带电粒子在有界匀强磁场中的运动归类

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带电粒子在有界匀强磁场中的运动

带电粒子在有界匀强磁场中的运动
息烽县第一中学物理组
廖红英
带电粒子在有界匀 强磁场中的运动
知识回顾
一、带电粒子在匀强磁场中运动形式
(1)V//B-------匀速直线运动 (2)V⊥B-------匀速圆周运动 (3)粒子运动方向与磁场有一夹角 (大于0度小于90度)-------轨迹为螺旋线
带电粒子在匀强磁场中 做匀速圆周运动,洛伦 兹力就是它做圆周运动 的向心力
(3)欲使粒子要打在极板上,
则粒子入射速度v应满足么条 件?
+q L
m
v
B
L
3、如图所示,在y<0的区域内存在匀强磁场,磁 场方向垂直纸面向外,磁感应强度为B。一个正电 子以速度v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θ。若正电子射出磁场的位置 与O点的距离为L,求:
(1)正电子在匀强磁场中作圆周 运动的圆心角为多少?
(2)正电子作圆周运动的 半径为多少?
(3)正电子的电量和质量之比为多少?
(4)正电子在匀强磁场中运动的时间是多少?
思考:如果是负电子,那么,两种情况下的时间 之比为多少?
4、如图所示在磁感应强度为B,半径为r的圆
形匀强磁场区 ,一质量为m,电荷量为q的
带电粒子从A点沿半径方向以速度ν
射入磁场中,从C点射出,求:
(1)此粒子在磁场中做圆周运
动的半径是多少?
B v
(2)此粒子的电荷q与质量 m 之比。
MP l
ON
2、长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如 图所示,磁场强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有 质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极 板间中点处垂直磁场以速度v平行极板射入磁场,求: (1)粒子刚好打在极板的左端点时的速度为多少? (2)粒子刚好打在极板上的右端点时的速度是多少?

带电粒子入射有界匀强磁场问题归类解析

带电粒子入射有界匀强磁场问题归类解析

‘ i
图5
、 ,

圆心在 ( , 处 , 后把 射入 的速 度 方 向绕 0点 顺 时 OR) 然
针旋转 , 动态圆的圆心也绕 0点旋转 , 如图 2 中虚线 所示 , 从中可看出 , 到 轴上最远 的离子是沿 z轴 射 负方 向射 出的离子 , 一2 一2 y 而射到 z轴上最远 R m
方 向进入 磁场 时 , 子在 MN 上方 粒

有 界 匀强磁 场在 直 角坐 标 系第一 、 象 限 内 二

例 1 如 图 l所 示 , z轴 上 在 方 ( 0 存 在 着 垂 直 于 纸 面 向 外 ≥ )
的匀 强磁 场 , 磁感 应强 度 为 B, 原 在
点 O有一个离子源, z轴上方的 向
维普资讯
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
带电粒子入射有界匀强磁j问题 类解析 5 i ;
王 远虎 江 苏盐城 高级教 师
有界匀强磁场是指 只在局部空 间存在着匀 强磁
场 . 电粒 子垂 直 磁 场 方 向从 磁 场 边 界 进 入 , 于磁 带 由 场 方 向不 同及 磁 场 区域边 界不 同 , 成 它 在磁 场 中运 造 动 的 圆弧轨 道各 有 不 同. 于 粒 子 射 入 的方 向任 意 , 由 形成 的粒子 运动 圆轨 迹是 动态 变 化 的 , 解决 这 类 问题 需 要将 动态 圆轨 迹进 行平 移来 确 定粒 子运 动 范 围. 此 类 习题 能较 好地 考 查 学 生 运 用 数 学 知 识 解 决 复 杂 的 动 态变 化 问题 的能 力 , 高 考命 题 热 点. 文 把 此 类 是 本 高考题 按 不 同有 界匀强 磁 场进 行分 类 拓 展 , 以期 帮助 读 者掌握 解决 此类 运 动 问题 的方法 .

带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动在带电粒子只受洛伦兹力作用、重力可以忽略的情况下,其在匀强磁场中有两种典型的运动:(1)若带电粒子的速度方向与磁场方向平行时,不受洛伦兹力,做匀速直线运动.(2)若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直,带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动,其运动所需的向心力即洛伦兹力.可见T与v及r无关,只与B及粒子的比荷有关.荷质比q/m相同的粒子在同样的匀强磁场中,T,f和ω相同.(3)圆心的确定.因为洛伦兹力f指向圆心,根据f⊥v,画出粒子运动轨迹上任意两点(一般是射入和出磁场的两点)的f的方向,其延长线的交点即为圆心.(4)半径的确定和计算.圆心找到以后,自然就有了半径(一般是利用粒子入、出磁场时的半径).半径的计算一般是利用几何知识,常用解三角形的方法及圆心角等于圆弧上弦切角的两倍等知识.(5)在磁场中运动时间的确定.利用圆心角与弦切角的关系,或者是四边形内角和等于360°计算出圆心角θ的大小,由公式t=θ/360°×T可求出运动时间.有时也用弧长与线速度的比.如图所示,注意到:①速度的偏向角ψ等于弧AB所对的圆心角θ.②偏向角ψ与弦切角α的关系为:ψ<180°,ψ=2α;ψ>180°,ψ=360°-2α;(6)注意圆周运动中有关对称规律如从同一直线边界射入的粒子,再从这一边射出时,速度与边界的夹角相等;在圆形磁场区域内,沿径向射入的粒子,必沿径向射出.确定粒子在磁场中运动圆心的方法①已知粒子运动轨迹上两点的速度方向,作这两速度方向的垂线,交点即为圆心。

②已知粒子入射点、入射方向及运动轨迹上的一条弦,作速度方向的垂线及弦的垂直平分线,交点即为圆心。

③已知粒子运动轨迹上的两条弦,作出两弦垂直平分线,交点即为圆心。

④已知粒子在磁场中的入射点、入射方向和出射方向(不一定在磁场中),延长(或反向延长)两速度方向所在直线使之成一夹角,作出这一夹角的角平分线,角平分线上到两直线距离等于半径的点即为圆心。

1.3带电粒子在匀强磁场中的运动

1.3带电粒子在匀强磁场中的运动
思路导引:
依据所给数据分别计算出带电粒子所受的重力和洛伦兹力,就可求出
所受重力与洛伦兹力之比。带电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力并做匀速圆
周运动,由此可以求出粒子运动的轨道半径及周期。
完全解答:
重力与洛伦兹力之比
(1)粒子所受的重力
G= mg = 1.67×10-27kg×9.8 N= 1.64×10-26N
匀强磁场中。求电子做匀速圆周运动的轨道半径和周期。
解:洛伦兹力提供向心力,首先列:
2
v
qvB m
r
2πr
T
v
mv
9.110 31 1.6 10 6
2



.
55

10
m
r
19
4
1.6 10 2 10
qB
2m
T
qB
2 9.110 31
7


5
.
6875






洛伦兹力提供向心力
v2
qvB m
r



圆周运动的半径
mv
r
qB
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的质量、速度成
正比,与电荷量、磁感应强度成反比。
观察带电粒子的运动径迹
洛伦兹力演示仪示意图
洛伦兹力演示仪
励磁线圈
玻璃泡
电子枪
加速极电压
励磁电流
选择档
选择档
电子枪可以发射电子束
玻璃泡内充有稀薄的气体,在电
2 m
T
eB
电子在矩形磁场中沿圆弧从
a点运动到c点的时间

t
T

带电粒子在有界磁场中运动分类

带电粒子在有界磁场中运动分类

带电粒子在有界磁场中运动分类1、带电粒子在半无界磁场中的运动例1、一个负离子,质量为m ,电量大小为q ,以速率V 垂直于屏S 经过小孔O 射入存在着匀强磁场的真空室中(如图1).磁感应强度B 的方向与离子的运动方向垂直,并垂直于图1中纸面向里.(1)求离子进入磁场后到达屏S 上时的位置与O 点的距离.(2)如果离子进入磁场后经过时间t 到达位置P ,证明:直线OP 与离子入射方向之间的夹角θ跟t 的关系是t m qB 2=θ。

2、带电粒子在圆形磁场中的运动例2、圆心为O 、半径为r 的圆形区域中有一个磁感强度为B 、方向为垂直于纸面向里的匀强磁场,与区域边缘的最短距离为L 的O '处有一竖直放置的荧屏MN ,今有一质量为m 的电子以速率v 从左侧沿OO'方向垂直射入磁场,越出磁场后打在荧光屏上之P 点,如图3所示,求O 'P 的长度和电子通过磁场所用的时间。

变式:如图所示,半径为r 的圆形空间内,存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子(不计重力),从A 点以速度v 0垂直磁场方向射入磁场中,并从B 点射出,∠AOB =120°,则该带电粒子在磁场中运动的时间为_______B3、带电粒子在长足够大的长方形磁场中的运动例3、如图5所示,一束电子(电量为e)以速度V垂直射入磁感强度为B,宽度为d的匀强磁场中,穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°,则电子的质量是,穿透磁场的时间是。

变式: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。

求匀强磁场的磁感应强度。

(已知电子的质量为m,电量为e)4、带电粒子在正方形磁场中的运动例4、长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图6(缺图)所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁感线以速度V水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是:A.使粒子的速度V<BqL/4m;B.使粒子的速度V>5BqL/4m;C.使粒子的速度V>BqL/m;D.使粒子速度BqL/4m<V<5BqL/4m。

带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒⼦在匀强磁场中的运动1.若v∥B,带电粒⼦不受洛伦兹⼒,在匀强磁场中做匀速直线运动.2.若v⊥B,带电粒⼦仅受洛伦兹⼒作⽤,在垂直于磁感线的平⾯内以⼊射速度v做匀速圆周运动.3.半径和周期公式:(v⊥B)【解题⽅法点拨】带电粒⼦在匀强磁场中的匀速圆周运动⼀、轨道圆的“三个确定”(1)如何确定“圆⼼”①由两点和两线确定圆⼼,画出带电粒⼦在匀强磁场中的运动轨迹.确定带电粒⼦运动轨迹上的两个特殊点(⼀般是射⼊和射出磁场时的两点),过这两点作带电粒⼦运动⽅向的垂线(这两垂线即为粒⼦在这两点所受洛伦兹⼒的⽅向),则两垂线的交点就是圆⼼,如图(a)所⽰.②若只已知过其中⼀个点的粒⼦运动⽅向,则除过已知运动⽅向的该点作垂线外,还要将这两点相连作弦,再作弦的中垂线,两垂线交点就是圆⼼,如图(b)所⽰.③若只已知⼀个点及运动⽅向,也知另外某时刻的速度⽅向,但不确定该速度⽅向所在的点,如图(c)所⽰,此时要将其中⼀速度的延长线与另⼀速度的反向延长线相交成⼀⾓(∠PAM),画出该⾓的⾓平分线,它与已知点的速度的垂线交于⼀点O,该点就是圆⼼.⼆、解题思路分析1.带电粒⼦在磁场中做匀速圆周运动的分析⽅法.2.带电粒⼦在有界匀强磁场中运动时的常见情形.3.带电粒⼦在有界磁场中的常⽤⼏何关系(1)四个点:分别是⼊射点、出射点、轨迹圆⼼和⼊射速度直线与出射速度直线的交点.(2)三个⾓:速度偏转⾓、圆⼼⾓、弦切⾓,其中偏转⾓等于圆⼼⾓,也等于弦切⾓的2倍.三、求解带电粒⼦在匀强磁场中运动的临界和极值问题的⽅法由于带电粒⼦往往是在有界磁场中运动,粒⼦在磁场中只运动⼀段圆弧就飞出磁场边界,其轨迹不是完整的圆,因此,此类问题往往要根据带电粒⼦运动的轨迹作相关图去寻找⼏何关系,分析临界条件,然后应⽤数学知识和相应物理规律分析求解.(1)两种思路①以定理、定律为依据,⾸先求出所研究问题的⼀般规律和⼀般解的形式,然后再分析、讨论临界条件下的特殊规律和特殊解;②直接分析、讨论临界状态,找出临界条件,从⽽通过临界条件求出临界值.(2)两种⽅法物理⽅法:①利⽤临界条件求极值;②利⽤问题的边界条件求极值;③利⽤⽮量图求极值.数学⽅法:①利⽤三⾓函数求极值;②利⽤⼆次⽅程的判别式求极值;③利⽤不等式的性质求极值;④利⽤图象法等.(3)从关键词中找突破⼝:许多临界问题,题⼲中常⽤“恰好”、“最⼤”、“⾄少”、“不相撞”、“不脱离”等词语对临界状态给以暗⽰.审题时,⼀定要抓住这些特定的词语挖掘其隐藏的规律,找出临界条件.。

带电粒子在复合场中的运动(归类解析与练习)

带电粒子在复合场中的运动(归类解析与练习)

带电粒子在复合场中的运动一 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动(1) 圆心的确定:带电粒子垂直进入磁场后,一定做圆周运动,其速度方向一定沿圆周的切线方向,因此圆心的位置必是两速度方向垂线的交点(或某一速度方向的垂线和圆周上两点连线中垂线的交点),如图所示(2) 运动半径大小的确定:一般先作入射点、出射点对应的半径,并作出相应的辅助三角形,然后利用三角函数求解半径的大小。

(3) 运动时间的确定:首先利用周期公式T=,求出运动周期T ,然后求出粒子运动的圆弧所对应的圆心角α,其运动时间t= T 。

(4) 圆心角的确定①带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向的夹角φ叫做偏向角。

偏向角等于圆心角即φ=α。

②某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍,即α=2备注:只有当带电粒子以垂直于磁场方向射入匀强磁场中时,带电粒子才能做匀速圆周运动,两个条件缺一不可。

例题1 如图所示,一束电子(电荷量为e )以速度v 垂直边界射入磁感应强度为B ,宽为d 的匀强磁场中,穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角为300。

求:(1)电子的质量;(2)电子穿过磁场所用的时间。

二 “磁偏转”与“电偏转”的区别“磁偏转”和“电偏转”是分别利用磁场和电场对运动电荷施加的洛伦兹力和电场力的作用,从而控制其运动备注:磁偏转中动能不变;电偏转中由于电场力做功,动能改变(常用动能定理)。

例题2 在如图所示宽度范围内,用场强为E的匀强电场可使初速度是v0的某种带正电粒子偏转θ角.在同样宽度范围内,若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场,使该粒子穿过该区域,并使偏转角也为θ(不计粒子的重力),问:(1)匀强磁场的磁感应强度是多大?(2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大?三质谱仪1 质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具2 质谱仪的工作原理:将质量数不等、电荷数相等的不同带电粒子,经同一电场加速后再经速度选择器进入同一磁场偏转,由于粒子质量不同导致轨道半径不同而达到分离不等质量粒子的目的。

1.3.2 专题 带电粒子在有界磁场中的运动 课件-2023年高二物理人教版(2019)

1.3.2 专题  带电粒子在有界磁场中的运动 课件-2023年高二物理人教版(2019)
②圆心角互补: 2θ+2 α= π,即θ+α= π/2
③半径关系:r=R/tanθ=Rtanα
④运动时间:t= 2θT/2 π= θT/ π
(2)不沿径向射入时,速度
o’
方向与对应点半径的夹角
相等(等角进出)
o

(3)非径向入射的距离和时间推论:
①若r 轨迹<R边界,当轨迹直径恰好是边界圆的一
条弦,此时出射点离入射点最远,且Xmax=2r,
角(弦切角)相等。若出射点到入射点之间距离为d,则
d=2R
1
t T
2
d=2Rsinθ

t
T

d=2Rsinθ

t T

【例1】水平直线MN上方有垂直纸面向里范围足够大的有界匀强磁场,磁感应强度为B,正、负电子同时从MN边界O点以与MN成45°角的相
同速率v射入该磁场区域(电子的质量为m,电荷量为e),正、负电子间的
射入筒内,射入时的运动方向与MN成30°角。当筒转过90°时,该粒
子恰好从小孔N飞出圆筒。不计重力。若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞,
则带电粒子的比荷为(
)
【变式训练】在真空中半径 r =3×10-2m的圆形区域内有一匀强磁场,磁场
的磁感应强度B=0.2 T,方向如图所示,一个带正电的粒子以v0=1×106 m/s
(3)到入射点最远距离:
①和边界相交时,离出射点最远距离是以出射点为端点的直径或半径。
②和边界相切时,离出射点最远的距离是以出射点和切点为端点的弦长。
【例1】(多选)如图所示,圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,三个
质量和电荷量相同的带电粒子a、b、c,以不同的速率对准圆心O沿着

带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒子在匀强磁场中的运动

A.带电粒子沿电场线方向射入,电场力对带电粒子不做功, 粒子动能不变 B.带电粒子沿垂直电场线方向射入,电场力一定对带电粒子 做正功,粒子动能增加
C.带电粒子沿磁感线方向射入,磁场力对带电粒子做正功,
粒子动能一定增加 D.不管带电粒子怎样射入磁场,磁场力对带电粒子都不做 功,粒子动能不变
4.一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强磁场中, 粒子某段轨迹如图所示,轨迹上的每一小段都可近似 看成是圆弧.由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量
y o
x
求周期方法。1)看条件是否 满足T=2πm/Bq。 由Bvq=mv 2 /r与T=2πR/v 得T=2πm/Bq 2)若不满足,则尝试 T=2πR/v
二.在条形磁场区中的运动 例题 一质子以某一速度v垂直射入宽度为d的匀强磁 场中,穿出磁场时速度方向与入射方向的夹角为 θ, 求周期,求时间
× × × × × ×
× × × × × × × × × ●× × ×
×
× ×
× × × × × ×
θ
R
×
A
B
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,磁感应强度为B, 一带正电的粒子以速度V0从O点射入磁场,入射方向 在xy平面内,与x轴正方向的夹角为θ,若粒子射出 磁场的位置与O点的距离为L,求周期,求时间
O
v2
A
2.已知一点速度方向和另一点位置
O
v1
弦的垂直平分线与一直径的交点为圆心
B
如图所示,在x轴上方有匀强磁场B,一个质 量为m,带电量为-q的的粒子,以速度v从A点 射入磁场,角已知,从B点射出。粒子重力不 计。画出圆心及轨迹
× × × × × × ×

带电粒子在磁场中的运动题型归类

带电粒子在磁场中的运动题型归类
qB
作出图示的二临界轨迹
,故电子击中档板的范围在P1P2间;对SP1弧由图知
OP1 (2L) 2 L2 3L
对SP2弧由图知
OP2 (4L) 2 L2 15 L
【总结】本题利用了动态园法寻找引起范围的“临界轨迹”及“临 半径R0”,然后利用粒子运动的实际轨道半径R与R0的大小关系 确定范围。
(1)若粒子带负电,它将从x轴上A点离开磁场,运动方向发生 的偏转角
A点与O点相距
若粒子带正电,它将从y轴上B点离开磁场,运动方向发生的偏转角 B点与O点相距
(2)若粒子带负电,它从O到A所用的时间为
若粒子带正电,它从O到B所用的时间为
【总结】受洛伦兹力作用的带电粒子,可能带正电荷,也可能 带负电荷,在相同的初速度下,正负粒子在磁场中运动轨迹不 同,导致形成双解。
图9-15
图9-16
【审题】若带电粒子带负电,进入磁场后做匀速圆周运动,圆 心为O1,粒子向x轴偏转,并从A点离开磁场。若带电粒子带正 电,进入磁场后做匀速圆周运动,圆心为O2,粒子向y轴偏转, 并从B点离开磁场。粒子速率一定,所以不论粒子带何种电荷, 其运动轨道半径一定。只要确定粒子的运动轨迹,即可求解。 【解析】粒子运动半径: 。如图9-16,有 带电粒子沿半径为R的圆运动一周所用的时间为
有:

R0
d 1 Cos
故粒子必能穿出EF的实际运动轨迹半径R≥R0 mv0 d 即: R
qB 1 Cos
有:

v0
qBd m(1 Cos)
由图知粒子不可能从P点下方向射出EF,即只能从P点 上方某一区域射出;又由于粒子从点A进入磁场后受 洛仑兹力必使其向右下方偏转,故粒子不可能从AG 直线上方射出;由此可见EF中有粒子射出的区域为PG, 且由图知: dSin

专题:带电粒子在有界磁场中的运动(103张PPT)

专题:带电粒子在有界磁场中的运动(103张PPT)
v s1 θ1
R1 R2 B O s2
2m T= Bq
r R tan
t = θ 2 T mv R= Bq

2
θ2
练、某离子速度选择器的原理图如图,在半径为R=10cm
的圆形筒内有B= 1×10-4 T 的匀强磁场,方向平行于轴 线。在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔a、b。现有一 束比荷为q/m=2 ×1011 C/kg的正离子,以不同角度α入射, 其中入射角 α =30º ,且不经碰撞而直接从出射孔射出的 αa 离子的速度v大小是 ( ) C
两类典型问题
1.带电粒子在有界匀强磁场中(只受洛 伦兹力)做圆弧运动; 2.带电粒子在磁场中运动时的临界问题 (或多解问题)的讨论
概述 • 1、本类问题对知识考查全面,涉及到力学、 电学、磁学等高中物理的主干知识,对学生 的空间想象能力、分析综合能力、应用数学 知识解决物理问题能力有较高的要求,是考 查学生多项能力的极好的载体,因此成为历 年高考的热点。 • 2、从试题的难度上看,多属于中等难度或 较难的计算题。原因有二:一是题目较长, 常以科学技术的具体问题为背景,从实际问 题中获取、处理信息,把实际问题转化成物 理问题。二是涉及数学知识较多(特别是几 何知识)。
从x轴上的P(a,0)点以速度v,沿与x正方向成60º
的方向射入第一象限内的匀强磁场中,并恰好垂 直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强 度B和射出点的坐标。
解析 :
r
v
y
B
2a
mv 3 Bq
O′ O a
3 mv 得 B 2aq 射出点坐标为(0, 3 a )
v 60º
x
单边界磁场
练、如图,虚线上方存在磁感应强度为B的磁场, 一带正电的粒子质量m、电量q,若它以速度v沿与 虚线成300、900、1500、1800角分别射入, 1.请作出上述几种情况下粒子的轨迹 2.观察入射速度、出射速度与虚线夹角间的关系 3.求其在磁场中运动的时间。

36带电粒子在匀强磁场中的运动共33张PPT

36带电粒子在匀强磁场中的运动共33张PPT

KETANG HEZUO TANJIU
当堂检测
2.回旋加速器两端所加的交流电压的周期由什么决定?
答案:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,使之能量不断
提高。交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速圆周
2m
。因此,交流电压的周期由带电粒子的质量
qB
运动的周期即 T=
m、带
电荷量 q 和加速器中的磁场的磁感应强度 B 来决定。
方向进入电场中加速。
第18页/共33页
问题导学
课前预习导学
课堂合作探究
KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
当堂检测
(2)电场的作用
回旋加速器两个半圆形金属盒之间的缝隙区域存在周期性变化的
并且垂直于两金属盒正对截面的匀强电场,带电粒子经过该区域时被
加速。
(3)交变电压的周期
线的夹角(弦切角 θ)的 2 倍。如图所示,即 φ=α=2θ。
②相对的弦切角 θ 相等,与相邻的弦切角 θ'互补,即 θ+θ'=180°。
第7页/共33页
问题导学
课前预习导学
课堂合作探究
KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
当堂检测
(3)粒子在磁场中运动时间的确定
目标导航
课前预习导学
课堂合作探究
KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
预习导引
1.带电粒子在匀强磁场中的运动
(1)只考虑磁场作用力时,平行射入匀强磁场中的带电粒子,做匀速
直线运动。
(2)垂直射入匀强磁场中的带电粒子,在洛伦兹力的作用下做匀速

带电粒子在匀强磁场中的运动(知识小结)

带电粒子在匀强磁场中的运动(知识小结)

带电粒子在匀强磁场中的运动(知识小结)一.带电粒子在磁场中的运动(1)带电粒子在磁场中运动时,若速度方向与磁感线平行,则粒子不受磁场力,做匀速直线运动;即 ① 为静止状态。

② 则粒子做匀速直线运动。

(2)若速度方向与磁感线垂直,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力起向心力作用。

(3)若速度方向与磁感线成任意角度,则带电粒子在与磁感线平行的方向上做匀速直线运动,在与磁感线垂直的方向上做匀速圆周运动,它们的合运动是螺线运动。

二、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动1.运动分析:洛伦兹力提供向心力,使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.(4)运动时间: (Θ 用弧度作单位 )1.只有垂直于磁感应强度方向进入匀强磁场的带电粒子,才能在磁场中做匀速圆周运动.2.带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速率的大小有关,而周期与速率、半径都无关.三、带电粒子在有界匀强磁场中的匀速圆周运动(往往有临界和极值问题)(一)边界举例:1、直线边界(进出磁场有对称性)规律:如从同一直线边界射入的粒子,再从这一边射出时,速度与边界的夹角相等。

速度与边界的夹角等于圆弧所对圆心角的一半,并且如果把两个速度移到共点时,关于直线轴对称。

2、平行边界(往往有临界和极值问题)(在平行有界磁场里运动,轨迹与边界相切时,粒子恰好不射出边界)3、矩形边界磁场区域为正方形,从a 点沿ab 方向垂直射入匀强磁场:若从c 点射出,则圆心在d 处若从d 点射出,则圆心在ad 连线中点处4.圆形边界(从平面几何的角度看,是粒子轨迹圆与磁场边界圆的两圆相交问题。

)特殊情形:在圆形磁场内,沿径向射入时,必沿径向射出一般情形:磁场圆心O 和运动轨迹圆心O ′都在入射点和出射点连线AB 的中垂线上。

或者说两圆心连线OO ′与两个交点的连线AB 垂直。

(二)求解步骤:(1)定圆心、(2)连半径、(3)画轨迹、(4)作三角形.(5)据半径公式求半径,2.其特征方程为:F 洛=F 向. 3.三个基本公式: (1)向心力公式:qvB =m v 2R ; (2)半径公式:R =mv qB ; (3)周期和频率公式:T =2πm qB =1f ; 222m t qB m qB T θππθπθ==⨯=⨯v L =t再解三角形求其它量;或据三角形求半径,再据半径公式求其它量(6)求时间1、确定圆心的常用方法:(1)已知入射方向和出射方向(两点两方向)时,可以作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,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心,如图3-6-6甲所示,P 为入射点,M 为出射点,O 为轨道圆心.(2)已知入射方向和出射点的位置时(两点一方向),可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心,如图3-6-6乙所示,P 为入射点,M 为出射点,O 为轨道圆心.(3)两条弦的中垂线(三点):如图3-6-7所示,带电粒子在匀强磁场中分别经过O 、A 、B 三点时,其圆心O ′在OA 、OB 的中垂线的交点上.(4)已知入射点、入射方向和圆周的一条切线:如图3-6-8所示,过入射点A 做v 垂线AO , 延长v 线与切线CD 交于C 点,做∠ACD 的角平分线交AO 于O 点,O 点即为圆心,求解临界问题常用到此法.(5)已知入射点,入射速度方向和半径大小2.求半径的常用方法 :由于已知条件的不同,求半径有两种方法:一是:利用向心力公式求半径;二是:利用平面几何知识求半径。

第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动

第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动

规律:qU 1 mv2 0
2
R
mv Bq
1 B
2Um q
质谱仪最初由汤姆生 的学生阿斯顿设计的,
他用质谱仪发现了氖 20和氖22,证实了同 位素的存在,并由此获 诺贝尔化学奖
在粒子物理学中,我们需要对粒子加速,从而去轰击 其它粒子,从而撞碎粒子,以此发现粒子的内部结构。
直线加速器
结构简单 长度太长
第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动 一 、带电粒子: 二、在匀强磁场中的运动(仅受磁场力)
1.当B//V时:匀速直线运动。 2.当B⊥V时:匀速圆周运动。
-v
B
f洛=0
× × ×B× ×
× × ×f洛× ×
× ×
f×洛 ×
× +×
× ×

×
× × × ×V×0
f洛=BqV
判断图中带电 粒子(电量q, 重力不计)所 受洛伦兹力的 大小和方向:
第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动 一 、带电粒子: 二、在匀强磁场中的运动(仅受磁场力)
1.当B//V时:匀速直线运动。 2.当B⊥V时:匀速圆周运动。
第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动 一 、带电粒子: 二、在匀强磁场中的运动(仅受磁场力)
1.当B//V时:匀速直线运动。 2.当B⊥V时:匀速圆周运动。 3.当B与V斜交:螺旋线运动。
第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动 一 、带电粒子:
1.基本粒子:如电子、质子、α粒子等 一般不考虑重力。(但并不能忽略质量)
2.带电体:如带电小球、液滴、尘埃 一般都考虑重力。
3.带电微粒:依据题目暗示或运动状态判定
二、在匀强磁场中的运动(仅受磁场力)
1.当B//V时:匀速直线运动。 2.当B⊥V时:

带电粒子在磁场中的运动 整理

带电粒子在磁场中的运动 整理
qE qvB v
E ① 当v>E/B粒子向哪个方向偏? B ② 当v<E/B粒子向哪个方向偏?
1.速度选择器只选择速度,与电荷的正负无关;
2.注意电场和磁场的方向搭配。
• 如图所示,为一速度选择器的原理图,K为电 子枪,由枪中沿虚线KS方向射出的电子速率 大小不一,当电子通过方向互相垂直的匀强磁 场和匀强电场时,只有一定速率的电子能沿直 线前进并通过小孔S,设板间电压为300V,板 间距为5cm,垂直纸面的匀强磁场为B=0.06T, 求: (1)磁场的指向是向里还是向外? (2)速度为多大的电子才能通过小孔?
运动轨迹:匀速圆周运动
二、轨道半径和运动周期
1.轨道半径r
r mv qB
在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子,轨 道半径跟运动速率成正比。 2.运动周期T 2 m
T qB
(1)周期跟轨道半径和运动速率均无关 t (2)粒子运动不满一个圆周的运动时间:

m
qB
θ为带电粒子运动所通过的圆弧所对的圆心角
4、回旋加速器
V5
1.磁场偏转
R T 取决于磁场
电场加速
v Ek取决于电场
V4 V2
V1 V3
V0
2.工作条件:合拍
T粒子=T电源
3.获得最大速度、能量取决于
Em
Rm
1 2
mv
2
m
m vm qB
Em
B q Rm 2m
2
2
2
解题关键: 1.粒子每经过一个周期,被 电场加速二次
V4 V0
练习:回旋加速器中磁场的磁感应强度为B,D形盒的
直径为d,用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒

《带电粒子在有界匀强磁场中的运动》课件

《带电粒子在有界匀强磁场中的运动》课件
经历时间t:
思考:o1为线段EF的中点吗?
m t Bq
θ O
B
R
比较学习: 这点与带电粒子在匀强电场中的偏转情况一 样吗?
◆带电粒子在矩形磁场区域中的运动
v
o
圆心在磁场原边界上 B
d
B
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。 量变积累到一定程度发生质变,出现临界状态(轨迹与边界相切)
v v v v
M
d
B N
带电粒子沿逆时针方向做半径相同的匀速圆周运动,如果从 下板进入场区的带电粒子不从板间穿出,则这些正电荷就都 不从板间穿出.
eBd 3eBd v 2m m
2.如图所示,一足够长的矩形区域abcd内充满方向垂 直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场,在ad边 中点O方向垂直磁场射入一速度方向跟ad边夹角 θ=300 、大小为v0的带电粒子,已知粒子质量为m、 电量为q,ab边足够长,ad边长为L,粒子的重力不 计。求:⑴.粒子能从ab边上射出磁场的v0大小范围。 ⑵.如果带电粒子不受上述v0大小范围的限制,求粒子 在磁场中运动的最长时间。 b a
5L L 2 r2 r L (r ) 4 2 qBr2 5qBL 5qBL v2 v m 4m 4m
拓展:一大群这种带电粒子沿平行于板的方向从各个 位置以速度v从金属板的左端射入板间,为了使这些正 电荷都不从板间穿出,这些带电粒子的速度需满足什 么条件?
5d
+ + + +
穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹
角为300.求: (1)电子的质量 m (2)电子在磁场中的运动时间t B e v

带电粒子在匀强磁场中运动(讲)

带电粒子在匀强磁场中运动(讲)

B < 2mv0q/d
(2)r < r1
r1
r12=(5d)2+(r1-d)2
r1=13d
B > mv0 q /13d
练习:长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场, 如图所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电, 现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从
左边极板间中点处垂直磁感线以速度v 水平射入磁场,
结论
1. 在磁场中做圆周运动,周期不变 2. 每一个周期加速两次 3. 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相

4. 电场一个周期中方向变化两次 5. 粒子加速的最大速度由盒的半径决定 6. 电场加速过程中,时间极短,可忽略
1.关于回旋加速器的工作原理,下列说法正确的是:
(A)
A、电场用来加速带电粒子,磁场则使带电粒子回旋
• 2、定半径: 几何法求半径
向心力公式求半径
• 3、定运动时间:
注意:θ用弧度表示
t
2
T
T
2m
qB
1、如图所示,一束电子(电量为q)以速度V垂
直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场,
穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹
角为300。求 : (1) 电子的质量m=? (2) 电
子在磁场中的运动时间t=?
欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是: ( ) A.使粒子的速度v<BqL/4m B.使粒子的速度v>5BqL/4m C.使粒子的速度v>BqL/m D.使粒子速度BqL/4m<v<5BqL/4m
可见半径不同 意味着比荷不同, 意味着它们是不同 的粒子
这就是质谱仪的工作原理
1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器, 从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了 一大步.为此,劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖.

带电粒子在有界磁场中的运动分类解析

带电粒子在有界磁场中的运动分类解析

d V - -
f f ห้องสมุดไป่ตู้f
2 R。
因朝 不 同方 向 发 射 的 a 粒子 的圆轨迹 都经 过 S, 由此
子 。图 中板 MN 上 方 是 磁 感 应强 度大 小为 B、 方 向垂 直纸 面 向里 的匀 强磁 场 , 板 上 有两 条宽度分别为 2 和 d的缝 , 两
图 2

代 人 数 据 解 得: R =
0 . 1 m一1 0 c r r l , 可 见 R< <
2 d
. .
×
【 例2 】( 2 0 0 4 ・ 广东 :
_
垂直纸面 向里 的匀 强 磁场 。带 电粒
子 由 边 界 上 P 点 从 图示 方 向进 入 磁
卷・ 1 8 ) 如图 3 , 真空 室 内 x x x x ; x x x x 存 在 匀强 磁 场 , 磁场方 向 x × x x i x x x x
中学 教 学 参 考
专题 论析
带 电粒 子在 有 界 磁 场 中的运 动 分 类 解 析
湖北 宜 昌市三峡 高中( 4 4 3 1 0 0 ) 席 晓阳 纵观近几年的高考理综 物理试题 , 带 电粒 子在有 界 磁场 中的运 动年年 都考 , 备 受高考 命题 者的青 睐 , 而 且 我们注意到在新课标 全国卷 中, 带 电粒子在有 界磁场 中 的运动往往 是 以压 轴题 的形 式 出现 。这充 分说 明带 电 粒子在有界磁场 中的运动问题是 高考 的重 点和热 点 , 也 是难点 , 所 以无 论 是高考 第一 轮复 习还是 第 二轮 复习 , 这部分 内容 都应 该作 为重 点复 习。带 电粒 子在 有界 磁 场 中的运 动问题综合性较强 , 解决 这类 问题 既要用 到物 理 中的洛仑兹力 、 圆周 运动 知识 , 又要 用到数 学 中的平 面几何 、 三角函数 和解析几 何知识 。而 且有时候 又牵涉 到临界情况 , 思维 含量 高 , 难 度大 。笔 者认 为要 处理 好 这部分内容的复习教学 , 除了要搞好基 础知识 的复习外 ( 比如圆心 的确定 , 准确 、 清 晰地 画 出运 动轨 迹 , 半 径 和 时间 的确定等 ) , 更要 注意 归纳 总结带 电粒 子在 有界磁
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带电粒子在有界匀强磁场中的运动归类
命题人:罗 通 审题人:吉彬
一、单直线边界磁场
1.进入型:带电粒子以一定速度υ垂直于磁感应强度B 进入磁场. 规律要点:
(1)对称性:若带电粒子以与边界成θ角的速度进入磁场,则一定以与边界成
θ角的速度离开磁场.如图1所示.
(2)完整性:比荷相等的正、负带电粒子以相同速度进入同一匀强磁场,则它们运动的圆弧轨道恰构成一个完整的圆;
正、负带电粒子以相同速度进入同一匀强磁场时,两粒子轨道圆弧对应的圆心角之和等于2π rad ,即2+-+=ϕϕπ,且2-=ϕθ(或
2+=ϕθ).
2.射出型:粒子源在磁场中,且可以向纸面各个方向以相同速率发射同种带电粒子. 规律要点:(以图2中带负电粒子的运动轨迹为例) (1)最值相切:当带电粒子的运动轨迹小于
1
2
圆周时且与边界相切(如图2中a 点),则切点为带电粒子不能射出磁场的最值点(或恰能射出磁场的临界点);
(2)最值相交:当带电粒子的运动轨迹大于或等于
1
2
圆周时,直径与边界相交的点(图2中的b 点)为带电粒子射出边界的最远点.
图2中,在ab 之间有带电粒子射出,设ab 距离为x ,粒子源到磁场边界的距离为d ,带电粒子的质量为m ,速度为υ,则
m υr=
Bq
()22
22aO=r -d-r =dr-d ()
2
22Ob=r -d
22224x=ab=aO+Ob=dr-d +r -d
例1.如图所示,在y <0的区域存在匀强磁场,磁场方向垂直于xy 平面并指向纸面外,磁感应强度为B.一带正电的粒子以速度υ0从O 点射入磁场,入射方向在xy 平面,与x 轴正向的夹角为θ.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
m
q 。

υ
υ θ θ υ
υ
O -
O + θ φ+ φ- 图1
图2
d S
b
O 2
O 1 a O
二、双直线边界磁场
规律要点:
最值相切:当粒子源在一条边界上向纸面各个方向以相同速率发射同一种粒子
时,粒子能从另一边界射出的上、下最远点对应的轨道分别与两直线相切.图3所示. 对称性:过粒子源S 的垂线为ab 的中垂线. 在图3中,ab 之间有带电粒子射出,可求得2
22ab=dr-d
最值相切规律可推广到矩形区域磁场中.
例2.一足够长的矩形区域abcd 充满磁感应强度为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁
场,矩形区域的左边界ad 宽为L ,现从ad 中点O 垂直于磁场射入一带电粒子,速度
大小为0υ方向与ad 边夹角为30°,如图所示。

已知粒子的电荷量为q ,质量为m (重力不计)。

(1)若粒子带负电,且恰能从d 点射出磁场,求0υ的大小;
(2)若粒子带正电,使粒子能从ab 边射出磁场,求0υ的取值围以及此围粒子在磁场中运动时间t 的围。

三、圆形边界
1.圆形磁场区域:
(1)相交于圆心:带电粒子沿指向圆心的方向进入磁场,则出磁场时速度矢量的反向延长线一定过圆心,即两速度矢量相交于圆心;(如图4所示)
(2)直径最小:带电粒子从圆与某直径的一个交点射入磁场则从该直径与圆的另一交点射出时,磁场区域最小.(如图5所示) 2.环状磁场区域:
(1)带电粒子沿(逆)半径方向射入磁场,若能返回同一边界,则一定逆(沿)半径方向射出磁场; (2)最值相切:(如图6所示)当带电粒子的运动轨迹与圆相切时,粒子有最大速度υm 或磁场有最小磁感应强度B .
r 1
O ’
r
r
υ υ
r 2 图6
B
b a O
θ B
R b a O
υ
υ r B
O
r R b a O ’
υ υ
图3 d O 2
O 1 a
b
υ S
例3.地磁场可以“屏蔽”来自太空的带电粒子,防止这些高速运动的带电粒子对地球带来的危害.在高能物理实验中,为了避免宇宙射线中的带电粒子对实验的影响,可在实验装置外加磁场予以屏蔽.如图所示,半径为r 2的圆管形实验通道为实验中高能带电粒子的通道,在r 2到r 1的圆环形加有匀强磁场.假设来自太空的带电粒子的最大速度为υ,粒子均沿半径方向射入磁场区,为了使这些粒子均不能进入实验通道,则磁感应强度B 至少为多大?已知带电粒子的质量均为m ,电荷量均为-q .
四、带电粒子在磁场中运动的极值问题
寻找产生极值的条件: ① 直径是圆的最大弦; ② 同一圆弦对应大的圆心角; ③ 由轨迹确定半径的极值。

例4.如图半径r =10cm 的圆形区域有匀强磁场,其边界跟y 轴在坐标原点O 处相切;磁场B =0.33T 垂直于纸面向,在O 处有一放射源S 可沿纸面向各个方向射出速率均为v=3.2×106
m/s 的α粒子;已知α粒子质量为m=6.6×10-27
kg ,电量q=3.2×10-19
c ,则α粒子通过磁场空间的最大偏转角θ及在磁场中运动的最长时间t 各多少?
练习
1.如图所示,一束电子(电量为e )以速度v 垂直射入磁感强度为B ,宽度为d 的匀强磁场中,穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°,则电子的质量是 ,穿透磁场的时间是 。

m
υ
2.长为L的水平极板间,有垂直纸面向的匀强磁场,如图所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是()
A.使粒子的速度v<BqL/4m;
B.使粒子的速度v>5BqL/4m;
C.使粒子的速度v>BqL/m;
D.使粒子速度BqL/4m<v<5BqL/4m。

3.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=3×10-20kg,电量q=10-13C,速度v0=105m/s,磁场区域的半径R=3×10-1m,不计重力,求磁场的磁感应强度。

4.圆心为O、半径为r的圆形区域中有一个磁感强度为B、方向为垂直于纸面向里的匀强磁场,与区域边缘的最短距离为L的O'处有一竖直放置的荧屏MN,今有一质量为m的电子以速率v从左侧沿OO'方向垂直射入磁场,越出磁场后打在荧光屏上之P点,如图所示,求O'P的长度和电子通过磁场所用的时间。

M
L
O'
N
带电粒子在有界匀强磁场中的运动归类参考答案
例1.解析:根据带电粒子在有界磁场的对称性作出轨迹,找出圆心A ,向x 轴作垂线,垂足为H ,由与几何关系得: R L sin θ=
12

带电粒子在磁场中作圆周运动,由 qv B mv R
00
2
=
解得R mv qB
=

①②联立解得
q m v LB
=
20sin θ
例 2.解析:此例包括单直线边界进入型、双直线边界中的最值相切两种类型。

(1)为单直线边界进入型,由图可知:O 1为轨道圆心,由于对称性,速度的偏转角θ1=60°,故轨道半径12
L
r =
据2
001m υq υB r =, 则102qBr qBL
υm m
==
(2)当0υ最大时,轨道与cd 相切:
11cos602
L
R R -︒=,得R 1=L
则1max qBR qBL
υm m
==
当0υ最小时,轨道与ab 相切: 22sin302
L
R R +︒=,得23L R =
则2min 3qBR qBL υm m == 03qBL qBL
υm m
∴<≤
带电粒子从ab 边射出磁场,当速度为max υ时,运动时间最短。

min 15053606m t T Bq
π==
速度为min υ时,运动时间最长 max 24043603m
t T Bq
π== ∴粒子运动时间t 的围5463m m
t Bq Bq
ππ≤<
例3.解析:要使带电粒子不进入实验通道,则粒子运动的轨道只能与半径为r 2的圆相切,因此由几何关系可得
()2
2221r+r =r +r ① m υ
r=
Bq
② 联立解得 221222r -r m υ=r Bq ,即(
)
2
2212
2m υr B=q r -r
O 3 O 2
O 1 60°
例4.解析:α粒子在匀强磁场后作匀速圆周运动的运动半径:r 2m 2.0qB
m v
R ===
α粒子从点O 入磁场而从点P 出磁场的轨迹如图圆O /
所对应的圆弧所示,该弧所对的圆心角即为最大偏转角θ。

由上面计算知△SO /
P 必为等边三角形,故θ=60° 此过程中粒子在磁场中运动的时间由
即粒子在磁场中运动的最长时间。

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