高中物理磁场对运动电荷的作用3课件人教版选修31.ppt

磁场对运动电荷的作用 基本知识回顾 1 磁场对运动电荷的作用 洛仑兹力 当v b时 f 0 当v b时 f bqv 2 洛仑兹力的方向 左手定则 3 洛仑兹力与安培力的关系 洛仑兹力是单个运动电荷受到的磁场力 而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛仑兹力的宏观表现 洛仑兹力总不做功 但安培力却可以做功 1 若v b f 0 粒子做匀速直线运动 2 若v b 粒子以v速度做匀速圆周运动 3 在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律时 着重把握 一找圆心 二找半径 三找周期或时间 这个规律 例题1 如图所示 一质子和一 粒子从a点同时以相同的动能沿垂直于磁场边界 垂直于磁场的方向射入磁场宽度为d的有界磁场中 并都能从磁场的右边界射出则以下说法正确的是 a 质子和 粒子同时射出 b 质子和 粒子从同一位置射出 c 质子和 粒子不同时射出 d 质子和 粒子从不同位置射出 先分析两者半径是否相同 以r1 m1 v1表示质子的轨道半径 质量和速度大小 以r2 m2 v2表示 粒子的轨道半径 质量和速度 由r 得 2 2 再分析两者运动时间是否相同 由轨迹重合可推知 两者穿越磁场时运动轨迹的圆心角 相同 如图所示 以t1 t1表示质子的运动时间和周期 以t2 t2和表示 粒子的运动时间和周期 例题1 如图所示 一质子和一 粒子从a点同时以相同的动能沿垂直于磁场边界 垂直于磁场的方向射入磁场宽度d为的有界磁场中 并都能从磁场的右边界射出则以下说法正确的是 a 质子和 粒子同时射出 b 质子和 粒子从同一位置射出 c 质子和 粒子不同时射出 d 质子和 粒子从不同位置射出 bc 例2 如图所示 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 电量为e 为使电子能从磁场的另一侧ef射出 求电子的速率v0至少多大 分析 当入射速率很小时 电子在磁场中转动一段圆弧后又从一侧射出 速率越大 轨道半径越大 当轨道与边界相切时 电子恰好不能从射出 如图所示 电子恰好射出时 由几何知识可得 例3 如图所示 圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场 磁感强度为b 现有一电量为q 质量为m的正离子从a点沿圆形区域的直径射入 设正离子射出磁场区域的方向与入射方向的夹角为60 求此正离子在磁场区域内飞行的时间及射出磁场时的位置 如图整个空间都充满了方向垂直于纸面向里的磁场 正离子在纸面上做圆周运动 设正离子运动一周的时间为t 则正离子沿ac由a点运动到c点所需的时间为 ao和oc都是圆弧的半径 故 aoc是等腰三角形 根据上面所得 aoc 60 可知 oac oca 60 bca bac 30 总结 若带电粒子沿圆形区域的半径射入磁场时 必沿圆形区域的半径方向射出 因此 abc也是等腰三角形 得ab bc 圆形磁场区域的半径 故射出点为c点 由 abc 120 确定 练习1 电子以速度v 垂直进入磁感强度为b的匀强磁场中 则 a 磁场对电子的作用力始终不变 b 磁场对电子的作用力始终不做功 c 电子的动量始终不变 d 电子的动能始终不变 b d 练习2 两个粒子 带电量相同 在同一匀强磁场中只受磁场力而作匀速圆周运动 a 若速度相等 则半径必相等 b 若质量相等 则周期必相等 c 若动量大小相等 则半径必相等 d 若动能相等 则周期必相等 b c 练习3 如图所示 ab是一弯管 其中心线是半径为r的一段圆弧 将它置于一匀强磁场中 磁场方向垂直于圆弧所在平面 并且指向纸外 有一束粒子对准a端射入弯管 粒子有不同的质量 不同的速度 但都是一价正离子 则 a 只有速度大小一定的粒子沿中心线通过弯管 b 只有质量大小一定的粒子沿中心线通过弯管 c 只有动量大小一定的粒子沿中心线通过弯管 d 只有能量大小一定的粒子沿中心线通过弯管 练习3 如图所示 ab是一弯管 其中心线是半径为r的一段圆弧 将它置于一匀强磁场中 磁场方向垂直于圆弧所在平面 并且指向纸外 有一束粒子对准a端射入弯管 粒子有不同的质量 不同的速度 但都是一价正离子 则 a只有速度大小一定的粒子沿中心线通过弯管 b只有质量大小一定的粒子沿中心线通过弯管 c只有动量大小一定的粒子沿中心线通过弯管 d只有能量大小一定的粒子沿中心线通过弯管 c 练习4 一个带电粒子 沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 粒子的一段径迹如图所示 径迹上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 粒子的能量逐渐减小 带电量不变 从图中情况可以确定 根据题中所给沿途空气电离 粒子的能量逐渐减小 也就是粒子的动能逐渐减小 可以知道粒子的速度逐渐减小 根据 所以粒子运动半径逐渐减小 因此 粒子一定是从b运动到a 再根据左手定则判断粒子应该带正电 练习4 一个带电粒子 沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 粒子的一段径迹如图所示 径迹上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 粒子的能量逐渐减小 带电量不变 从图中情况可以确定 b 练习5 在m n两条长直导线所在的平面内 一带电粒子的运动轨迹示意图 如图所示 已知两条导线m n只有一条导线中通有恒定电流 另一条导线中无电流 关于电流方向和粒子带电情况及运动的方向 可能是 a m中通有自上而下的恒定电流 带负电的粒子从a点向b点运动 b m中通有自上而下的恒定电流 带正电的粒子从a点向b点运动 c n中通有自下而上的恒定电流 带正电的粒子从b点向a点运动 d n中通有自下而上的恒定电流 带负电的粒子从b点向a点运动 m中通有自上而下的恒定电流 在m右侧磁场方向垂直纸面向外 根据左手定则 正粒子应该从b到a 负粒子应该从a到b n中通有自下而上的恒定电流 在n左侧磁场方向垂直纸面向外 根据左手定则 正粒子应该从b到a 负粒子应该从a到b 练习5 在m n两条长直导线所在的平面内 一带电粒子的运动轨迹如图 两条导线m n只有一条导线通有恒定电流 另一条导线中无电流 关于电流方向和粒子带电情况及运动的方向 可能是 a m中通有自上而下的恒定电流 带负电的粒子从a点向b点运动 b m中通有自上而下的恒定电流 带正电的粒子从a点向b点运动 c n中通有自下而上的恒定电流 带正电的粒子从b点向a点运动 d n中通有自下而上的恒定电流 带负电的粒子从b点向a点运动 a c 练习6 如图所示 方向垂直纸面向里的有界匀强磁场 其边界mn pq 速度不同的同种带电粒子从m点沿mn方向同时射入磁场 其中穿过a点的粒子速度为v1与pq垂直 穿过b点的粒子速度v2与pq成 60 角 设两粒子从m至a b所需时间分别为t1和t2 不计粒子重力 则t1 t2等于 粒子从m运动到a点 相当于运动了四分之一圆周 粒子从m运动到b点 相当于运动了六分之一圆周 所以有 练习6 如图所示 方向垂直纸面向里的有界匀强磁场 其边界mn pq 速度不同的同种带电粒子从m点沿mn方向同时射入磁场 其中穿过a点的粒子速度为v1与pq垂直 穿过b点的粒子速度v2与pq成 60 角 设两粒子从m至a b所需时间分别为t1和t2 不计粒子重力 则t1 t2等于 d 练习7 pq是匀强磁场里的一片薄金属片 其平面与磁场方向平行 一 粒子从a点以垂直pq的速度v射出 动能是e 射出后 粒子轨迹如图 今测得它在金属片两边的轨迹的半径之比是10 9 若在穿越板过程中粒子受到的阻力大小及电量都不变 则 b 粒子每穿过一次金属片 动能减少了0 19e 练习7 pq是匀强磁