高中物理3.6带电粒子在匀强磁场中的运动.ppt
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1、带电粒子在匀强带电粒子在匀强 磁场中的运动磁场中的运动复习 通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。1、什么是洛伦兹力?它与安培力的关系、什么是洛伦兹力?它与安培力的关系?洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的作用力洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的作用力2 2、洛伦兹力的方向如何判定?、洛伦兹力的方向如何判定?此力是否对带电粒子做功?此力是否对带电粒子做功?洛伦兹力的方向由左手定则判定洛伦兹力的方向由左手定则判定(1 1)四指指)四指指正电荷的运动方向,或指负电荷运动的反方向。(2 2)洛伦兹力垂直于且与、所在 的平面垂直,所以洛伦兹力不做功4 4、带电粒子在电场和磁场中
2、受力情况有带电粒子在电场和磁场中受力情况有 何不同?何不同?3、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力?(1)当电荷运动方向与磁场方向垂直(vB)时,f=qvB.(2)当电荷运动方向与磁场方向平行(v/B)时,电荷不受洛伦兹力.带电粒子置于电场中必受电场力,与运动状态无关,但在磁场中洛伦兹力的大小和方向与运动状态有关问题问题1在在不计重力不计重力的情况下,带的情况下,带电粒子电粒子平行电场平行电场方向进入方向进入匀强电场时会做什么运动匀强电场时会做什么运动呢?呢?VE问题问题2在在不计重力不计重力的情况下,带的情况下,带电粒子电粒子平行磁场平行磁场方向进入方向进
3、入匀强磁场时会做什么运动匀强磁场时会做什么运动呢?呢?BV匀变速直线运动匀变速直线运动F电电=Eq(恒定)恒定)匀速直线运动匀速直线运动f洛洛=0问题问题3在仅受在仅受电场力电场力的情况下,的情况下,带电粒子带电粒子垂直电场垂直电场方向进方向进入匀强电场时会做什么运入匀强电场时会做什么运动呢?动呢?VV+问题问题4在仅受在仅受磁场力磁场力的情况下,的情况下,带电粒子带电粒子垂直磁场垂直磁场方向进方向进入匀强磁场时会做什么运入匀强磁场时会做什么运动呢?动呢?类平抛运动类平抛运动匀速圆周运动匀速圆周运动演示实验演示实验问题问题5在仅受在仅受磁场力磁场力的情况下,带电粒子的情况下,带电粒子垂直磁场垂
4、直磁场方向进入匀强磁场时为方向进入匀强磁场时为什么会做匀速圆周运动呢?什么会做匀速圆周运动呢?问题问题6带电粒子进入匀强磁场做匀速圆周运动的半径与哪些因素有关呢?带电粒子进入匀强磁场做匀速圆周运动的半径与哪些因素有关呢?所以:所以:带电粒子将在垂直于带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动,磁场的平面内做匀速圆周运动,洛伦兹力来提供向心力。洛伦兹力来提供向心力。fvfv,f f大小不变,大小不变,f永远不做功永远不做功V V-F洛洛 V V-F洛洛V V-F洛洛V V-F洛洛理论推导:理论推导:1 1、物体做匀速圆周运动的条件?、物体做匀速圆周运动的条件?2 2、洛伦兹力的特点?、洛伦兹力
5、的特点?合力方向始终垂直于速度方向指向圆心,大合力方向始终垂直于速度方向指向圆心,大小恒定,来提供向心力。小恒定,来提供向心力。rvmF=2向问题问题5在仅受在仅受磁场力磁场力的的情况下,带电粒子情况下,带电粒子垂直磁垂直磁场场方向进入匀强磁场时为方向进入匀强磁场时为什么会做匀速圆周运动呢什么会做匀速圆周运动呢?环形线圈环形线圈电子射线管电子射线管洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪VVff线圈未通电时,线圈未通电时,B=0线圈通电时,线圈通电时,B0方方向垂直线圈平面向里向垂直线圈平面向里模模拟拟分分析析实实验验演演示示一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、带电粒子平行射入
6、匀强磁场的运动状态?(重力不计)匀速直线运动匀速直线运动2、带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态?(重力不计)匀速圆周运动匀速圆周运动(1 1)半径特征:)半径特征:(2 2)周期特征:)周期特征:注意:周期注意:周期T T与运动速度及运动半径无关与运动速度及运动半径无关问题问题6带电粒子进入匀强磁场做匀速圆周运动的半径与哪些因素有关呢?带电粒子进入匀强磁场做匀速圆周运动的半径与哪些因素有关呢?练一练练一练【1】电子、质子、氘核、氚核以同样的速度垂电子、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(半径最大的是()
7、A电子电子 B质子质子 C氘核氘核 D氚核氚核 分析:根据分析:根据,由于四个粒子的电量,由于四个粒子的电量是相等的,而氚核的质量最大,所以半径是相等的,而氚核的质量最大,所以半径最大。最大。D【2】同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀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?)带电粒子进入磁场的速度值有几个?(2)这些速度的大小关系为)这些速度的大小关系为(3)三束粒子从)三束粒子从O点出发分别到达点出发分别到达1、2、3点所点所用用时间关系为时间关系为V1233个个V3V2V1t1=t2
8、=t3dBev【3 3】如图所示,一束电子(电量为如图所示,一束电子(电量为e)e)以速度以速度V V垂垂直射入磁感应强度为直射入磁感应强度为 B B、宽度为、宽度为 d d 的匀强磁场,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穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为为30300 0。求。求 :(1):(1)电子的质量电子的质量 m=?(2)m=?(2)电子在电子在磁场中的运动时间磁场中的运动时间t=?t=?dBevVVVV3、带电粒子做圆周运动的分析方法(1)几个有关的角(偏向角、圆心角和弦切角)及其关系:)几个有关的角(偏向角、圆心角和弦切角)及其关系:VV3、带电粒子做
9、圆周运动的分析方法(1)几个有关的角(偏向角、圆心角和弦切角)及其关系:)几个有关的角(偏向角、圆心角和弦切角)及其关系:vvO(偏向角)偏向角)粒子速度的偏向角等与圆心角,并等于AB弦与切线的夹角(弦切角)的倍即=23、带电粒子做圆周运动的分析方法已知入射方向和出射方向已知入射方向和出射方向,与速度垂直的半径交与速度垂直的半径交点点就是就是圆弧轨道的圆弧轨道的圆心圆心。V V0 0P PM MO OV V(2 2)确定圆心:)确定圆心:已知入射方向和出射点的位置已知入射方向和出射点的位置时,半径与弦中时,半径与弦中垂线的交点垂线的交点就是就是圆弧轨道的圆弧轨道的圆心圆心。V VP PM MO
10、 OV V粒子进入磁场的弦切角等于飞出磁场的弦切角3、带电粒子做圆周运动的分析方法(3)确定半径:)确定半径:一般利用几何知识,常用解三角一般利用几何知识,常用解三角 形形的方法。的方法。(4 4)确定运动时间:利用圆心角与弦切角的关系或)确定运动时间:利用圆心角与弦切角的关系或 者是四边形内角和等于计算出圆心角的大小,由者是四边形内角和等于计算出圆心角的大小,由 公式可求出运动时间。公式可求出运动时间。dBev【3 3】如图所示,一束电子(电量为如图所示,一束电子(电量为e)e)以速度以速度V V垂垂直射入磁感应强度为直射入磁感应强度为 B B、宽度为、宽度为 d d 的匀强磁场,的匀强磁场
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- 高中物理 3.6 带电 粒子 磁场 中的 运动
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