磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力課件

1、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力的作用力復(fù)習(xí)知識(shí): 1.帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力的計(jì)算公式？ 帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場(chǎng)方向，f=qvB，該公式的設(shè)用條件是V與B相互垂直,帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向平行于磁場(chǎng)方向，f=0。 2.帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向？顯象管的工作原理 問題討論：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、帶電粒子的軌跡在哪個(gè)方位？、帶電粒子的軌跡在哪個(gè)方位？ 2、速度如何變化？、速度如何變化？ 3、受力如何變化？、受力如何變化？ 4、軌跡是什么形狀、軌跡是什么形狀? v軌跡平面與磁場(chǎng)垂直因?yàn)閹щ娏Ｗ拥某跛俣群退苈鍌惼澚Φ姆较蚨荚诟艌?chǎng)方向垂直的平面內(nèi)，沒有任何作用使粒子離開這

2、個(gè)平面速度大小不變因?yàn)槁鍌惼澚偸歉Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)方向垂直,所以洛倫茲力不對(duì)粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向時(shí)刻改變因?yàn)槁鍌惼澚偸歉Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)方向垂直，所以速度方向改變受力大小不變因?yàn)樗俣却笮〔蛔?所以洛倫茲力大小也不變受力方向時(shí)刻改變因?yàn)樗俣确较蚋淖?，所以洛倫茲力方向也改變軌跡形狀圓因?yàn)閹щ娏Ｗ邮艿揭粋€(gè)大小不變，方向總與粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力就是洛倫茲力洛倫茲力演示儀 工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管 的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)結(jié)論：結(jié)

3、論：帶電粒子帶電粒子垂直垂直進(jìn)入磁場(chǎng)中，粒子在進(jìn)入磁場(chǎng)中，粒子在垂直垂直磁場(chǎng)方向的平磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)做面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此洛倫茲力不做功。，此洛倫茲力不做功。問題：?jiǎn)栴}：一帶電量為一帶電量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，速度為，速度為v的帶電粒子垂直的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其半徑的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其半徑r和周期和周期T為多大？為多大？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場(chǎng)作用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場(chǎng)作用時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電子的時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電子的徑跡變彎曲成圓形。徑跡變彎曲成圓

4、形。推導(dǎo)推導(dǎo):粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 是由是由粒子所受的洛倫茲力提供的粒子所受的洛倫茲力提供的,所以所以rvmF2qBmvr qBmT2rvmqvB2vrT2說明說明:1、軌道半徑和粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比。、軌道半徑和粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比。2、帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和運(yùn)動(dòng)速率無關(guān)。、帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和運(yùn)動(dòng)速率無關(guān)。1v2v3v例題例題2 2：如圖所示，一束帶正電的相同的粒子垂直：如圖所示，一束帶正電的相同的粒子垂直磁場(chǎng)邊界自磁場(chǎng)邊界自O(shè) O點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中后分成了點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中后分成了3 3束，其運(yùn)束，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，粒子

5、運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直，不計(jì)動(dòng)軌跡如圖，粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直，不計(jì)粒子的重力作用，已知粒子的重力作用，已知OA=OC/2=OD/3OA=OC/2=OD/3，則這三束粒，則這三束粒子的速率之比子的速率之比 = =電荷的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的三種運(yùn)動(dòng)形式 例題氘核氘核( )、氚核、氚核( )、氦核、氦核( )都垂直磁場(chǎng)方向入射同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，都垂直磁場(chǎng)方向入射同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求以下幾種情況下，它們軌道半徑之求以下幾種情況下，它們軌道半徑之比及周期之比各是多少？（比及周期之比各是多少？（1）以相同）以相同速率射入磁場(chǎng)；（速率射入磁場(chǎng)；（2）以相同動(dòng)能射入）以相同動(dòng)能射入磁場(chǎng)磁場(chǎng)H21H31He42帶電粒子做

6、圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法圓心的確定帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法圓心的確定（）已知入射方向和出射方向,可以通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直與入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心V V0 0P PM MO OV V帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法圓心的確定（）已知入射方向和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心V VP PM MO O半徑的確定和計(jì)算 利用平面幾何的關(guān)系，求出該圓的可能半徑（或圓心角），并注意以下兩個(gè)重要的幾何特點(diǎn)：粒子速度的偏向角等與圓心角，并等于AB弦與切線的夾角（弦切角）的倍即=2=t(偏向角

7、）偏向角）vvO運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定 利用偏轉(zhuǎn)角（即圓心角）與弦切角的關(guān)系，或者利用四邊形的內(nèi)角和等與360計(jì)算出圓心角的大小,由公式 t=T/ 360可求出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間注意圓周運(yùn)動(dòng)中的有關(guān)對(duì)稱規(guī)律 如從同一邊界射入的粒子,從同一邊界射出時(shí),速度與邊界的夾角相等,在圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解問題 帶電粒子的電性不確定形成多解 受洛侖茲力作用的帶電粒子,可能帶正電荷,也可能帶負(fù)電荷,在相同的初速度下,正、負(fù)粒子在磁場(chǎng)中的軌跡不同，導(dǎo)致形成雙解。帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解問題 臨界狀態(tài)不唯一形成多解 帶電粒子在洛侖茲力作用下飛越有界磁場(chǎng)時(shí)，由于粒

8、子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧狀，因此它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過180從有界磁場(chǎng)的這邊反向飛出，形成多解帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解問題 運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性形成多解 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于某些因素的變化，例如磁場(chǎng)的方向反向或者速度方向突然反向，往往運(yùn)動(dòng)具有反復(fù)性，因而形成多解。例題一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子的一段徑跡如圖4所示，徑跡上的每一小段可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減?。◣щ娏坎蛔儯膱D中可以確定 A.粒子從a到b，帶正電 B粒子從b到a，帶正電 C粒子從a到b，帶負(fù)電 D粒子從b到a，帶負(fù)電 例題 如圖所示，abcd為絕緣擋板圍成的正方形區(qū)域，

9、其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)正、負(fù)電子分別從ab擋板中點(diǎn)K，沿垂直擋板ab方向射入場(chǎng)中，其質(zhì)量為m，電量為e若從d、P兩點(diǎn)都有粒子射出，則正、負(fù)電子的入射速度分別為多少？（其中bP=L/4） 例題 如圖所示，為一有圓形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，一束質(zhì)子流以不同速率由圓周上同一點(diǎn)沿半徑方向射入磁場(chǎng)，則質(zhì)子在磁場(chǎng)中 A. 路程長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) B. 速率大的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) C. 速度偏轉(zhuǎn)角大的運(yùn)動(dòng)時(shí) 間長(zhǎng) D. 運(yùn)動(dòng)時(shí)間有可能無限長(zhǎng) （設(shè)質(zhì)子不受其它力） 思路分析與解答：粒子只受洛侖茲力，且速度與磁場(chǎng)垂直，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。周期T=2m/qB與速度無關(guān)

10、，但這并不能保證本例中的粒子在同一磁場(chǎng)區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，因?yàn)榱Ｗ釉陬}設(shè)磁場(chǎng)區(qū)內(nèi)做了一段不完整的圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)速度偏轉(zhuǎn)角（入射速度與出射速度之間的夾角）為，則由角速度定義 =/t 可知：以速度v入射的粒子在磁場(chǎng)區(qū)飛行時(shí)間 t=/ 而=v/R，R=mv/qB，則有 t=m/qB。粒子m/q一定，磁場(chǎng)一定，偏轉(zhuǎn)角越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)。速度大，軌道半徑大，偏轉(zhuǎn)角小，盡管軌道較長(zhǎng)但飛行時(shí)間短。本題C正確例題 如圖所示，在y0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感強(qiáng)度為B.一帶正電的粒子以速度v0從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)，入射方向在xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為，若粒子射出磁場(chǎng)的位置與O點(diǎn)的距離為l，求該粒子的電量和質(zhì)量之 比. lBvmq sin20 例題 圖為電視機(jī)中顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖，它由繞在磁環(huán)上的兩個(gè)相同的線圈串聯(lián)而成，線圈中通有方向如圖所示的電流，當(dāng)電子束從紙里經(jīng)磁環(huán)中心向紙外射出時(shí)，它將：（）A向上偏轉(zhuǎn) B向下偏轉(zhuǎn) C向左偏轉(zhuǎn) D向右偏轉(zhuǎn)例題 截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在圖所示的磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體中通有圖示方向電流時(shí)，導(dǎo)體上、下表面的電勢(shì)、之間有：（） ABC D無法判斷NMUUNMUUNMUU 在真空中，半徑為r=310-2m的圓形區(qū)域內(nèi)，有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)