磁場對運動電荷的作用力課件

1、磁場對運動電荷磁場對運動電荷的作用力的作用力復習知識: 1.帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的計算公式？ 帶電粒子運動方向垂直于磁場方向，f=qvB，該公式的設用條件是V與B相互垂直,帶電粒子運動方向平行于磁場方向，f=0。 2.帶電粒子進入磁場時所受的洛倫茲力的方向？顯象管的工作原理 問題討論：帶電粒子在勻強磁場中的運動1、帶電粒子的軌跡在哪個方位？、帶電粒子的軌跡在哪個方位？ 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軌跡平面與磁場垂直因為帶電粒子的初速度和所受洛倫茲力的方向都在跟磁場方向垂直的平面內，沒有任何作用使粒子離開這

2、個平面速度大小不變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直,所以洛倫茲力不對粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向時刻改變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直，所以速度方向改變受力大小不變因為速度大小不變,所以洛倫茲力大小也不變受力方向時刻改變因為速度方向改變，所以洛倫茲力方向也改變軌跡形狀圓因為帶電粒子受到一個大小不變，方向總與粒子運動方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運動，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。兩個平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強磁場兩個平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強磁場結論：結

3、論：帶電粒子帶電粒子垂直垂直進入磁場中，粒子在進入磁場中，粒子在垂直垂直磁場方向的平磁場方向的平面內做面內做勻速圓周運動勻速圓周運動，此洛倫茲力不做功。，此洛倫茲力不做功。問題：問題：一帶電量為一帶電量為q，質量為，質量為m，速度為，速度為v的帶電粒子垂直的帶電粒子垂直進入磁感應強度為進入磁感應強度為B的勻強磁場中，其半徑的勻強磁場中，其半徑r和周期和周期T為多大？為多大？實驗現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用實驗現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強磁場，電子的時，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強磁場，電子的徑跡變彎曲成圓形。徑跡變彎曲成圓

4、形。推導推導:粒子做勻速圓周運動所需的向心力粒子做勻速圓周運動所需的向心力 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動速率成正比。、軌道半徑和粒子的運動速率成正比。2、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期和運動速率無關。、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期和運動速率無關。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邊界自磁場邊界自O O點射入勻強磁場中后分成了點射入勻強磁場中后分成了3 3束，其運束，其運動軌跡如圖，粒子

5、運動方向與磁場方向垂直，不計動軌跡如圖，粒子運動方向與磁場方向垂直，不計粒子的重力作用，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 = =電荷的勻強磁場中的三種運動形式 例題氘核氘核( )、氚核、氚核( )、氦核、氦核( )都垂直磁場方向入射同一勻強磁場，都垂直磁場方向入射同一勻強磁場，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；（速率射入磁場；（2）以相同動能射入）以相同動能射入磁場磁場H21H31He42帶電粒子做

6、圓周運動的分析方法圓心的確定帶電粒子做圓周運動的分析方法圓心的確定（）已知入射方向和出射方向,可以通過入射點和出射點分別作垂直與入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心V V0 0P PM MO OV V帶電粒子做圓周運動的分析方法圓心的確定（）已知入射方向和出射點的位置時，可以通過入射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心V VP PM MO O半徑的確定和計算 利用平面幾何的關系，求出該圓的可能半徑（或圓心角），并注意以下兩個重要的幾何特點：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運動時間的確定 利用偏轉角（即圓心角）與弦切角的關系，或者利用四邊形的內角和等與360計算出圓心角的大小,由公式 t=T/ 360可求出粒子在磁場中運動的時間注意圓周運動中的有關對稱規(guī)律 如從同一邊界射入的粒子,從同一邊界射出時,速度與邊界的夾角相等,在圓形磁場區(qū)域內,沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出.帶電粒子在磁場中運動的多解問題 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,也可能帶負電荷,在相同的初速度下,正、負粒子在磁場中的軌跡不同，導致形成雙解。帶電粒子在磁場中運動的多解問題 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時，由于粒

8、子的運動軌跡是圓弧狀，因此它可能穿過去了，也可能轉過180從有界磁場的這邊反向飛出，形成多解帶電粒子在磁場中運動的多解問題 運動的重復性形成多解 帶電粒子在磁場中運動時，由于某些因素的變化，例如磁場的方向反向或者速度方向突然反向，往往運動具有反復性，因而形成多解。例題一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場，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，粒子的能量逐漸減小（帶電量不變）從圖中可以確定 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，帶負電 D粒子從b到a，帶負電 例題 如圖所示，abcd為絕緣擋板圍成的正方形區(qū)域，

9、其邊長為L，在這個區(qū)域內存在著磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強磁場正、負電子分別從ab擋板中點K，沿垂直擋板ab方向射入場中，其質量為m，電量為e若從d、P兩點都有粒子射出，則正、負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磁場區(qū)域，一束質子流以不同速率由圓周上同一點沿半徑方向射入磁場，則質子在磁場中 A. 路程長的運動時間長 B. 速率大的運動時間長 C. 速度偏轉角大的運動時 間長 D. 運動時間有可能無限長 （設質子不受其它力） 思路分析與解答：粒子只受洛侖茲力，且速度與磁場垂直，粒子在磁場中做勻速圓周運動。周期T=2m/qB與速度無關

10、，但這并不能保證本例中的粒子在同一磁場區(qū)內運動時間相同，因為粒子在題設磁場區(qū)內做了一段不完整的圓周運動。設速度偏轉角（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入射的粒子在磁場區(qū)飛行時間 t=/ 而=v/R，R=mv/qB，則有 t=m/qB。粒子m/q一定，磁場一定，偏轉角越大，運動時間越長。速度大，軌道半徑大，偏轉角小，盡管軌道較長但飛行時間短。本題C正確例題 如圖所示，在y0的區(qū)域內存在勻強磁場，磁場方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感強度為B.一帶正電的粒子以速度v0從O點射入磁場，入射方向在xy平面內，與x軸正向的夾角為，若粒子射出磁場的位置與O點的距離為l，求該粒子的電量和質量之 比. lBvmq sin20 例題 圖為電視機中顯像管的偏轉線圈示意圖，它由繞在磁環(huán)上的兩個相同的線圈串聯(lián)而成，線圈中通有方向如圖所示的電流，當電子束從紙里經(jīng)磁環(huán)中心向紙外射出時，它將：（）A向上偏轉 B向下偏轉 C向左偏轉 D向右偏轉例題 截面為矩形的金屬導體，放在圖所示的磁場中，當導體中通有圖示方向電流時，導體上、下表面的電勢、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，有一勻強磁場，磁場