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高中物理 第三章 磁场第5节《磁场对运动电荷的作用》教学课件 新人教版选修3-1.ppt
磁场对运动电荷的作用 复习知识: 1.带电粒子在磁场中受洛伦兹力的计算公式? 带电粒子运动方向垂直于磁场方向,f=qvB,该公式的设用条件是V与B相互垂直,带电粒子运动方向平行于磁场方向,f=0。 2.带电粒子进入磁场时所受的洛伦兹力的方向? 显象管的工作原理 显象管模拟 带电粒子在匀强磁场中的运动 问题讨论: 洛伦兹力演示仪 工作原理:由电子枪发出的电子射线可以使管 的低压水银蒸汽发出辉光,显示出电子的径迹。 电荷的匀强磁场中的三种运动形式 例题 带电粒子做圆周运动的分析方法-圆心的确定 (1)已知入射方向和出射方向,可以通过入射点和出射点分别作垂直与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 带电粒子做圆周运动的分析方法-圆心的确定 (2)已知入射方向和出射点的位置时,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. 半径的确定和计算 利用平面几何的关系,求出该圆的可能半径(或圆心角),并注意以下两个重要的几何特点: 1.粒子速度的偏向角φ等与圆心角α,并等于AB弦与切线的夹角θ(弦切角)的2倍.即φ=α=2θ=ωt 运动时间的确定 利用偏转角(即圆心角α)与弦切角的关系,或者利用四边形的内角和等与360°计算出圆心角α的大小,由公式 t=αT/ 360°可求出粒子在磁场中运动的时间 注意圆周运动中的有关对称规律 如从同一边界射入的粒子,从同一边界射出时,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. 带电粒子在磁场中运动的多解问题 带电粒子的电性不确定形成多解 受洛仑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、负粒子在磁场中的轨迹不同,导致形成双解。 带电粒子在磁场中运动的多解问题 临界状态不唯一形成多解 带电粒子在洛仑兹力作用下飞越有界磁场时,由于粒子的运动轨迹是圆弧状,因此它可能穿过去了,也可能转过180°从有界磁场的这边反向飞出,形成多解 带电粒子在磁场中运动的多解问题 运动的重复性形成多解 带电粒子在磁场中运动时,由于某些因素的变化,例如磁场的方向反向或者速度方向突然反向,往往运动具有反复性,因而形成多解。 例题 一个带电粒子,沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图4所示,径迹上的每一小段可近似看成圆弧.由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电量不变).从图中可以确定 [ ] A.粒子从a到b,带正电 B.粒子从b到a,带正电 C.粒子从a到b,带负电 D.粒子从b到a,带负电 例题 如图所示,abcd为绝缘挡板围成的正方形区域,其边长为L,在这个区域内存在着磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场.正、负电子分别从ab挡板中点K,沿垂直挡板ab方向射入场中,其质量为m,电量为e.若从d、P两点都有粒子射出,则正、负电子的入射速度分别为多少?(其中bP=L/4) 例题 如图所示,为一有圆形边界的匀强磁场区域,一束质子流以不同速率由圆周上同一点沿半径方向射入磁场,则质子在磁场中 A. 路程长的运动时间长 B. 速率大的运动时间长 C. 速度偏转角大的运动时 间长 D. 运动时间有可能无限长 (设质子不受其它力) 思路分析与解答: 粒子只受洛仑兹力,且速度与磁场垂直,粒子在磁场中做匀速圆周运动。周期T=2πm/qB与速度无关,但这并不能保证本例中的粒子在同一磁场区内运动时间相同,因为粒子在题设磁场区内做了一段不完整的圆周运动。 设速度偏转角(入射速度与出射速度之间的夹角)为θ,则由角速度定义 ω=θ/t 可知:以速度v入射的粒子在磁场区飞行时间 t=θ/ω 而ω=v/R,R=mv/qB,则有 t=mθ/qB。 粒子m/q一定,磁场一定,偏转角越大,运动时间越长。速度大,轨道半径大,偏转角小,尽管轨道较长但飞行时间短。 本题C正确 例题 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. 例题 图为电视机中显像管的偏转线圈示意图,它由绕在磁环上的两个相同的线圈串联而成,线圈中通有方向如图所示的电流,当电子束从纸里经磁环中心向纸外射出时,它将:( ) A.向上偏转
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