6.1带电粒子在磁场中的运动 飞鸥网.ppt

6 1带电粒子在磁场中的运动 一 磁场1 磁体周围存在磁场 运动电荷周围存在磁场 2 磁感应强度 1 通电导线在与磁场垂直时 受到的磁场力跟il的比值 2 公式 b 适用于i b时 单位 t 特 1t 1n a m 3 方向 a 小磁针n极受力方向 b 小磁针静止时n极的指向 c 磁感线的切线方向 二 磁感线1 为了形象的描述磁场的强弱和方向 而在磁场中画出一系列曲线 曲线上任何一点的切线方向与该点的磁场方向一致 磁感线的疏密表示磁场的强弱 2 磁感线是闭合曲线 3 磁体外磁感线从n极指向s极 磁体内从s极指向n极 4 几种典型磁感线 三 磁现象的电本质1 安培分子电流假说 在物质微粒内部存在一种环形电流 使每一个微粒成为一个微小的磁体 当小磁体在物质内部排列趋向大致相同时 该物体对外显示磁性 此时我们称此物体为磁体 2 磁现象的电本质 无论电流产生的磁场 运动电荷产生的磁场 还是磁铁产生的磁场 其实质都是由于电荷的运动而产生的 四 安培定则 右手螺旋定则 1 通电直导线 右手大拇指代表通电直导线的电流方向 弯曲四指代表磁感线的环绕方向 2 环形电流和通电螺线管 大拇指代表内部磁感线方向 弯曲的四指代表电流环绕方向 5 一 磁场对电流的作用 1 通电导线在磁场中要受到力的作用 安培力 6 2 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中 让磁力线垂直穿入手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么 大拇指所指的方向 就是通电导线所受的安培力的方向 3 公式 f bilsina a为磁场方向与通电直导线之间的夹角 说明 1 已知磁场方向 电流方向和安培力方向中任何两个方向可以利用安培定则判断第三个的方向 2 当通电导线跟磁场方向平行时 磁场对导线的作用力为零 如果通电导线跟磁场方向既不垂直也不平行而成任一角度 磁场对电流有作用力 但作用力比互相垂直时要小 一 洛仑兹力方向 1 洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力 2 洛仑兹力方向 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四指垂直 且处于同一平面内 让磁感线垂直穿入掌心 四指指向正电荷运动的方向 或负电荷运动的反方向 那么 拇指所指的方向就是电荷所受洛仑兹力力的方向 3 说明 1 洛仑兹力f的方向既垂直于磁场b的方向 又垂直于运动电荷速度v的方向 即f总是垂直于b和v所在的平面 2 洛仑兹力方向总是垂直于电荷运动方向 当电荷运动方向发生变化时 洛仑兹力的方向也随之变化 3 由于洛仑兹力f总和电荷运动方向v垂直 所以洛仑兹力对电荷不做功 二 洛仑兹力的大小 1 计算公式 为磁场b与速度v的夹角 说明 1 当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时 f 0 2 当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时 f qvb 3 只有运动电荷在磁场中才有可能受到洛伦兹力作用 静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为0 三 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 2 求半径 1 向心力由洛仑兹力提供 洛仑兹力的作用 只改变其运动方向 不改变其速度大小 适用 向心力由洛仑兹力提供 3 求周期 适用 向心力由洛仑兹力提供 1 圆心的确定 洛仑兹力的方向永远指向圆心的特点 只要找到圆运动入射点和出射点的洛仑兹力的方向 其延长线的交点必为圆心 圆上的弦中垂线和半径的交点是圆心 四 带电粒子的部分圆周运动运算1 解题口诀 画轨迹 定圆心 求半径 要点 半径和速度方向垂直 a 2 求半径 用三角函数 几何知识 或 3 确定轨迹所对的圆心角 求运动时间 得 二 部分圆周运动的推论1 若粒子从同一边界进出 入射速度和出射速度与边界的夹角相同 2 在圆形磁场区域内 沿半径进去的粒子必沿着另一半径出来 3 当圆周运动周期不变时 圆心角越大 运动时间越长 4 当粒子速度一定时 弧长 或弦长 越长 圆心角越大 运动时间越长 5 刚好穿出有界磁场边界的条件是带电粒子的轨迹与边界相切 一 粒子在磁场中运动的物理量 r v t f a的关系 二 带电粒子运动的多解性1 电性不确定造成的多解性2 磁场方向不确定造成的多解性3 轨迹的多样性造成的多解性4 轨迹的重复性造成的多解性 三 电荷在复合场中的运动1 直线运动 a 电荷在电场力 重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动时 一定是做匀速直线运动 b 解题方法 f合 0 2 圆周运动电荷在复合场中如果做匀速圆周运动 只能是洛伦兹力提供向心力 其它力的合力为零才能实现 由于物体做匀速圆周运动的条件是 所受合外力大小恒定 方向时刻和速度方向垂直 3 曲线运动若带电粒子做曲线运动时 它的运动轨迹不是圆弧 也不是抛物线 而是一种复杂的曲线运动 因为粒子的合外力是一种变力 且与速度方向不在一条直线上 一 速度选择器重力可忽略 运动方向相同而速率不同的正粒子射入正交电磁场中 轨迹不发生偏转的条件 qbv qe得v e b 1 当v e b时 粒子向上偏转 2 当v e b时 粒子向下偏转 v qvb qe 二 质谱仪 电场能使带电粒子加速 又能使带电粒子偏转 磁场虽不能使带电粒子速率变化 但能使带电粒子发生偏转 质谱仪 利用磁场对带电粒子的偏转 由带电粒子的电荷量 轨道半径确定其质量的仪器 叫做 质谱仪的构造 带电粒子注入器 加速电场 u 速度选择器 e b1 偏转磁场 b2 照相底片 质谱仪 4 质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 推导 可见质量和直径一一对应 三 回旋加速器 1 带电粒子在两d形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期 2 粒子每经过一个周期 被电场加速二次 电场方向改变两次 3 带电粒子每经电场加速一次 回旋半径就增大一次 每次增加的动能为 4 磁场偏转 得 5 了解其它类型的加速器 直线加速器 同步加速器 电子感应加速器 串列加速器 电子对撞机等 1 原理 等离子气体喷入磁场 正 负离子在洛仑磁力作用下发生偏转 而聚集在a b板上 产生电势差 2 板上聚集电荷越多 板上电势差越大 3 板间电势差最大 即电源电动势最大的条件 粒