帶電粒子在磁場中運(yùn)動專題課件

1、高考物理第一輪專題復(fù)習(xí)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動類型(1)進(jìn)入有半無邊界磁場(2)進(jìn)入圓形邊界磁場(3)進(jìn)入矩形邊界磁場第1頁，共23頁。帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動問題分類解析OBSVP圖1一、帶電粒子在半無界磁場中的運(yùn)動MNO,LAO圖3P二、帶電粒子在圓形磁場中的運(yùn)動BABdVV300O圖5三、帶電粒子在長足夠大的長方形磁場中的運(yùn)動llr1OV+qV圖6四、帶電粒子在正方形磁場中的運(yùn)動五、帶電粒子在環(huán)狀磁場中的運(yùn)動第2頁，共23頁。一.帶電粒子在半無界磁場中的運(yùn)動 (1)垂直進(jìn)入 (2)有角度進(jìn)入 OBS第3頁，共23頁。 例1.(02年高考)如圖所示，在y0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于

2、xy平面并指向紙面向里，磁感強(qiáng)度為B.一帶負(fù)電的粒子（質(zhì)量為m、電荷量為q）以速度v0從O點(diǎn)射入磁場，入射方向在xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為.求：(1)該粒子射出磁場的位置(2)該粒子在磁場中運(yùn)動的 時間.(粒子所受重力不計)典型例題第4頁，共23頁。典型例題第5頁，共23頁。r RvO/O(1)偏角 (2)時間:二.帶電粒子在圓形磁場中的運(yùn)動 第6頁，共23頁。例2.如圖所示，一個質(zhì)量為m、電量為q的正離子，從A點(diǎn)正對著圓心O以速度v射入半徑為R的絕緣圓筒中。圓筒內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。要使帶電粒子與圓筒內(nèi)壁碰撞多次后仍從A點(diǎn)射出，求正離子在磁場中運(yùn)動的時間t.

3、設(shè)粒子與圓筒內(nèi)壁碰撞時無能量和電量損失，不計粒子的重力。OAv0Bv二.帶電粒子在圓形磁場中的運(yùn)動 第7頁，共23頁。二.帶電粒子在圓形磁場中的運(yùn)動 第8頁，共23頁。典型例題 例如圖所示，在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)，存在磁感應(yīng)強(qiáng)為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場。a、b、c三點(diǎn)將圓周等分，三對間距為d的平行金屬板通過三點(diǎn)分別與圓相切，切點(diǎn)處有小孔與磁場相通，板間電壓均為U。一個質(zhì)量為m，電量為+q的粒子從s點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動，經(jīng)過一段時間又回到s點(diǎn)。不計重力,試求：(1)電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)滿足什么關(guān)系？(2)粒子從s點(diǎn)出發(fā)后，第一次回到s點(diǎn)所經(jīng)歷的時間。第9頁，共23頁。例題3.電視機(jī)的顯像管中

4、，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。電子經(jīng)過電壓為U的加速電場后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)，如圖所示。磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為O，半徑為r。當(dāng)不加時，電子束將通過O點(diǎn)打到屏幕的中心M點(diǎn)。為了讓電子束射到屏幕邊緣P。需加磁場，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度。此時磁場的磁感強(qiáng)度B應(yīng)為多少？ 2002年全國第10頁，共23頁。(1)偏轉(zhuǎn)角:sin=L/R(2)側(cè)移由R2=L2-(R-y)2(3)時間:三.帶電粒子在矩形磁場中的運(yùn)動 第11頁，共23頁。BAPvQ例4.如圖所示，AB為水平放置的足夠長的平行板，板間距離d=1.0102m，A板中央有一電子源P，在紙面內(nèi)沿PQ方向發(fā)射速度在0-3.2107

5、m/s范圍內(nèi)的電子，Q為P點(diǎn)正上方B板上的一點(diǎn)，若板間加一垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=9.1103T，已知電子的質(zhì)量m=9.11031kg，電子電量e=1.61019C，不計電子的重力和電子間的相互作用，且電子打到板上均被吸收，并轉(zhuǎn)移到大地。求電子擊中AB板上的范圍，并畫出電子經(jīng)過相應(yīng)范圍邊界的運(yùn)動軌跡圖。三.帶電粒子在矩形磁場中的運(yùn)動 第12頁，共23頁。三.帶電粒子在矩形磁場中的運(yùn)動 BPQHNMFA第13頁，共23頁。第三講帶電粒子在電磁場(復(fù)合場)中運(yùn)動第14頁，共23頁。 例1.一個質(zhì)量為m,電量為q的帶電粒子以一定的初速度V0垂直于電場強(qiáng)度方向飛入場強(qiáng)為E、寬度為d的勻

6、強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場區(qū)，飛離電場區(qū)時運(yùn)動方向的偏轉(zhuǎn)角為，如圖(a)所示如果該帶電粒子以同樣速度垂直飛進(jìn)同樣寬度的勻強(qiáng)磁場區(qū)，飛離磁場區(qū)時運(yùn)動方向偏轉(zhuǎn)角也為，如圖(b)所示試求磁感強(qiáng)度B的大小(不計重力)典型例題第15頁，共23頁。AEBBLd 例2.空間分布著圖示的勻強(qiáng)磁場B和勻強(qiáng)電場E，一帶電粒子質(zhì)量為m，電量為q，從A點(diǎn)由靜止釋放后經(jīng)電場加速進(jìn)入磁場，穿過中間磁場進(jìn)入右邊磁場后能按某一路徑再返回A點(diǎn)而重復(fù)前述過程。求中間磁場的寬度d和粒子的運(yùn)動周期.典型例題第16頁，共23頁。OO3O1O2600第17頁，共23頁。 例3、如圖10所示，兩個共軸的圓筒形金屬電極，外電極接地，其上均勻分布著平行于軸線

7、的四條狹縫a、b、c和d，外筒的外半徑為r，在圓筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場，磁感強(qiáng)度的大小為B。在兩極間加上電壓，使兩圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿半徑向外的電場。一質(zhì)量為、帶電量為q的粒子，從緊靠內(nèi)筒且正對狹縫a的S點(diǎn)出發(fā)，初速為零。如果該粒子經(jīng)過一段時間的運(yùn)動之后恰好又回到出發(fā)點(diǎn)S，則兩電極之間的電壓U應(yīng)是多少？（不計重力，整個裝置在真空中）abc d S圖10第18頁，共23頁。解析：帶電粒子從S出發(fā)，在兩極之間的電場力作用下加速，沿徑向穿出a而進(jìn)入磁場區(qū)，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動，粒子再回到S點(diǎn)的條件是能沿徑向穿過狹縫d，只要穿過了d，粒子就會在電場力作用下先減速，再反

8、向加速，經(jīng)d重新進(jìn)入磁場區(qū)，然后粒子將以同樣方式經(jīng)過c、b，再經(jīng)過a回到S點(diǎn)。粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動的半徑為R，洛倫茲力提供作向心力有：由前面分析可知，要回到S點(diǎn)，粒子從a到d，必經(jīng)過3/4 圓周，所以半徑R=r0（3）由以上各式可得設(shè)粒子射入磁場區(qū)的速度為v，根據(jù)動能定理有： 第19頁，共23頁。例4:如圖，在xoy平面內(nèi)，第I象限內(nèi)有勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E，方向沿y軸正方向，在x軸正下方有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，今有一質(zhì)量為m，電量為e的電子（不計重力），從y軸上的P點(diǎn)以初速度v0垂直于電場方向進(jìn)入電場，經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后，沿著與x軸成450進(jìn)入磁場，并能返回

9、原出發(fā)點(diǎn)P。EBxyov0P（1）說明電子的運(yùn)動情況，并作出電子運(yùn)動軌跡的示意圖；（2）求P點(diǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離h；（3）電子從P點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過多長時間第一次返回到P點(diǎn)？高考熱點(diǎn)：第20頁，共23頁。EBxyov0v0第21頁，共23頁。09寧夏25(18分)如圖所示，在第一象限有一均強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E，方向與y軸平行；在x軸下方有一均強(qiáng)磁場，磁場方向與紙面垂直。一質(zhì)量為m、電荷量為-q(q0)的粒子以平行于x軸的速度從y軸上的P點(diǎn)處射入電場，在x軸上的Q點(diǎn)處進(jìn)入磁場，并從坐標(biāo)原點(diǎn)O離開磁場。粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡與y軸交于M點(diǎn)。已知OP=,不計重力求（1）M點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)O間的距離；（2）粒子從P點(diǎn)運(yùn)動到M點(diǎn)所用的時間。第22頁，共23頁。(2004全國理綜24)如圖所示，在y0的空間存在勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)沿y軸負(fù)方向；在y0空間中存在勻強(qiáng)磁場，磁場的方向垂直xy平面(紙面)向外。一