带电粒子在磁场中的运动-ppt课件.ppt
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1、1ppt课件(不计重力),粒子将做怎样的运动?(不计重力),粒子将做怎样的运动?(1 1)无速度)无速度(2 2)有初速度)有初速度V V(V/BV/B)(3 3)有初速度)有初速度V V( vvB B)(4 4)有初速度)有初速度V V( v v与与B B成夹角)成夹角)始终静止始终静止等距螺旋线运动等距螺旋线运动匀速圆周运动匀速圆周运动匀速直线运动匀速直线运动2ppt课件 带电粒子在带电粒子在均匀磁场均匀磁场中的匀速圆周运动中的匀速圆周运动 周期与速度无关。周期与速度无关。 带电粒子在磁场中的螺旋线运动带电粒子在磁场中的螺旋线运动螺距螺距 qBmVRqBmT2qBmVTVh2sin/V/V
2、 和和 分别是速度在平行于磁场方向分别是速度在平行于磁场方向的分量和垂直于磁场的分量。的分量和垂直于磁场的分量。匀速圆周运动的半径仅与速度的垂直分量有关。匀速圆周运动的半径仅与速度的垂直分量有关。3ppt课件* 磁聚焦磁聚焦magnetic focusing一束发散角不大的带电粒子一束发散角不大的带电粒子束,若这些粒子沿磁场方向束,若这些粒子沿磁场方向的分速度大小又一样,它们的分速度大小又一样,它们有相同的螺距,经过一个周有相同的螺距,经过一个周期它们将重新会聚在另一点期它们将重新会聚在另一点这种发散粒子束会聚到一点这种发散粒子束会聚到一点的现象叫的现象叫磁聚焦。磁聚焦。hB B4ppt课件
3、带电粒子在带电粒子在非均匀磁场中非均匀磁场中的运动的运动xBy一个带电粒子一个带电粒子进入轴对称会进入轴对称会聚磁场,如图聚磁场,如图所示,在所示,在YZ平平面内的速度分面内的速度分量与磁场的量与磁场的 X分量的洛仑兹分量的洛仑兹力,使其在力,使其在YZ平面内做圆周平面内做圆周运动。运动。yVzxFyzxBzVyV由于磁场的不均匀,由于磁场的不均匀,洛仑兹力的大小要变洛仑兹力的大小要变化,所以不是匀速圆化,所以不是匀速圆周运动。且半径逐渐周运动。且半径逐渐变小。变小。5ppt课件极光极光地轴地轴带电粒子(如宇宙射线的带电粒子(如宇宙射线的带电粒子)被地磁场捕获,带电粒子)被地磁场捕获,绕地磁感
4、应线作螺旋线运绕地磁感应线作螺旋线运动,当太阳黑子活动引起空间动,当太阳黑子活动引起空间磁场的变化,使粒子在两磁场的变化,使粒子在两极处的磁力线引导下,在极处的磁力线引导下,在两极附近进入大气层,能两极附近进入大气层,能引起美妙的极光。引起美妙的极光。6ppt课件Tt2qBmT2注意:用弧度表示用弧度表示几何法求半径几何法求半径(勾股定理、三角函数)勾股定理、三角函数)向心力公式求半径向心力公式求半径(R= mv/qB)利用利用vR利用弦的中垂线利用弦的中垂线两条切线夹角的平分线过圆心两条切线夹角的平分线过圆心1、找圆心、找圆心2、定半径、定半径3、确定运动时间、确定运动时间7ppt课件t20
5、180vvOABO8ppt课件带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动圆心的确定a、两个速度方向垂直线的交点。、两个速度方向垂直线的交点。(常用在有界磁场的入射与出射方向(常用在有界磁场的入射与出射方向已知的情况下)已知的情况下)VOb、一个速度方向的垂直线和一条弦的、一个速度方向的垂直线和一条弦的中垂线的交点中垂线的交点O基本思路:基本思路:圆心一定在与速度方向垂直圆心一定在与速度方向垂直的直线上,通常有两种方法:的直线上,通常有两种方法:9ppt课件1 1、直线边界(进出磁场具有对称性)、直线边界(进出磁场具有对称性)2 2、平行边界(存在临界条件)、平
6、行边界(存在临界条件)3 3、圆形边界(沿径向射入必沿径向射出)、圆形边界(沿径向射入必沿径向射出)注意:注意:从一边界射入的粒子,从同一边界射出时,速度与边从一边界射入的粒子,从同一边界射出时,速度与边界的夹角(弦切角)相等。界的夹角(弦切角)相等。带电粒子沿径向射入圆形磁场区带电粒子沿径向射入圆形磁场区域内,必从径向射出。域内,必从径向射出。关注几种常见图形的画法,如图所示:关注几种常见图形的画法,如图所示:10ppt课件半径的确定 主要由三角形几何关系求出(一般是三角形的边边关系、主要由三角形几何关系求出(一般是三角形的边边关系、边角关系、全等、相似等)。例如:已知出射速度与水平方边角关
7、系、全等、相似等)。例如:已知出射速度与水平方向夹角向夹角,磁场宽度为,磁场宽度为d d,则有关系式,则有关系式r=d/sinr=d/sin,如图所示。,如图所示。再例如:已知出射速度与水平方向夹角再例如:已知出射速度与水平方向夹角和圆形磁场区域的和圆形磁场区域的半径半径r r,则有关系式,则有关系式R=rcotR=rcot , ,如图所示。如图所示。 211ppt课件运动时间的确定 先确定偏向角。带电粒子射出磁场的速度方向对射入磁场的先确定偏向角。带电粒子射出磁场的速度方向对射入磁场的速度的夹角速度的夹角,即为偏向角,它等于入射点与出射点两条半径间,即为偏向角,它等于入射点与出射点两条半径间
8、的夹角(圆心角或回旋角)。由几何知识可知,它等于弦切角的夹角(圆心角或回旋角)。由几何知识可知,它等于弦切角的的2倍,即倍,即=2=t,如图所示。如图所示。qBmT2 然后确定带电粒子通过磁场的时间。粒子在磁场中运动一周然后确定带电粒子通过磁场的时间。粒子在磁场中运动一周的时间为的时间为 ,当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为 时,时,其运动时间由下式表示:其运动时间由下式表示:TtTt2360或12ppt课件CDBv【例题【例题】如图,在如图,在B=9.110-4T的匀强磁场中,的匀强磁场中,C、D是垂直于是垂直于磁场方向的同一平面上的两点,磁场方向的同一平面上的
9、两点,相距相距d=0.05m。在磁场中运动在磁场中运动的电子经过的电子经过C点时的速度方向点时的速度方向与与CD成成=30角,并与角,并与CD在在同一平面内,问:同一平面内,问:(1)若电子后来又经过若电子后来又经过D点,则电子的速度大小是多少?点,则电子的速度大小是多少?(2)电子从电子从C到到D经历的时间是多少?经历的时间是多少? (电子质量电子质量me= 9.110-31kg,电量,电量e = 1.610-19C)带电粒子在无界磁场中的运动带电粒子在无界磁场中的运动13ppt课件OBSO1带电粒子在单直边界磁场中的运动带电粒子在单直边界磁场中的运动14ppt课件 O1B0215ppt课件
10、【例题】如图所示,在【例题】如图所示,在y y0 0的区域内存在匀强磁的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于场,磁场方向垂直于xyxy平面并指向纸面向里,磁平面并指向纸面向里,磁感强度为感强度为B B. .一带负电的粒子(质量为一带负电的粒子(质量为m m、电荷量、电荷量为为q q)以速度)以速度v v0 0从从O O点射入磁场,入射方向在点射入磁场,入射方向在xyxy平平面内,与面内,与x x轴正向的夹角为轴正向的夹角为.求:求:(1)(1)该粒子射出磁场的位置该粒子射出磁场的位置(2)(2)该粒子在磁场中运动的时间该粒子在磁场中运动的时间.(.(粒子所受重力粒子所受重力不计不计) )16pp
11、t课件300MNBrrO600Orr6001、 如图直线如图直线MN上方有磁感应强度为上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、的匀强磁场。正、负电子同时从同一点负电子同时从同一点O以与以与MN成成30角的同样速度角的同样速度v 射射入磁场(电子质量为入磁场(电子质量为m,电荷为,电荷为e),它们从磁场中射出),它们从磁场中射出时相距多远?射出的时间差是多少?时相距多远?射出的时间差是多少?【习题【习题】17ppt课件2、一个负离子,质量为一个负离子,质量为m m,电量大小为,电量大小为q q,以速率,以速率v v垂垂直于屏直于屏S S经过小孔经过小孔O O射入存在着匀强磁场的真空室中,射入存在着匀
12、强磁场的真空室中,如图所示。磁感应强度如图所示。磁感应强度B B的方向与离子的运动方向垂直,的方向与离子的运动方向垂直,并垂直于图中纸面向里并垂直于图中纸面向里. .(1 1)求离子进入磁场后到达屏)求离子进入磁场后到达屏S S上时的位置与上时的位置与O O点的距点的距离离. .(2 2)如果离子进入磁场后经过时间)如果离子进入磁场后经过时间t t到达位置到达位置P P,证明,证明: :直线直线OPOP与离子入射方向之间的夹角与离子入射方向之间的夹角跟跟t t的关系是的关系是 OBSvP18ppt课件SvvBPSvSQPQQ量变积累到一定程度发生质变,出现临界状态带电粒子在平行直线边界磁场区域
13、中的运动带电粒子在平行直线边界磁场区域中的运动19ppt课件BqmBqmt22BdvOrrrdsin222)(yrdrBqmvrt20ppt课件30 BdvOrr30021ppt课件CEFDvBO22ppt课件 要点:要先画好辅助线(半径、速度及延长线)。要点:要先画好辅助线(半径、速度及延长线)。由由sin=L/R求出。求出。由由 R2=L2 + (R-y)2 解出。解出。Bqmt 由由 得出。得出。比较学习:比较学习: 这点与带电粒子在匀强电场中的偏转情况一这点与带电粒子在匀强电场中的偏转情况一样吗?样吗?BvLR yOEO1F偏转角偏转角:侧移量侧移量y:y:经历时间经历时间t:t:带电
14、粒子在矩形磁场区域中的运动带电粒子在矩形磁场区域中的运动思考:思考:o1为线段为线段EF的中点吗?的中点吗?23ppt课件ovBdabcvB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)带电粒子在矩形磁场区域中的运动带电粒子在矩形磁场区域中的运动24ppt课件r2O2+qvr2O1v【习题【习题】25ppt课件r2O2+qvr2O1vrvmqvB2mqBLmqBrv4112222)2(LrLr452Lr 41Lr mqBLmqBrv4522vmqBL45mqBLv4粒子不打在极板上可能从左端穿出,也可能从右端穿出,必须全面分析问题粒子不打在极板上可能从左端穿出,也可能从右端穿出,必
15、须全面分析问题26ppt课件 穿过圆形磁场区。画好辅助线(半径、速度、轨穿过圆形磁场区。画好辅助线(半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线)。迹圆的圆心、连心线)。偏向角可由偏向角可由 求出。求出。Rrtan 2 Bqmt 经历经历 时间由时间由 得出。得出。注意注意: :由对称性由对称性, ,射出线的反向延长线必过磁场圆的射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。圆心。 vRvO O r带电粒子在圆形磁场区域中的运动带电粒子在圆形磁场区域中的运动27ppt课件Ov1v2v3 根据几何知识可以证根据几何知识可以证明射向圆形匀强磁场中心明射向圆形匀强磁场中心的带电粒子,都好象是从的带电粒子,都好象是从匀强磁
16、场中心射出来的。匀强磁场中心射出来的。 挖掘特殊规律一挖掘特殊规律一培养分析能力培养分析能力28ppt课件 如果带电粒子运如果带电粒子运动轨迹半径等于圆形动轨迹半径等于圆形磁场半径,则根据几磁场半径,则根据几何知识可以证明:任何知识可以证明:任意方向射入的粒子出意方向射入的粒子出射速度方向与过入射射速度方向与过入射点点O圆形磁场边界的切圆形磁场边界的切线平行线平行O挖掘特殊规律二挖掘特殊规律二培养分析能力培养分析能力29ppt课件【例题【例题】Bvv600600P(x y)yxqBmqBmTt32613606000RRx2160cos0RRy2360sin0)23,21(RRPOxyoO30p
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