高二物理課件人教選修三 帶電粒子在勻強磁場中的運動1

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歡迎進入物理課堂 第 課時 3 某些帶電體是否考慮重力 要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定 磁場中的帶電粒子一般可分為兩類 1 帶電的基本粒子 如電子 質(zhì)子 粒子 正負離子等 這些粒子所受重力和洛侖磁力相比在小得多 除非有說明或明確的暗示以外 一般都不考慮重力 但并不能忽略質(zhì)量 2 帶電微粒 如帶電小球 液滴 塵埃等 除非有說明或明確的暗示以外 一般都考慮重力 判斷下圖中帶電粒子 電量q 重力不計 所受洛倫茲力的大小和方向 一 運動形式 1 勻速直線運動 2 如果帶電粒子射入勻強磁場時 初速度方向與磁場方向垂直 粒子僅在洛倫茲力的作用下將作什么運動 1 圓周運動的半徑 2 圓周運動的周期 思考 周期與速度 半徑什么關系 粒子運動方向與磁場有一夾角 大于0度小于90度 軌跡為螺線 帶電粒子在磁場中運動情況研究 1 找圓心 方法2 定半徑 3 確定運動時間 注意 用弧度表示 例 垂直紙面向外的勻強磁場僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi) 磁感應強度為B 一個質(zhì)量為m 電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場邊界方向從 點垂直飛入磁場區(qū) 如圖所示 當它飛離磁場區(qū)時 運動方向偏轉(zhuǎn) 角 試求粒子的運動速度v以及在磁場中運動的時間t 例題一個質(zhì)量為m 電荷量為q的粒子 從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場 其初速度幾乎為零 然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中 最后打到照相底片D上 1 求粒子進入磁場時的速率 2 求粒子在磁場中運動的軌道半徑 質(zhì)譜儀 通過測出粒子圓周運動的半徑 計算粒子的比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器 練習2氘核和 粒子 從靜止開始經(jīng)相同電場加速后 垂直進入同一勻強磁場作圓周運動 則這兩個粒子的動能之比為多少 軌道半徑之比為多少 周期之比為多少 練習1 如圖 一束具有各種速率的帶正一個元電荷的兩種銅離子質(zhì)量分別為m1和m2 水平地經(jīng)小孔S進入有互相垂直的勻強電場和勻強磁場的區(qū)域 其中磁場 電場方向如圖 只有那些路徑不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子才能通過另一小孔進入勻強磁場中 此后兩種離子將沿不同路徑做圓周運動 到達底片P時兩離子間距為d 求此d值 已知 E 1 00 105V mB 0 40TB 0 50Tm1 63 1 66 10 27kgm2 65 1 66 10 27kg 2 如圖所示 在半徑為R的圓的范圍內(nèi) 有勻強磁場 方向垂直圓所在平面向里 一帶負電的質(zhì)量為m電量為q粒子 從A點沿半徑AO的方向射入 并從C點射出磁場 AOC 120o 則此粒子在磁場中運行的時間t 不計重力 1 如圖所示 一束電子 電量為e 以速度V垂直射入磁感應強度為B 寬度為d的勻強磁場 穿透磁場時的速度與電子原來的入射方向的夾角為300 求 1 電子的質(zhì)量m 2 電子在磁場中的運動時間t 練習教材P102頁第1 2 3 第 課時 1 圓周運動的半徑 2 圓周運動的周期 思考 周期與速度 半徑什么關系 復習回顧 例1 如圖所示 一束電子 電量為e 以速度V垂直射入磁感應強度為B 寬度為d的勻強磁場 穿透磁場時的速度與電子原來的入射方向的夾角為300 求 1 電子的質(zhì)量m 2 電子在磁場中的運動時間t 提示 關鍵是畫出勻速圓周運動的軌跡 利用幾何知識找出圓心及相應的半徑 從而找到圓弧所對應的圓心角 2dBe v d 3v 帶電粒子在磁場中運動情況研究 1 找圓心 方法2 定半徑 3 確定運動時間 注意 用弧度表示 直線加速器 粒子在每個加速電場中的運動時間相等 因為交變電壓的變化周期相同 回旋加速器 2 回旋加速器 回旋加速器 兩D形盒中有勻強磁場無電場 盒間縫隙有交變電場 電場使粒子加速 磁場使粒子回旋 粒子回旋的周期不隨半徑改變 讓電場方向變化的周期與粒子回旋的周期一致 從而保證粒子始終被加速 練習 回旋加速器中磁場的磁感應強度為B D形盒的直徑為d 用該回旋加速器加速質(zhì)量為m 電量為q的粒子 設粒子加速前的初速度為零 求 1 粒子的回轉(zhuǎn)周期是多大 2 高頻電極的周期為多大 3 粒子的最大速度最大動能各是多大 4 粒子在同一個D形盒中相鄰兩條軌道半徑之比 在磁場中做圓周運動 周期不變每一個周期加速兩次電場的周期與粒子在磁場中做圓周運動周期相同電場一個周期中方向變化兩次粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定電場加速過程中 時間極短 可忽略 結(jié)論 關于回旋加速器的工作原理 下列說法正確的是 A 霍爾效應 I neSv nedhv eU h evB U IB ned kIB d k是霍爾系數(shù) 練習 2000理科綜合 如圖所示 厚度為h 寬度為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中 當電流通過導體板時 在導體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A 之間會產(chǎn)生電勢差 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應 實驗表明 當磁場不太強時 電勢差U 電流I和B的關系為U kIB d式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù) 霍爾效應可解釋如下 外部磁場的洛侖茲力使運動的電子聚集在導體板的一側(cè) 在導體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷 從而形成橫向電場 橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力 當靜電力與洛侖茲力達到平衡時 導體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差 設電流I是電子的定向流動形成的 電子的平均定向速度為v 電量為e 回答下列問題 1 達到穩(wěn)定狀態(tài)時 導體板上側(cè)面A的電勢下側(cè)面A 的電勢 填 高于 低于或等于 2 電子所受的洛侖茲力的大小為 3 當導體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時 電子所受靜電力的大小為 4 由靜電力和洛侖茲力平衡的條件 證明霍爾系數(shù)為k 1 ne其中n代表導體板單位體積中電子的個數(shù) 導學P98頁第21題 第 課時 帶電粒子在無界勻強磁場中的運動 F洛 0勻速直線運動 F洛 Bqv勻速圓周運動 F洛 Bqv 等距螺旋 0 90 在只有洛侖茲力的作用下 帶電粒子在磁場中運動情況研究 1 找圓心 方法2 定半徑 3 確定運動時間 注意 用弧度表示 1 物理方法 作出帶電粒子在磁場中兩個位置所受洛侖茲力 沿其方向延長線的交點確定圓心 從而確定其運動軌跡 2 物理和幾何方法 作出帶電粒子在磁場中某個位置所受洛侖茲力 沿其方向的延長線與圓周上兩點連線的中垂線的交點確定圓心 從而確定其運動軌跡 3 幾何方法 圓周上任意兩點連線的中垂線過圓心 圓周上兩條切線夾角的平分線過圓心 過切點作切線的垂線過圓心 1 如圖 虛線上方存在無窮大的磁場 一帶正電的粒子質(zhì)量m 電量q 若它以速度v沿與虛線成300 600 900 1200 1500 1800角分別射入 請你作出上述幾種情況下粒子的軌跡 并求其在磁場中運動的時間 有界磁場問題 入射角300時 入射角1500時 粒子在磁場中做圓周運動的對稱規(guī)律 從同一直線邊界射入的粒子 從同一邊界射出時 速度與邊界的夾角相等 1 兩個對稱規(guī)律 臨界問題 例 長為L的水平極板間 有垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場 如圖所示 磁感強度為B 板間距離也為L 板不帶電 現(xiàn)有質(zhì)量為m 電量為q的帶正電粒子 不計重力 從左邊極板間中點處垂直磁感線以速度v水平射入磁場 欲使粒子不打在極板上 可采用的辦法是 A 使粒子的速度v5BqL 4mC 使粒子的速度v BqL mD 使粒子速度BqL 4m v 5BqL 4m 例題講解 練習 如圖所示 在半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi) 有一個勻強磁場 一帶電粒子以速度v0從M點沿半徑方向射入磁場區(qū) 并由N點射出 O點為圓心 MON 120 求粒子在磁場區(qū)的偏轉(zhuǎn)半徑R及在磁場區(qū)中的運動時間 粒子重力不計 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全