第3节洛伦兹力的应用
第3节 洛伦兹力的应用
回旋加速器的原理
U
EK=mv2/2=qU
了解劳伦斯
劳伦斯(Ernest Orlando Rawrence)是美国
著名物理学家、回旋加速器的发明者
回旋加速器的原理(美国劳伦斯)
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。
带电粒子做匀速圆周运动的条件
1、匀强速圆周运动各物理量 V2 ①向心力: f=BqV=m R mv (与m、v成正比,与 ②轨道半径:R= Bq B、q成反比) 2πR = 2πm (与m成正比,与v无 ③周期:T= V Bq 关,与B、q成反比) Bq ④频率:f=1/T=2πm 2π = Bq ⑤角速度:ω= T m
复习
1、洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力 安培力是洛伦兹力的宏观表现 2、洛伦兹力的方向:左手定则 f洛⊥ v f洛⊥ B 3、洛伦兹力大小: f洛=Bqvsinθ V∥B f 洛= 0 带电粒子做匀速直线运动 V⊥B f洛=BqV 带电粒子做匀速圆周运动
4、特点:洛伦兹力只改变力的方向,不改变 力的大小,洛伦兹力对运动电荷不做功
练一练
1、电子、质子、氘核、氚核以同样的速度垂直 射入同一匀强磁场做匀速圆周运动,其中轨道半 径最大的是(D) A.电子 B.质子 C.氘核 D.氚核
mv 分析:根据 r ,由于四个粒子的电量 Bq
是相等的,而氚核的质量最大,所以半径 最大。
2、同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁 场中,其运动轨迹如图所示,则可知
(1)带电粒子进入磁场的速度值有几个?3个
(2)这些速度的大小关系为 V3>V2>V1 .
洛伦兹力的应用课件 高二物理(鲁科版2019选择性必修第二册)(共23张PPT)
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
[解析] 质谱仪是分析同位素的重要工具,A正确;
带电粒子在速度选择器中沿直线运动时,所受电场力和
粒子做匀速直线运动
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
6.磁流体发电机
等离子体射入,受洛伦
兹力偏转,使两极板带
电,板间电压为U,稳
定时 = , =
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
尔效应
平衡时,电场力等于洛伦
兹力(金属中能移动的自由
电荷为电子,带负电)
= = → = ℎ
盒中心的A点静止释放一质量为m、电荷量为q的带电粒子,
调整加速电场的频率,使粒子每次在电场中始终被加速,
最后在左侧D形盒边缘被特殊装置引出。不计带电粒子的重
力。求:
(1)粒子获得的最大动能Ekm;
例题 回旋加速器是加速带电粒子的装置,如图所示。设匀
强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于半径为R的D形盒,狭
)
A.M处的电势高于N处的电势
B.增大M、N之间的加速电压可使P点左移
C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可
使P点左移 D
解析:电子在电场中加速运动,
电场力的方向和运动方向相同,
而电子所受电场力的方向与电场
的方向相反,所以M处的电势
低于N处的电势,A错误;
高中物理课件第3章 第3节 洛伦兹力的应用
2.原理 正、负离子被极板吸收后,接收正离子的极板 B 带正电,接收负离子的极板 A 带负电,两极板间产生了电场,电场的出现阻碍了离子的进一步偏转,此后的离 子受到两个力的作用:电场力和洛伦兹力,当这两个力平衡时,离子不再偏转, 极板间的电压达到稳定. 3.电压 设带电粒子的运动速度为 v,带电荷量为 q,磁场的磁感应强度为 B,极板间 距离为 d,极板间电压为 U,据 FB=Fe,有 qvB=qE=qdU,得 U=Bdv.
【答案】 D
这是一道联系实际的问题,要明确发电机的工作原理,综合运动学的知识, 利用共点力的平衡进行求解.解决此类复合场问题时,正确地对物体进行受力分 析是关键.
1.目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,如图 3-3-4 所示它的 发电原理:将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的微 粒,而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场,磁场中有两块金属板 A、B, 这时金属板上就聚集了电荷.在磁极配置如图中所示的情况下,下述说法正确的 是( )
如图 3-3-3 是汽车尾气磁流体发电的原理示意图,金属板 M、N 正对 着平行放置,且板面垂直于纸面,在两板之间接有电阻 R.极板间的磁场方向垂直 纸面向里,等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入板间,下列 表述正确的是( )
图 3-3-3
A.M 板的电势低于 N 极,通过电阻 R 的电流向上 B.M 板的电势低于 N 板,通过电阻 R 的电流向下 C.M 板的电势高于 N 板,通过电阻 R 的电流向上 D.M 板的电势高于 N 板,通过电阻 R 的电流向下
【审题指导】 (1)根据左手定则确定正、负离子偏转的方向,从而确定金属 板电势的高低.
(2)根据金属板电势的高低判断流过电阻 R 的电流方向.
第3节 洛伦兹力的应用
第6章 磁场对电流和运动电荷的作用
命题视角 2 带电粒子在有界磁场中的运动 (2016·高考全国卷Ⅲ)平面 OM 和
平面 ON 之间的夹角为 30°,其横截面(纸 面)如图所示,平面 OM 上方存在匀强磁 场,磁感应强度大小为 B,方向垂直于纸面向外.一带电粒子 的质量为 m,电荷量为 q(q>0).粒子沿纸面以大小为 v 的速度 从 OM 的某点向左上方射入磁场,速度与 OM 成 30°角.已知 该粒子在磁场中的运动轨迹与 ON 只有一个交点,并从 OM 上
栏目 导引
第6章 磁场对电流和运动电荷的作用
命题视角 1 洛伦兹力作用下圆周运动的特点 (高考全国卷Ⅰ)两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小
不同、方向平行.一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒 子(不计重力),从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的 () A.轨道半径减小,角速度增大 B.轨道半径减小,角速度减小 C.轨道半径增大,角速度增大 D.轨道半径增大,角速度减小
第6章 磁场对电流和运动电荷的作用
第 3 节 洛伦兹力的应用
第6章 磁场对电流和运动电荷的作用
1.理解洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小, 对带电粒子不做功. 2.知道垂直射入匀强磁场的带电粒子将做 匀速圆周运动. 3.会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运 动的半径和周期公式,并会应用它们解决问题. 4.知道质谱 仪、回旋加速器的基本构造和原理.
栏目 导引
第6章 磁场对电流和运动电荷的作用
[解题探究] (1)带电粒子进入较弱磁场区域后速度大小是否改 变? (2)带电粒子在匀强磁场中轨道半径、角速度和什么因素有关? [解析] 因洛伦兹力不做功,故带电粒子从较强磁场区域进入到 较弱的磁场区域后,其速度大小不变,由 r=mqBv知,轨道半径 增大;由角速度 ω=vr知,角速度减小,选项 D 正确. [答案] D
洛仑兹力的应用1圆周运动
2、半径的确定和计算: 、半径的确定和计算: 利用平面几何关系, 利用平面几何关系,求出该圆的可能 半径 3、粒子在磁场中运动时间的确定 、 粒子在磁场中运动一周的时间为T, 粒子在磁场中运动一周的时间为 , 当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时 当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为 时, t=T×α/2π 其运动时间 = × /
第三节 洛仑兹力的应用(1) 洛仑兹力的应用(
——带电粒子在磁场中的运动 带电粒子在磁场中的运动
一、带电粒子在磁场中运动轨迹
带电粒子在磁场中的运动不计重力(如 电子、 带电粒子在磁场中的运动不计重力 如:电子、 质子、 粒子 离子等)磁场为匀强磁场。 粒子、 质子、α粒子、离子等)磁场为匀强磁场。 (1)初速度 与磁场平行,洛伦兹力 洛伦兹力F= (1)初速度υο与磁场平行 洛伦兹力 =0, 初速度 粒子将沿初速度υ 粒子将沿初速度 ο 方向作匀速直线运动
2、如图示,一束带电粒子(带电量为e)以 、如图示,一束带电粒子(带电量为 ) 速度υ 垂直射入磁感应强度为B,宽度为L的 速度 o垂直射入磁感应强度为 ,宽度为 的 匀强磁场中, 匀强磁场中,穿过磁场时速度方向与入射时 速度方向的夹角是30O,则电子质量是______ 速度方向的夹角是 则电子质量是 穿过磁场所需时间是______。 穿过磁场所需时间是 。
洛伦兹力不做功,故粒子速度大小不变但方向时刻改变。 洛伦兹力不做功,故粒子速度大小不变但方向时刻改变。 粒子的初速度和它所受的洛伦兹力都在跟磁场方向 垂直的平面 没有任何作用使它离开这个平面, 内,没有任何作用使它离开这个平面,所以粒子只能在这个平面 内运动。 内运动。
B
V
二、轨道半径和周期
如图示,电子以速度 垂直磁场方向入射 垂直磁场方向入射, 如图示,电子以速度υ垂直磁场方向入射,在匀强磁场 中做匀速圆周运动,设电子质量为m,电量为q, 中做匀速圆周运动,设电子质量为 ,电量为 ,由于洛伦 兹力提供向心力, 兹力提供向心力,则有 qυB=mυ2/r x x x r
6.3洛伦兹力的应用(两课时)
进一步做实验:确定比荷(q/m)
D
.qV-B. -. -. -. -. -.E- .- .
.. ..
qE+
V..
+
.
.
+
.
.
+
.
.
+
.
.
+
.. . B.
++
C
速度选择器
设粒子质量为m,带电荷为q,受到磁场力和电场力的作用, 个 向 上 的 电这 场时 , 飞 过 来 的 阴 极线 射粒 子 会 受 到 电 场 力这 ,个 电 场 力 向 哪 个 方?(向向 下 , 因 为 负 电 荷力 受与 电 场 强 度 方 向 相, 反动 画 ) 如果不发生偏转,则受力平衡:
qvB qE
v E B
进一步做实验:确定比荷(q/m)
汤姆孙实验装置示意图
3可.测由量于的金,属所板D以1、两D板2间间的的距电离场d强是度已E知也的是,已两知板量间。的磁电感压应U强是
度B可以由电流的大小算出,同样按已知量处理。
EU d
进一步做实验:确定比荷(q/m)
汤姆孙实验装置示意图
3.回旋加速器
构造 回旋加速器主要由D形盒、强电磁铁、交变电
源、粒子源、引出装置等组成.
3.回旋加速器
基本原理
(1)电场的作用:带电粒子经过该区域时被加速. (2)磁场的作用:带电粒子在磁场区域做匀速圆周运动. (3)交变电压:保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速。
B
U ~
3.回旋加速器
基本原理
特点:m与x一一对应;m越大,x越大
三、加速器
加速器是使带电粒子获得高能量的设备。科学家在探索 物质的微观结构时,通常要用很高能量的带电粒子去轰击各 种原子核,以观察它们的变化,所以早期的加速器又被称为 “原子击碎机”。
洛伦兹力的应用
B +
E
7、如图所示,在x轴的上方有垂直于 平面向里 、如图所示, 轴的上方有垂直于xy平面向里 轴的上方有垂直于 的匀强磁场,磁感应强度为B; 的匀强磁场,磁感应强度为 ;在x轴下方由沿 轴下方由沿 Y轴负向的匀强电场,场强为 。一质量为 、 轴负向的匀强电场, 轴负向的匀强电场 场强为E。一质量为m、 带电量为-q的带电粒子从坐标原点 沿着y轴正 的带电粒子从坐标原点O沿着 带电量为 的带电粒子从坐标原点 沿着 轴正 向射出,射出之后,第三次到达x轴时 轴时, 向射出,射出之后,第三次到达 轴时,它与原 点的距离为L,求此粒子射出时的速度v和运动 点的距离为 ,求此粒子射出时的速度 和运动 Y 的总路程S 的总路程
它们的动能 动能一定各不相同 A. 它们的动能一定各不相同 它们的电量 电量一定各不相同 B. 它们的电量一定各不相同 C. 它们的质量一定各不相同 它们的质量一定各不相同 质量 它们的荷质比 荷质比一定各不相同 D. 它们的荷质比一定各不相同
2. 如图所示 , 一带电粒子 由静止开始 经电 . 如图所示, 一带电粒子由静止开始 由静止开始经电 加速后, 压U加速后,从O孔进入垂直纸面向里的匀强 加速后 孔进入垂直纸面向里的匀强 磁场中,并打在了P点 测得OP=L,磁场的 磁场中,并打在了 点。测得 , 磁感应强度为B,则带电粒子的荷质比 q/m= 不计重力) 。(不计重力) B
B -q O E v X
L
磁流体发动机
• 如图所示,假设极板间距离为d,磁感应强 如图所示,假设极板间距离为 , 度为B,正负离子电量为e,射入速度为v, 度为 ,正负离子电量为 ,射入速度为 , 外接电阻为R。则 外接电阻为 。 • (1)图中哪个板是正极板? )图中哪个板是正极板? • (2)发动机的电动势为多大? )发动机的电动势为多大?
同步练习:1.3洛伦兹力的应用(原卷版)
第3节洛伦兹力的应用1.磁偏转显像管是利用电子束受磁场作用力发生偏转的原理来实现的。
如果发现电视画面的幅度比正常的偏小,可能的原因是( )A.电子枪发射能力减弱,电子数减少B.加速电场的电压过低,电子速率偏小C.偏转线圈局部短路,线圈匝数减少D.偏转线圈电流过大,偏转磁场增强2.如图是磁偏转显像管的原理示意图。
以垂直纸面向里的磁场方向为正方向,下列变化的磁场能够使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点的是( )3.质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器,它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后,垂直进入同一匀强磁场做圆周运动,然后利用相关规律计算出带电粒子质量。
其工作原理如图所示。
虚线为某粒子运动轨迹,由图可知( )A.此粒子带负电B.下极板S2比上极板S1电势高C.若只减小加速电压U,则半径r变大D.若只减小入射粒子的质量,则半径r变小飘入(初速度几4.(多选)质量不同,带电量相同的粒子从容器A下方的小孔S1沿着垂直磁感应强度为B的匀强乎为零)电势差为U的加速电场,然后经过S2磁场的方向进入磁场中,偏转后打在照相底片D上,如图所示。
忽略运动过程中粒子之间的相互作用,下列说法正确的是( )A.这些粒子经过S时的动能相同2时的速率相同B.这些粒子经过S2C.这些粒子在磁场中运动的轨道半径与质量成正比D.这些粒子在磁场中运动的时间与质量成正比5.(多选)如图所示,回旋加速器D形盒的半径为R,用来加速质量为m,电荷量为q的质子,质子每次经过电场区时,都恰好在电压为U时被加速,且电场可视为匀强电场,使质子由静止加速到能量为E后,由A孔射出。
下列说法正确的是( )A.D形盒半径R、磁感应强度B不变,加速电压U越高,质子的能量E将越大B.磁感应强度B不变,若加速电压U不变,D形盒半径R越大,质子的能量E将越大C.D形盒半径R、磁感应强度B不变,加速电压U越高,质子在加速器中的运动时间将越长D.D形盒半径R、磁感应强度B不变,加速电压U越高,质子在加速器中的运动时间将越短6.(多选)回旋加速器原理如图所示,由两个铜质D 形盒D 1、D 2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )A.粒子从加速器的中心附近进入加速器B .粒子从加速器的边缘进入加速器C .粒子从磁场中获得能量D .粒子从电场中获得能量7.(多选)如图所示是医用回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D 形金属盒,两金属盒置于匀强磁场中,并分别与高频电源相连。
第6章:第3节:洛伦兹力的应用
第3节:洛伦兹力的应用一、带电粒子在磁场中的运动1.用洛伦兹力演示仪显示电子的运动轨迹 (1)当没有磁场作用时,电子的运动轨迹为 。
(2)当电子垂直射入匀强磁场中时,电子的运动轨迹为一个 ,所需要的向心力是由 提供的。
(3)当电子斜射入匀强磁场中时,电子的运动轨迹是一条 。
2.带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动 (1)运动性质: 圆周运动。
(2)向心力:由 提供。
(3)半径:r =m v Bq。
(4)周期:T =2πmBq,由周期公式可知带电粒子的运动周期与粒子的质量成正比,与电荷量和磁感应强度成反比,而与 和 无关。
二、回旋加速器和质谱仪 1.回旋加速器(1)主要构造:两个金属 ,两个大型电磁铁。
(2)工作原理(如图所示)①磁场作用:带电粒子 磁场方向射入磁场时,只在洛伦兹力作用下做 ,其周期与半径和速率无关。
②交变电压的作用:在两D 形盒狭缝间产生周期性变化的 ,使带电粒子每经过一次狭缝加速一次。
③交变电压的周期(或频率):与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期(或频率) 。
2.质谱仪(1)功能:分析各化学元素的 并测量其质量、含量。
(2)工作原理(如图所示)带电粒子在电场中加速: =12m v 2①带电粒子在磁场中偏转:x2= ②Bq v=m v2 r③由①②③得带电粒子的比荷:qm=8UB2x2。
由此可知,带电离子的比荷与偏转距离x的平方成,凡是比荷不相等的离子都被分开,并按的大小排列,故称之为。
1.自主思考——判一判(1)带电粒子进入磁场一定做匀速圆周运动。
()(2)匀强磁场中,同一带电粒子垂直磁场方向的速度越大,圆周运动半径越大。
()(3)匀强磁场中带电粒子垂直磁场方向的速度越大,粒子在磁场中做圆周运动的周期越小。
()(4)回旋加速器中的交流电源U越大,则粒子的最终速度越大。
()(5)回旋加速器中交变电压周期等于带电粒子在磁场中的运动周期。
()2.合作探究——议一议(1)在满足什么条件时,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动?(2)对交流电源的周期有什么要求?带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定?(3)为什么带电粒子加速后的最大动能与加速电压无关呢?解决带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的基本思路—找圆心→定半径→画轨迹(1)圆心的确定带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧,如何确定圆心是解决此类问题的前提,也是解题的关键。
3 第3节 洛伦兹力的应用
栏目 导引
第3章 打开电磁学的大门
1.图乙中的磁流体发电机的 A、B 两极板,哪一个是发电机 的正极? 提示:根据左手定则可知,B 板带正电.
栏目 导引
第3章 打开电磁学的大门
三、磁偏转与回旋加速器 1.回旋加速器构造:如图所示,D1,D2 是半圆金属扁盒,
丙 D 形盒的缝隙处接___交__流____电源.D 形盒处于匀强磁场中.
栏目 导引
第3章 打开电磁学的大门
2.回旋加速器原理:交流电周期和粒子做圆周运动的周期 ___相__同____,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过 D 形 盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次 一次地加速. 3.美国物理学家__劳__伦__斯___制造了第一台回旋加速器,获得 了 1939 年的诺贝尔物理学奖.
栏目 导引
第3章 打开电磁学的大门
2.1932 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理
如图所示,这台加速器由两个铜质 D 形盒 D1、D2 构成,其 间留有空隙,下列说法正确的是( )
①离子由加速器的中心附近进入加速器
②离子由加速器的边缘进入加速器
③离子从磁场中获得能量
④离子从电场中获得能量
栏目 导引
A.①③
B.①④
C.②③
D.②④
栏目 导引
第3章 打开电磁学的大门
解析:选 B.离子由加速器的中心附近进入加速器,从电场中 获取能量,最后从加速器边缘离开加速器,故①、④说法正 确,选项应选 B.
栏目 导引
第3章 打开电磁学的大门
栏目 导引
第3章 打开电磁学的大门
本部分内容讲解结束
按ESC键退出全屏播放
栏目 导引
2.交变电压的周期
6.3洛伦磁力的应用
圆心在过入射点 跟速度方向垂直 的直线上
d
c
o
圆心在磁场原边界上
①速度较小时粒子作半圆运动后 从原边界飞出;②速度在某一范 围内时从侧面边界飞出;③速度 较大时粒子作部分圆周运动从对 面边界飞出。
θv
a
B
b
①速度较小时粒子作部分圆周运动后
从原边界飞出;②速度在某一范围内
从侧面边界飞;③速度较大时粒子作
V0 V2 V4
V5 V1 V3
2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来是一个初速度为零的匀 加速直线运动。
3、对于同一回旋加速器,其粒子的回旋的最大半径是相同的。
由最大半径得:
R= mv qB
Ek
1 mv 2 2
B2q2R2 2m
回旋周数: n Ek 2qU
所需时间:t nT
回旋加速器.swf
正功使带电粒子的动能增加,qU=Ek.
2.直线加速器,多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图:
由动能定理得带电粒子经n极的电场加速 后增加的动能为:
Ek qU1 U2 U3 Un
3.直线加速器占有的空间范围大,在有限的空 间范围内制造直线加速器受到一定的限制.
(二)、回旋加速器
1、带电粒子在两D形盒中回旋 周期等于两盒狭缝之间高频电场 的变化周期,粒子每经过一个周 期,被电场加速二次。
r mv qB
T 2r 2m
v qB
注:粒子的运动周期与轨道半径和运动速率无关
【讨论与交流】
1、有磁场作用时,电子的运动轨迹是否可能为直线?
2、当外加一磁场,让电子不垂直射入磁场时,电子的运动 轨迹有什么变化?
2、磁场对带电粒子的作用力及运动情况分析
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
主体发展、合作探究课堂
教学暨教学年会物理学科
教学案
课题带电粒子在组合场中的运动
学校天津市二十一中学
年级高三年级
作课教师吕承光
高三一轮复习课:带电粒子在组合场中的运动
(一)课标要求
带电粒子在匀强电场中的运动Ⅱ
带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ
(二)教材分析
本节内容为人教版高中物理选修3-1电磁场部分知识,是高考中重
点考查和要求较高的内容。
(三)学情分析
学生通过对高二知识的学习已经基本掌握了带电粒子在电场或磁场中
的运动情况,由于处于高三一轮复习阶段,对于难度较大的问题研究
不够深入,不善于把握研究过程,对运动状态分析还不够熟练。
O
x
a b
(四) 教学模式 1. 引入问题
创设情境,提出问题;体验情景,明确问题 2. 合作探究 解决问题
分析条件→提出方案→利用工具→解决问题 3. 互动交流
归纳方法,总结规律;总结归纳,提升内化 4. 实践应用
内化方法,迁移应用;反馈纠偏,应用创造
(五) 教学重难点
带电粒子在组合场中的运动基本方法和思路及运动问题的求解
学习过程
合作探究解决问题 1、“带电粒子”与“电磁场”的模型特征 带电粒子在匀强电场中的运动情况: 带电粒子在匀强磁场中的运动情况:
例1 带电粒子以初速度v 0从a 点进入匀强磁场,
如图。
运动中经过b 点,oa=ob ,若撤去磁场加一个与y 轴平行的匀强电场,仍以v 0从a 点进入电场,粒子仍能通过b 点,那么电场强度E 与磁感强度B 之比E/B 为
· · · · · · ·
· B L
v
( )
A .v 0
B .1
C .2v 0
D .
2
v 学生活动 :选择研究对象 分析运动过程
引入问题 “带电粒子”在“组合场”中运动类别
重点解决 基于“按空间分布”的“E-B”组合
设计问题:
解决问题:
存在问题:
设计问题:
解决问题:
存在问题:
例2:(2017天津卷)平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第Ⅲ现象存在沿y轴负方向的匀强电场,如图所示。
一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍。
粒子从坐标原点O 离开电场进入电场,最终从x轴上的P点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。
不计粒子重力,为:
(1)粒子到达O点时速度的大小和方向;
(2)电场强度和磁感应强度的大小之比。
课后作业
例3如图所示,在坐标系xoy 的第一、第三象限内存在相同的匀强磁场,磁场方向垂直于xoy 面向里;第四象限内有沿y 轴正方向的匀强电场,电场强度大小为E . 一质量为、带电量为的粒子自y 轴的P 点沿x 轴正方向射入第四象限,经x 轴上的Q 点进入第一象限,随即撤去电场,以后仅保留磁场。
已知OP=d ,OQ=2d ,不计粒子重力。
(1)求粒子过Q 点时速度的大小和方向。
(2)若磁感应强度的大小为一定值B 0,粒子将以垂直y 轴的方向进入第二象限,求B 0;
(3)若磁感应强度的大小为另一确定值,经过一段时间后粒子将再
次经过Q 点,且速度与第一次过Q 点时相同,求该粒子相邻两次经过Q 点所用的时间。
其他组合场类型
(1)基于“按空间分布”的“E-E”组合
(2)基于“按空间分布”的“B-B”组合
总结归纳
带电粒子在组合场中运动的处理方法
不论带电粒子是先后在匀强电场和匀强磁场中运动,还是先后在匀强磁场和匀强电场中运动。
解决方法如下:
(1)分别研究带电粒子在不同场中的运动规律,在匀强磁场中做匀速圆周运动,在匀强电场中,若速度方向与电场方向在同一直线上,则做匀变速直线运动,若进入电场时的速度方向与电场方向垂直,则做类平抛运动。
根据不同的运动规律分别求解。
(2)带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系来处理。
m q
(3)注意分析磁场和电场边界处或交接点位置粒子速度的大小和方向,把粒子在两种不同场中的运动规律有机地联系起来。