高二物理課件人教選修三 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用3

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歡迎進(jìn)入物理課堂 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 一 洛侖茲力 1 洛侖茲力的大小 運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向平行 運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向垂直 運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向有一夾角 f 0 f qvB f qvBsin 2 洛侖茲力的方向 3 洛侖茲力方向 運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場方向間的關(guān)系 二 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 不計(jì)重力的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)可分為三種情況 1 勻速直線運(yùn)動(dòng) v B 2 勻速圓周運(yùn)動(dòng) v B 向心力由洛侖茲力提供 軌道半徑公式 周期公式 動(dòng)能公式 軌道的圓心總是位于圓周上任意兩點(diǎn)洛侖茲力的交點(diǎn)上 粒子的速度偏向角 等于粒子轉(zhuǎn)過的圓弧所對(duì)的圓心角 3 螺旋運(yùn)動(dòng) 三 考點(diǎn)探究及突破 考點(diǎn)1 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng) 例1 如果運(yùn)動(dòng)電荷除能受磁場力之外 不受其它任何力的作用 則帶電粒子在磁場中做下列運(yùn)動(dòng)可能成立的是 A 勻速直線運(yùn)動(dòng)B 變速直線運(yùn)動(dòng)C 變加速曲線運(yùn)動(dòng)D 勻變速曲線運(yùn)動(dòng) AC 延伸思考 一長直螺線管通有交流電 一電子以速度v沿著螺線管的軸線射入管內(nèi) 則電子在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況是 A 勻加速運(yùn)動(dòng)B 勻減速運(yùn)動(dòng)C 勻速直線運(yùn)動(dòng)D 在螺線管內(nèi)來回往復(fù)運(yùn)動(dòng) 例2 氘核 氚核 氦核都垂直射入同一勻強(qiáng)磁場 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 1 以相同速率射入磁場 2 以相同動(dòng)量射入磁場 3 以相同動(dòng)能射入磁場 C 解析 圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 周期為 1 因?yàn)槿Ｗ铀俾氏嗤?所以 2 因?yàn)槿Ｗ觿?dòng)量相同 所以 3 因?yàn)槿Ｗ映鮿?dòng)能相同 所以 延伸思考 某電子以固定的正電荷為圓心在勻強(qiáng)磁場中作勻速圓周運(yùn)動(dòng) 磁場方向垂直它的運(yùn)動(dòng)平面 電子所受庫侖力恰是磁場對(duì)它作用力的3倍 若電子電荷量為e 質(zhì)量為m 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 求電子運(yùn)動(dòng)的可能角速度 兩個(gè)力方向相同時(shí) 兩個(gè)力方向相反時(shí) 考點(diǎn)2 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡半徑變化的問題 例4 一個(gè)帶電粒子 沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場 粒子的一段徑跡如圖所示 徑跡上的每一小段都可以近似看成圓弧 由于帶電粒子使沿途空氣電離 粒子的能量逐漸減小 帶電量不變 從圖中情況可以確定 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(fù)電D 粒子從b到a 帶負(fù)電 B 例5 如圖所示 在長直導(dǎo)線中有恒定電流I通過 導(dǎo)線正下方電子初速度v0方向與電流I方向相同 電子將 A 沿路徑b運(yùn)動(dòng) 軌跡是圓B 沿路徑a運(yùn)動(dòng) 軌跡半徑越來越大C 沿路徑a運(yùn)動(dòng) 軌跡半徑越來越小D 沿路徑b運(yùn)動(dòng) 軌跡半徑越來越大 D 延伸思考 如圖所示 A是一塊水平放置的鉛板的截面 其厚度為d MM 和NN 是一重力作用可忽略不計(jì) 質(zhì)量為m 帶電量為q的粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡 粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場方向垂直 并且粒子垂直穿過鉛板 軌跡MM 的半徑為r 軌跡NN 的半徑為R 且R r 求 粒子穿過鉛板時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向 答向上或向下 粒子帶何種電荷 粒子穿過鉛板時(shí)所受的平均阻力 解析 1 穿過鉛板能量損失 動(dòng)能減小 速度減小 半徑減小 方向向上 2 由曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)結(jié)合左手定則得為正電荷 3 設(shè)平均阻力為F 由動(dòng)能定理 又 考點(diǎn)3 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 其圓心 半徑及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定方法 1 軌跡上任意兩點(diǎn)的洛侖茲力的指向 其延長線的交點(diǎn)即是圓心 2 用幾何知識(shí)求出半徑大小 4 速度的偏向角 等于對(duì)應(yīng)圓弧所對(duì)圓心角 且與時(shí)間成正比 t 例6 如圖所示 一束電子 電量為e 以速度v垂直射入磁感強(qiáng)度為B 寬度為d的勻強(qiáng)磁場中 穿過磁場時(shí)速度方向與電子原來入射方向的夾角是30 求電子的質(zhì)量和穿過磁場的時(shí)間 解析 圓心在電子穿入和穿出磁場時(shí)受到洛侖茲力指向的交點(diǎn)上 如圖中的O點(diǎn) 由幾何知識(shí)知 AB間圓心角 30 OB為半徑 又 AB圓心角是30 穿過磁場的時(shí)間為 延伸思考 如圖直線MN上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場 正 負(fù)電子同時(shí)從同一點(diǎn)O以與MN成30 角的同樣速度v射入磁場 電子質(zhì)量為m 電荷為e 它們從磁場中射出時(shí)相距多遠(yuǎn) 射出的時(shí)間差是多少 解析 由對(duì)稱性知 射入 射出點(diǎn)和圓心恰好組成正三角形s 2r 由圖還可看出 經(jīng)歷時(shí)間相差 拓展思維 如圖 真空室內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場 磁場方向垂直于紙面向里 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B 0 60T 磁場內(nèi)有一塊平面感光板ab 板面與磁場方向平行 在距ab的距離為l 16cm處 有一個(gè)點(diǎn)狀的 放射源S 它向各個(gè)方向發(fā)射 粒子 粒子的速度都是v 3 0 106m s 已知 粒子的電荷與質(zhì)量之比為5 0 107C 現(xiàn)只考慮在圖紙平面中運(yùn)動(dòng)的 粒子 求ab上被 粒子打中的區(qū)域的長度 解析 粒子帶正電 故在磁場沿逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 用R表示軌道半徑 代入數(shù)據(jù)可得R 10cm 2R l R 粒子打到的左側(cè)最遠(yuǎn)點(diǎn)圓軌跡在圖中N的左側(cè)與ab相切于P1 由幾何關(guān)系得 任何 粒子在運(yùn)動(dòng)中離S的距離不可能超過2R 由幾何關(guān)系得 所以P1P2 NP1 NP2 20cm 小結(jié) 考點(diǎn)1 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng) v B 勻速圓周運(yùn)動(dòng) v B 向心力由洛侖茲力提供 軌道半徑公式 周期公式 考點(diǎn)2 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡半徑變化的問題 考點(diǎn)3 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 其圓心 半徑及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定方法 1 軌跡上任意兩點(diǎn)的洛倫茲力的指向 其延長線的交點(diǎn)即是圓心 2 用幾何知識(shí) 勾股定理 三角關(guān)系 求出半徑大小 4 速度的偏向角 等于對(duì)應(yīng)圓弧所對(duì)圓心角 且與時(shí)間成正比 t 方法總結(jié) 解決帶電粒子在磁場中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)最根本的方法可分為三步 描軌跡 找圓心 求半徑 其中利用幾何知識(shí)求出半徑及角度關(guān)系最為關(guān)鍵 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全