帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)習(xí)題課3334課件

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（2）V⊥B勻速圓周運(yùn)動(dòng)（1）V//B勻速直線運(yùn)動(dòng)課前導(dǎo)學(xué)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（2）V⊥B勻速圓周運(yùn)動(dòng)（1（1）圓心的確定質(zhì)疑討論一、如何確定帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)圓心O、半徑r和運(yùn)動(dòng)時(shí)間t（1）圓心的確定質(zhì)疑討論一、如何確定帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)圓心O、O已知帶電粒子經(jīng)過(guò)軌跡圓上兩點(diǎn)及其速度確定圓心

方法一：過(guò)兩點(diǎn)作速度的垂線，兩垂線交點(diǎn)即為圓心。ABVVO已知帶電粒子經(jīng)過(guò)軌跡圓上兩點(diǎn)及其速度確定圓心O例：質(zhì)量為m帶電量為e的電子垂直磁場(chǎng)方向從M點(diǎn)進(jìn)入，從N點(diǎn)射出，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)寬度d，求粒子的初速度多大？MNVV300dBO例：質(zhì)量為m帶電量為e的電子垂直磁場(chǎng)方向從M點(diǎn)進(jìn)入，從N點(diǎn)O已知帶電粒子經(jīng)過(guò)軌跡圓上兩點(diǎn)及一點(diǎn)的速度，確定圓心

方法二：過(guò)已知速度的點(diǎn)作速度的垂線和兩點(diǎn)連線的中垂線，兩垂線交點(diǎn)即為圓心。ABVO已知帶電粒子經(jīng)過(guò)軌跡圓上兩點(diǎn)及一點(diǎn)的速度，確定圓心（1）圓心的確定（2）半徑的確定（3）運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定：質(zhì)疑討論一、如何確定帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)圓心O、半徑r和運(yùn)動(dòng)時(shí)間t（1）圓心的確定（2）半徑的確定（3）運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定：質(zhì)疑討反饋矯正

問(wèn)題1.如圖所示，在y＜0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xy平面并指向紙里，磁感應(yīng)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(chǎng)，入射方向在xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為θ.求：（1）該粒子射出磁場(chǎng)的位置；（2）該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.（所受重力不計(jì)）θ反饋矯正問(wèn)題1.如圖所示，在y＜0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)θθ質(zhì)疑討論二、粒子速度方向不變，速度大小變化

粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心都在垂直于初速度的直線上，速度增加時(shí)，軌道半徑隨著增加，尋找運(yùn)動(dòng)軌跡的臨界點(diǎn)質(zhì)疑討論二、粒子速度方向不變，速度大小變化粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的返回問(wèn)題變化１:(1)若速度方向不變,使速度的大小增大,則該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間是否變化?θ返回問(wèn)題變化１:(1)若速度方向不變,使速度的大小增問(wèn)題變化２:(2)若速度大小不變,速度方向改變,則軌跡圓的圓心的軌跡是什么曲線?問(wèn)題變化２:(2)若速度大小不變,速度方向改變,則軌跡圓的圓質(zhì)疑討論此時(shí)由于速度大小不變，則所有粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑相同，但不同粒子的圓心位置不同，其共同規(guī)律是：所有粒子的圓心都在以入射點(diǎn)為圓心，以軌道半徑為半徑的圓上，從而找出動(dòng)圓的圓心軌跡，再確定運(yùn)動(dòng)軌跡的臨界點(diǎn)。三、粒子速度大小不變，速度方向變化質(zhì)疑討論此時(shí)由于速度大小不變，則所有粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑相問(wèn)題變化３：若磁場(chǎng)的下邊界為y=L則為使粒子能從磁場(chǎng)下邊界射出，則v0

至少多大？問(wèn)題變化３：若磁場(chǎng)的下邊界為y=L則為使粒子帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)習(xí)題課3334課件質(zhì)疑討論帶電粒子的圓形軌跡與磁場(chǎng)邊界相切四、有界磁場(chǎng)的臨界條件質(zhì)疑討論帶電粒子的圓形軌跡與磁場(chǎng)邊界相切四、有界磁場(chǎng)的臨界條

問(wèn)題2.在真空中半徑為r=3cm的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，B=0.2T,方向如圖示，一帶正電的粒子以速度v=1.2×106m/s的初速度從磁場(chǎng)邊界上的直徑ab一端的a點(diǎn)射入磁場(chǎng)，已知該粒子的荷質(zhì)比q/m=108C/kg，不計(jì)粒子重力，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為多少?

ba6cm問(wèn)題2.在真空中半徑為r=3cm的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強(qiáng)磁ba6cm返回ba6cm返回分析：ba6cmV以不同方向入射，以ab為弦的圓弧θ最大，時(shí)間最長(zhǎng).

圓周運(yùn)動(dòng)的半徑∴θ

=30°T=2πR/v∴t=T/6=5.2×10-8sR=mv/qB=10-8×1.2×106÷0.2=0.06m返回θ分析：ba6cmV以不同方向入射，以ab為弦的圓弧θ最大，時(shí)為，方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一質(zhì)量為m、電荷量為－問(wèn)題3.

如圖3－6－14所示，在x軸上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．x軸下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小q的帶電粒子(不計(jì)重力)，從x軸上O點(diǎn)以速度v0

垂直x軸向上射出．求：(1)射出之后經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間粒子第二次到達(dá)x軸？(2)粒子第二次到達(dá)x軸時(shí)離O點(diǎn)的距離．圖3－6－14為，方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一質(zhì)量為m、電荷量四、霍爾效應(yīng)

1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中，如果磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。四、霍爾效應(yīng)1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)四、霍爾效應(yīng)如圖，導(dǎo)電板高度為b厚度為d放在垂直于它的磁場(chǎng)B中。當(dāng)有電流I通過(guò)它時(shí)，由于磁場(chǎng)使導(dǎo)體內(nèi)移動(dòng)的電荷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在A、A’

兩側(cè)分別聚集了正、負(fù)電荷，在導(dǎo)電板的A、A’

兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差U。設(shè)導(dǎo)電板內(nèi)運(yùn)動(dòng)電荷的平均定向速率為v，它們?cè)诖艌?chǎng)中受到的洛侖茲力為：當(dāng)導(dǎo)電板的A、A’

兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)差后，運(yùn)動(dòng)電荷會(huì)受到電場(chǎng)力：導(dǎo)電板內(nèi)電流的微觀表達(dá)式為：由以上各式解得：其中叫霍爾系數(shù)四、霍爾效應(yīng)如圖，導(dǎo)電板高度為b厚度為d放在垂直于北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的重大改造工程就是要再添磁力。

北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)在我國(guó)大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，為示范之作。1988年10月16日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被形容為“我國(guó)繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就”。北京正負(fù)對(duì)撞機(jī)重大改造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級(jí)換代”，繼續(xù)立在國(guó)際高能物理的前端。北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程完工后，將成為世界上最先進(jìn)的雙環(huán)對(duì)撞機(jī)之一。北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘大科學(xué)裝置的世界上最大、能量最高的粒子加速器——?dú)W洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

世界上最大、能量最高的粒子加速器帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（2）V⊥B勻速圓周運(yùn)動(dòng)（1）V//B勻速直線運(yùn)動(dòng)課前導(dǎo)學(xué)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（2）V⊥B勻速圓周運(yùn)動(dòng)（1（1）圓心的確定質(zhì)疑討論一、如何確定帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)圓心O、半徑r和運(yùn)動(dòng)時(shí)間t（1）圓心的確定質(zhì)疑討論一、如何確定帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)圓心O、O已知帶電粒子經(jīng)過(guò)軌跡圓上兩點(diǎn)及其速度確定圓心

方法一：過(guò)兩點(diǎn)作速度的垂線，兩垂線交點(diǎn)即為圓心。ABVVO已知帶電粒子經(jīng)過(guò)軌跡圓上兩點(diǎn)及其速度確定圓心O例：質(zhì)量為m帶電量為e的電子垂直磁場(chǎng)方向從M點(diǎn)進(jìn)入，從N點(diǎn)射出，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)寬度d，求粒子的初速度多大？MNVV300dBO例：質(zhì)量為m帶電量為e的電子垂直磁場(chǎng)方向從M點(diǎn)進(jìn)入，從N點(diǎn)O已知帶電粒子經(jīng)過(guò)軌跡圓上兩點(diǎn)及一點(diǎn)的速度，確定圓心

方法二：過(guò)已知速度的點(diǎn)作速度的垂線和兩點(diǎn)連線的中垂線，兩垂線交點(diǎn)即為圓心。ABVO已知帶電粒子經(jīng)過(guò)軌跡圓上兩點(diǎn)及一點(diǎn)的速度，確定圓心（1）圓心的確定（2）半徑的確定（3）運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定：質(zhì)疑討論一、如何確定帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)圓心O、半徑r和運(yùn)動(dòng)時(shí)間t（1）圓心的確定（2）半徑的確定（3）運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定：質(zhì)疑討反饋矯正

問(wèn)題1.如圖所示，在y＜0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xy平面并指向紙里，磁感應(yīng)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(chǎng)，入射方向在xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為θ.求：（1）該粒子射出磁場(chǎng)的位置；（2）該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.（所受重力不計(jì)）θ反饋矯正問(wèn)題1.如圖所示，在y＜0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)θθ質(zhì)疑討論二、粒子速度方向不變，速度大小變化

粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心都在垂直于初速度的直線上，速度增加時(shí)，軌道半徑隨著增加，尋找運(yùn)動(dòng)軌跡的臨界點(diǎn)質(zhì)疑討論二、粒子速度方向不變，速度大小變化粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的返回問(wèn)題變化１:(1)若速度方向不變,使速度的大小增大,則該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間是否變化?θ返回問(wèn)題變化１:(1)若速度方向不變,使速度的大小增問(wèn)題變化２:(2)若速度大小不變,速度方向改變,則軌跡圓的圓心的軌跡是什么曲線?問(wèn)題變化２:(2)若速度大小不變,速度方向改變,則軌跡圓的圓質(zhì)疑討論此時(shí)由于速度大小不變，則所有粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑相同，但不同粒子的圓心位置不同，其共同規(guī)律是：所有粒子的圓心都在以入射點(diǎn)為圓心，以軌道半徑為半徑的圓上，從而找出動(dòng)圓的圓心軌跡，再確定運(yùn)動(dòng)軌跡的臨界點(diǎn)。三、粒子速度大小不變，速度方向變化質(zhì)疑討論此時(shí)由于速度大小不變，則所有粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑相問(wèn)題變化３：若磁場(chǎng)的下邊界為y=L則為使粒子能從磁場(chǎng)下邊界射出，則v0

至少多大？問(wèn)題變化３：若磁場(chǎng)的下邊界為y=L則為使粒子帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)習(xí)題課3334課件質(zhì)疑討論帶電粒子的圓形軌跡與磁場(chǎng)邊界相切四、有界磁場(chǎng)的臨界條件質(zhì)疑討論帶電粒子的圓形軌跡與磁場(chǎng)邊界相切四、有界磁場(chǎng)的臨界條

問(wèn)題2.在真空中半徑為r=3cm的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，B=0.2T,方向如圖示，一帶正電的粒子以速度v=1.2×106m/s的初速度從磁場(chǎng)邊界上的直徑ab一端的a點(diǎn)射入磁場(chǎng)，已知該粒子的荷質(zhì)比q/m=108C/kg，不計(jì)粒子重力，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為多少?

ba6cm問(wèn)題2.在真空中半徑為r=3cm的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強(qiáng)磁ba6cm返回ba6cm返回分析：ba6cmV以不同方向入射，以ab為弦的圓弧θ最大，時(shí)間最長(zhǎng).

圓周運(yùn)動(dòng)的半徑∴θ

=30°T=2πR/v∴t=T/6=5.2×10-8sR=mv/qB=10-8×1.2×106÷0.2=0.06m返回θ分析：ba6cmV以不同方向入射，以ab為弦的圓弧θ最大，時(shí)為，方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一質(zhì)量為m、電荷量為－問(wèn)題3.

如圖3－6－14所示，在x軸上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．x軸下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小q的帶電粒子(不計(jì)重力)，從x軸上O點(diǎn)以速度v0

垂直x軸向上射出．求：(1)射出之后經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間粒子第二次到達(dá)x軸？(2)粒子第二次到達(dá)x軸時(shí)離O點(diǎn)的距離．圖3－6－14為，方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一質(zhì)量為m、電荷量四、霍爾效應(yīng)

1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中，如果磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。四、霍爾效應(yīng)1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)四、霍爾效應(yīng)如圖，導(dǎo)電板高度為b厚度為d放在垂直于它的磁場(chǎng)B中。當(dāng)有電流I通過(guò)它時(shí)，由于磁場(chǎng)使導(dǎo)體內(nèi)移動(dòng)的電荷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在A、A’

兩側(cè)分別聚集了正、負(fù)電荷，在導(dǎo)電板的A、A’

兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差U。設(shè)導(dǎo)電板內(nèi)運(yùn)動(dòng)電荷的平均定向速率為v，它們?cè)诖艌?chǎng)中受到的洛侖茲力為：當(dāng)導(dǎo)電板的A、A’

兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)差后，運(yùn)動(dòng)電荷會(huì)受到電場(chǎng)力：導(dǎo)電板內(nèi)電流的微觀表達(dá)式為：由以上各式解得：其中叫霍爾系數(shù)四、霍爾效應(yīng)如圖，導(dǎo)電板高度為b厚度為d放在垂直于北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的重大改造工程就是要再添磁力。