高中物理 38 习题课 带电粒子在磁场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

高中物理 选修3 1 浙 第8讲习题课带电粒子在磁场中的运动 目标定位 1 会计算洛伦兹力的大小 并能判断其方向 2 掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 并能解决确定圆心 半径 运动轨迹 周期 运动时间等相关问题 3 能分析计算带电粒子在复合场中的运动 4 能够解决速度选择器 磁流体发电机 质谱仪等磁场的实际应用问题 一 带电粒子在有界匀强磁场中的运动1 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 垂直射入匀强磁场的带电粒子 洛伦兹力总是与速度垂直 不改变速度的 只改变速度的 起到了的作用 所以 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子 在匀强磁场中做运动 大小 方向 向心力 匀速圆周 二 复合场的分类1 叠加场 电场 重力场共存 或其中某两场共存 2 组合场 电场与磁场各位于一定的区域内 并不重叠或相邻或在同一区域电场 磁场出现 磁场 交替 三 带电粒子在复合场中的运动形式1 静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时 将处于状态或做 2 匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小 方向时 带电粒子在洛伦兹力的作用下 在垂直于匀强磁场的平面内做运动 静止 匀速直线运动 相等 相反 匀速圆周 3 分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的组合场区域 其运动情况随区域发生变化 其运动过程由几种不同的运动阶段组成 一 带电粒子在有界匀强磁场中的匀速圆周运动1 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法 三步法 1 画轨迹 先确定圆心 再画出运动轨迹 然后用几何方法求半径 2 找联系 轨道半径与磁感应强度 运动速度相联系 偏转角度与圆心角 运动时间相联系 在磁场中运动的时间与周期相联系 2 带电粒子在有界磁场中的圆周运动的几种常见情形 1 直线边界 进出磁场具有对称性 如图3 8 1所示 图3 8 1 2 平行边界 存在临界条件 如图3 8 2所示 图3 8 2 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图3 8 3所示 图3 8 3 3 带电粒子在有界磁场中运动 往往出现临界条件 可以通过对轨迹圆放大的方法找到相切点如图3 8 2 c 图 注意找临界条件 注意挖掘隐含条件 例1 如图3 8 4所示 在y 0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 图3 8 3 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 例2 如图3 8 5所示 匀强磁场的磁感应强度为b 宽度为d 边界为cd和ef 一电子从cd边界外侧以速率v0垂直射入匀强磁场 入射方向与cd边界间夹角为 已知电子的质量为m 电荷量为e 为使电子能从磁场的另一侧ef射出 求 1 电子的速率v0至少多大 2 若 角可取任意值 v0的最小值是多少 图3 8 5 图3 8 6 二 带电粒子在复合场中的运动处理带电粒子在复合场中的运动的基本思路 1 弄清复合场的组成 2 进行受力分析 3 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 4 画出粒子运动轨迹 灵活选择不同的运动规律 1 当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时 根据受力平衡列方程求解 2 当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时 一定是电场力和重力平衡 洛伦兹力提供向心力 应用平衡条件和牛顿定律分别列方程求解 3 当带电粒子做复杂曲线运动时 一般用动能定理或能量守恒定律求解 5 记住三点 1 受力分析是基础 2 运动过程分析是关键 3 根据不同的运动过程及物理模型 选择合适的规律列方程 例4 2014 台州高二检测 如图3 8 7所示 在地面附近有一个范围足够大的相互正交的匀强电场和匀强磁场 匀强磁场的磁感应强度为b 方向水平并垂直纸面向外 一质量为m 带电荷量为 q的带电微粒在此区域恰好做速度大小为v的匀速圆周运动 重力加速度为g 图3 8 7 1 求此区域内电场强度的大小和方向 2 若某时刻微粒运动到场中距地面高度为h的p点 速度与水平方向成45 的角 如图所示 则该微粒至少需要经过多长时间运动到距地面最高点 最高点距地面多高 三 带电粒子在组合场中的运动1 这类问题往往是粒子依次通过几个并列的场 如电场与磁场并列 其运动性质随区域场的变化而变化 2 解题时要弄清楚场的性质 场的方向 强弱 范围等 3 要进行正确的受力分析 确定带电粒子的运动状态 4 分析带电粒子的运动过程 画出运动轨迹是解题的关键 5 解题技巧 组合场中电场和磁场是各自独立的 计算时可以单独使用带电粒子在电场或磁场中的运动公式来列式处理 电场中常有两种运动方式 加速或偏转 而匀强磁场中 带电粒