高三一轮复习专题专题一带电粒子在磁场中的运动总结课件.ppt
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- 一轮 复习 专题 一带 粒子 磁场 中的 运动 总结 课件
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1、高三一轮复习专题专题高三一轮复习专题专题一带电粒子在磁场中的一带电粒子在磁场中的运动总结运动总结一种知识,两类题型一种知识,两类题型高考是一个实现人生的省力杠杆,此时是你撬动高考是一个实现人生的省力杠杆,此时是你撬动它的最佳时机,并且以后你的人生会呈弧线上升它的最佳时机,并且以后你的人生会呈弧线上升。三个临界,四种磁场三个临界,四种磁场五大应用五大应用一种知识一种知识一、洛仑兹力一、洛仑兹力磁场对磁场对运动运动电荷的作用力电荷的作用力1 1、大小:、大小:F F洛洛=Bqv=Bqv当当BvBv时,电荷不受洛仑兹力时,电荷不受洛仑兹力当当BvBv时,电荷所受洛仑兹力最大时,电荷所受洛仑兹力最大当
2、当B B与与v v成成角时,角时,F F洛洛=Bqvsin=Bqvsin 2 2、方向:用左手定则判断、方向:用左手定则判断F F洛洛+v v注意:注意:四指的方向为正电荷的运动方向,或负电四指的方向为正电荷的运动方向,或负电荷运动的反方向。荷运动的反方向。3 3、特点:洛仑兹力始终与电荷运动方向垂直,只、特点:洛仑兹力始终与电荷运动方向垂直,只改变速度的方向,而不改变速度的大小,所以改变速度的方向,而不改变速度的大小,所以洛洛仑兹力永不做功。仑兹力永不做功。4 4、洛仑兹力与安培力的关系、洛仑兹力与安培力的关系洛仑兹力是安培力的微观表现,洛仑兹力是安培力的微观表现,安培力是洛仑兹力的宏观体现
3、安培力是洛仑兹力的宏观体现IFvvvvIFvvvvf洛f洛f洛f洛f洛f洛f洛f洛BBn判断下图中带电粒子(电量判断下图中带电粒子(电量q q,重力不计)所受洛伦兹力的大小,重力不计)所受洛伦兹力的大小和方向:和方向:-B v+v B 匀速直线运动匀速直线运动FF=0一、一、带电粒子在匀强磁场中的运动(重力不计)带电粒子在匀强磁场中的运动(重力不计)匀速圆周运动匀速圆周运动粒子运动方向与磁场有一夹角(大于粒子运动方向与磁场有一夹角(大于0度小于度小于90度)度)轨迹为螺线轨迹为螺线2 2、运动方向与磁场方向垂直,做匀速圆周运动、运动方向与磁场方向垂直,做匀速圆周运动二、带电粒子(不计重力)在匀
4、强磁场中的运动二、带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动1 1、运动方向与磁场方向平行,做匀速直线运动、运动方向与磁场方向平行,做匀速直线运动洛仑兹力提供向心力洛仑兹力提供向心力2224TrmrvmBqv轨道半径:轨道半径:qmUBBqmEBqpBqmvrk212BqmT2周期:周期:与与v v、r r无关无关(4)(4)运动时间:运动时间:t=t=T/2 T/2带电粒子在磁场中运动问题的解题思路带电粒子在磁场中运动问题的解题思路找 圆 心找 圆 心画轨迹画轨迹1、已 知 两 点 速 度 方 向、已 知 两 点 速 度 方 向2、已知一点速度方向和另一点位置、已知一点速度方向和另一点位置两洛伦
5、兹力方向的延长线交点为圆心两洛伦兹力方向的延长线交点为圆心弦的垂直平分线与一直径的交点为圆心弦的垂直平分线与一直径的交点为圆心v1Ov2ABv1ABO定 半 径定 半 径 1、找圆心:方法找圆心:方法 2、定半径定半径:3、确定运动时间确定运动时间: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向心力公式求半径向心力公式求半径利用利用vR利用弦的中垂线利用弦的中垂线t=(o o/360360o o)T T一、确定带电粒子在有界磁场中运动轨迹的方法一、确定带电粒子在有界磁场中运动轨迹的方法1.如图,虚线上方存在无穷大的磁场,一带正电的粒子质如图,虚线上方存在无穷大的磁场,一带
6、正电的粒子质量量m m、电量、电量q q、若它以速度、若它以速度v v沿与虚线成沿与虚线成30300 0、60600 0、90900 0、1201200 0、1501500 0、1801800 0角分别射入,请你作出上述几种情况下角分别射入,请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。有界磁场问题:入射角入射角300时时qBmqBmt3261入射角入射角1500时时qBmqBmt35265粒子在磁场中做圆周运动的对称规律:粒子在磁场中做圆周运动的对称规律:从同一直线边界射入的粒子,从同一边界射出时从同一直线边界射入的粒子,从同一边界射出时,
7、速度与边界的夹角相等。,速度与边界的夹角相等。1 1、两个对称规律:、两个对称规律:例例2 2、如图所示,在半径为、如图所示,在半径为r r的圆形区域内,有一个匀强的圆形区域内,有一个匀强磁场,一带电粒子以速度磁场,一带电粒子以速度v v0 0从从M M点沿半径方向射入磁场区点沿半径方向射入磁场区,并由,并由N N点射出,点射出,O O点为圆心,点为圆心,AOB=120AOB=120,求粒子在磁,求粒子在磁场区的偏转半径场区的偏转半径R R及在磁场区中的运动时间。(粒子重力及在磁场区中的运动时间。(粒子重力不计)不计)rR6030r/R=tan30R=rtan60ot=(6060o o/360
8、360o o)T=T=T/6T=2 R/v030rR30336vrTtr/R=sin30 R/r=tan60301.1.圆心在哪里圆心在哪里?2.2.轨迹半径是多少轨迹半径是多少?OBdv 例例3 3:r=d/sin 3030o o=2d=2d r=mv/qBt=(3030o o/360360o o)T=T=T/12T=2 m/qBT=2 r/v小结:小结:rt/T=3030o o/360360o oA=30vqvB=mvqvB=mv2 2/r/rt=T/12=m/6qB3、偏转角、偏转角=圆心角圆心角1、两洛伦、两洛伦力的交点即圆心力的交点即圆心2、偏转角:初末速度的夹角。、偏转角:初末速度
9、的夹角。4.4.穿透磁场的时间如何求?穿透磁场的时间如何求?3 3、圆心角、圆心角=?=?t=T/12=d/3vt=T/12=d/3vm=qBr/v=2qdB/vm=qBr/v=2qdB/vff例例4 4:一个带电粒子,沿垂直于磁场的方向: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下图所射入一匀强磁场粒子的一段径迹如下图所示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小量逐渐减小(带电量不变带电量不变)从图中情况可以从图中情况可以确定确定A A粒子从粒子从a a到到b
10、b,带正电,带正电B B粒子从粒子从a a到到b b,带负电,带负电C C粒子从粒子从b b到到a a,带正电,带正电D D粒子从粒子从b b到到a a,带负电,带负电 C C-e2v.BT=2m/eBT=2m/eB例例 5、匀强磁场中,有两个电子分别以速率、匀强磁场中,有两个电子分别以速率v和和2v沿垂沿垂直于磁场方向运动,哪个电子先回到原来的出发点?直于磁场方向运动,哪个电子先回到原来的出发点?veBmvr两个电子同时回到原来的出发点两个电子同时回到原来的出发点运动周期和电子的速率无关运动周期和电子的速率无关轨道半径与粒子射入的速度成正比轨道半径与粒子射入的速度成正比v-e两个电子轨道半径
11、如何?两个电子轨道半径如何?例例6 6一个带负电粒子(质量为一个带负电粒子(质量为m m,带电量为,带电量为q q),以速率),以速率v v在磁感在磁感应强度为应强度为B B的匀强磁场中做逆时针圆周运动(沿着纸面),则该匀的匀强磁场中做逆时针圆周运动(沿着纸面),则该匀强磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外?粒子运转所形成的环强磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外?粒子运转所形成的环形电流的大小为多大?形电流的大小为多大?-m,qvF=qvB.B匀强磁场的方向为垂直于纸面向外I=q/tI=q/TT=2T=2(mv/qBmv/qB)/v/v vrT2rmvqvB2qBmvr 2 mTqBI=q/T=
12、qI=q/T=q2 2B/2mB/2m7 如图所示,水平导线中有稳恒电流通过,导线正下如图所示,水平导线中有稳恒电流通过,导线正下方电子初速度方向与电流方向相同,其后电子将方电子初速度方向与电流方向相同,其后电子将 ()(A)沿沿a运动,轨迹为圆;运动,轨迹为圆;(B)沿沿a运动,曲率半径越来越小;运动,曲率半径越来越小;(C)沿沿a运动,曲率半径越来越大;运动,曲率半径越来越大;(D)沿沿b运动,曲率半径越来越小运动,曲率半径越来越小.bvaIC8.质子和氘核经同一电压加速,垂直进入匀强磁场质子和氘核经同一电压加速,垂直进入匀强磁场中,则质子和氘核的动能中,则质子和氘核的动能E1、E2,轨道
13、半径,轨道半径r1、r2的关系是的关系是 ()(A)E1E2,r1r2;(B)E1E2,r1r2;(C)E1E2,r1r2;(D)E1E2,r1r2.B返回返回 问题9.如图所示,在y0的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于xy平面并指向纸里,磁感应强度为B.一带负电的粒子(质量为m、电荷量为q)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.求:(1)该粒子射出磁场的位置;(2)该粒子在磁场中运动的时间.(所受重力不计)返回返回问题变化问题变化:(1)若速度方向不变若速度方向不变,使速度的大小增大使速度的大小增大,则则该粒子在磁场中运动时间是否变化该粒子在磁场中运动时间是否
14、变化?问题变化问题变化:(2)若速度大小不变若速度大小不变,速度方向改变速度方向改变,则轨迹则轨迹圆的圆心的轨迹是什么曲线圆的圆心的轨迹是什么曲线?质疑讨论质疑讨论此时由于速度大小不变,则所有粒此时由于速度大小不变,则所有粒子运动的轨道半径相同,但不同粒子的子运动的轨道半径相同,但不同粒子的圆心位置不同,其共同规律是:所有粒圆心位置不同,其共同规律是:所有粒子的圆心都在以入射点为圆心,以轨道子的圆心都在以入射点为圆心,以轨道半径为半径的圆上,从而找出动圆的圆半径为半径的圆上,从而找出动圆的圆心轨迹,再确定运动轨迹的临界点。心轨迹,再确定运动轨迹的临界点。结果讨论结果讨论问题变化:问题变化:若磁
15、场的下边界为若磁场的下边界为y=L则为使粒子则为使粒子能从磁场下边界射出,则能从磁场下边界射出,则v0 至少多大?至少多大?三种临界三种临界示例示例1如图所示,宽度为如图所示,宽度为d的匀强有界磁场,磁的匀强有界磁场,磁感应强度为感应强度为B,MM和和NN是磁场左右的两条边界线是磁场左右的两条边界线。现有一质量为。现有一质量为m,电荷量为,电荷量为q的带正电粒子沿图示的带正电粒子沿图示方向垂直射入磁场中,方向垂直射入磁场中,45。要使粒子不能从。要使粒子不能从右边界右边界NN射出,求粒子入射速率的最大值为多少射出,求粒子入射速率的最大值为多少?1放缩法放缩法粒子源发射速度方向一定,大小不同的带
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