想的粒子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘,N1,、,N2,构成，两盘面平行且与转轴垂直，相距为,L,，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角可调（如图,16,（,b,）；右为水平放置的长为,d,的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为,B.,一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入,N1,，能通过,N2,的粒子经,O,点垂直进入磁场。,O,到感光板的距离为，粒子电荷量为,q,质量为,m,不计重力。,若两狭缝平行且盘静止（如图,16,（,c,），某一粒子进入磁场后，数值向下打在感光板中心点,M,上，求该粒子在磁场中运动的时间,t;,若两狭缝夹角为,0,，盘匀速转动，转动方向如图,16,（,b,）,.,要使穿过,N1,、,N2,的粒子均打到感光板,P1,、,P2,连线上，试分析盘转动角速度,的取值范围（设通过,N1,的所有粒子在盘转圈的时间内都能到达,N2,）。,P203,例题,3,解析,:,（,1,）粒子运动半径为 ,由牛顿第二定律 ,匀速圆周运动周期 ,粒子在磁场中运动时间 ,（,2,）如答图,2,。设粒子运动临界半径分别为,R,1,和,R,2,设粒子临界速度分别为 和，由式，得,若粒子通过转盘，由题设可知,联立，得对应转盘的转速分别为,粒子要打在感光板上，需满足条件,90,0,长为,l,的水平极板间有如图所示的匀强磁场，磁感强度为,B,，板间距离也为,l,。现有一质量为,m,、带电量为,+q,的粒子从左边板间中点处沿垂直于磁场的方向以速度,v,0,射入磁场，不计重力。要想使粒子,不,打在极板上，则粒子进入磁场时的速度,v,0,应满足什么条件,?,l,l,v,a,b,c,d,P203,变式,3,v,0,q B,l,/4 m,或,v,0,5 q B,l,/4 m,解：若刚好从,a,点射出，如图：,R,-l,/2,R,l,l,v,a,b,c,d,r=mv,1,/qB=,l,/4,v,1,=qB,l/4m,若刚好从,b,点射出，如图：,要想使粒子,不,打在极板上，,v,2,=5qB,l,/4m,R,2,=,l,2,+(,R,-l,/2),2,R=5,l,/4=mv,2,/qB,返回,O,如右图所示，在,x,轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为,B,的匀强磁场，一个,不计重力,的带电粒子从坐标原点,O,处以速度,v,进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与,x,轴正方向成,120,角，若粒子,穿过,y,轴正半轴后在磁场中到,x,轴的最大距离为,a,，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是,(,),A.,，正电荷,B.,，正电荷,C.,，负电荷,D.,，负电荷,P203,4,洛伦兹力指向运动方向的右侧，,左手定则可判定粒,子带负电,r,r,sin 30,a,r,得,，,C,正确,30,C,如图所示，带负电的粒子垂直磁场方向进入圆形匀强磁场区域，出磁场时速度偏离原方向,60,角，已知带电粒子质量,m=310,-20,kg,，电量,q=10,-13,C,，速度,v,0,=10,5,m/s,，磁场区域的半径,R=310,-1,m,，不计重力，求磁场的磁感应强度。,P203,6,解：画进、出磁场速度的垂线得交点,O,，,O,点即为粒子作圆周运动的圆心，据此作出运动轨迹,AB,，如图所示。此圆半径记为,r,。,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有：,O,/,A,B,O,如图所示，在,y,0,的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于,xy,平面并指向纸面外，磁感强度为,B.,一带正电的粒子以速度,v,0,从,O,点射入磁场，入射方向在,xy,平面内，与,x,轴正向的夹角为,，,若粒子射出磁场的位置与,O,点的距离为,L,，求该粒子的电量和质量之比,.,P203,7,解,:,画出运动示意图如下：,在磁场中：由几何关系：,=Rsin,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律可得：,qv,0,B=m,两式联立得：,2,在平面直角坐标系,xOy,中，第,象限存,在沿,y,轴负方向的匀强电场，第,象限,存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，,磁感应强度为,B,.,一质量为,m,、电荷量为,q,的带正电的粒子从,y,轴正半轴上的,M,点,以速度,v,0,垂直于,y,轴射入电场，经,x,轴上,的,N,点与,x,轴正方向成,=60,角射入磁,场，最后从,y,轴负半轴上的,P,点垂直于,y,轴射出磁场，如图所示不计粒子重力，求：,(,1)M,、,N,两点间的电势差,U,MN,；,(2),粒子在磁场中运动的轨道半径,r,；,(3),粒子从,M,点运动到,P,点的总时间,t,.,(1),设粒子过,N,点时速度,v,，有,v,=2,v,0,粒子从,M,点运动到,N,点的过程，有,qU,MN,=,m,v,2,-,U,MN,=,(2),粒子在磁场中以,O,为圆心做匀速圆周运动，半径为,O,N,，有,q,v,B,=,r,=,=cos,q,(3),由几何关系得,ON,=,r,sin,粒子在电场中运动的时间,t,1,，,有,ON,=,v,0,t,1,t,1,=,粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期,T,=,设粒子在磁场中运动的时间,t,2,，,有,t,2,=,t,2,=,t,=,t,1,+,t,2,t,=,