帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動ppt課件

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帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動,1,,一、帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動 圓周運(yùn)動的軌道半徑 圓周運(yùn)動的周期 圓心的確定 半徑的確定和計算 運(yùn)動時間的確定 二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的偏轉(zhuǎn) 07屆12月江蘇省丹陽中學(xué)試卷9 07屆12月江蘇省丹陽中學(xué)試卷18 07學(xué)年南京市期末質(zhì)量調(diào)研6 07年1月蘇州市教學(xué)調(diào)研測試11 07年1月海淀區(qū)期末練習(xí)16 07年天津五區(qū)縣重點(diǎn)校聯(lián)考17 06年江蘇連云港市最后模擬考試17 2007年理綜寧夏卷24 07年廣東普寧市華僑中學(xué)三模卷20,帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動,2,一、帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動,當(dāng)帶電粒子速度方向與磁場垂直時，帶電粒子在垂直于磁感應(yīng)線的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動．,1.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中僅受洛侖茲力而做勻速圓周運(yùn)動時，洛侖茲力充當(dāng)向心力：,軌道半徑：,角速度：,周期：,頻率：,動能：,,3,圓周運(yùn)動的軌道半徑,帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動所需要的向心力是由粒子 所受的洛侖茲力提供的，,所以,由此得到,在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的帶電粒子，它的軌道 半徑跟粒子的運(yùn)動速率成正比．運(yùn)動的速率越大， 軌道的半徑也越大．,,4,圓周運(yùn)動的周期,可見粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期 跟軌道半徑和運(yùn)動速率無關(guān)．,粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的三個基本公式：,①洛侖茲力提供向心力,②軌跡半徑,③周期,（T與R，v 無關(guān)）,,5,4.帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動的分析方法,(1),圓心的確定,如何確定圓心是解決問題的前提，也是解題的關(guān)鍵． 首先,應(yīng)有一個最基本的思路：即圓心一定在與速度方向垂直的直線上．圓心位置的確定通常有兩種方法:,a.已知入射方向和出射方向時，可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向 的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌 道的圓心(如圖所示，圖中P為入射點(diǎn)， M為出射點(diǎn))．,b. 已知入射方向和出射點(diǎn)的位置時，可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線,連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn), 作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧 軌道的圓心(如圖示，P為入射點(diǎn)，M為出 射點(diǎn))．,,6,(2),半徑的確定和計算,利用平面幾何關(guān)系,求出該圓的可能半徑(或圓心角)．并注意以下兩個重要的幾何特點(diǎn)：,a. 粒子速度的偏向角(φ)等于回旋角 (α)，并等于AB弦與切線的夾角(弦切角θ)的2倍(如圖)， 即．φ=α=2θ=ωt,b. 相對的弦切角(θ)相等， 與相鄰的弦切角(θ′)互補(bǔ)， 即．θ+θ′ =180°,,7,(3),a. 直接根據(jù)公式 t =s / v 或 t =α/ω求出運(yùn)動時間t,b. 粒子在磁場中運(yùn)動一周的時間為T，當(dāng)粒子運(yùn)動的圓弧所對應(yīng)的圓心角為α?xí)r，其運(yùn)動時間可由下式表示：,運(yùn)動時間的確定,,8,二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的偏轉(zhuǎn),⑴穿過矩形磁場區(qū)。要先畫好輔助線（半徑、速度及延長線）。,偏轉(zhuǎn)角由sinθ=L/R求出。,側(cè)移由 R2=L2 - (R-y)2 解出。,經(jīng)歷時間由 得出。,注意，這里射出速度的反向延長線與初速度延長線的交點(diǎn)不再是寬度線段的中點(diǎn)， 這點(diǎn)與帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)結(jié)論不同！,,,9,⑵ 穿過圓形磁場區(qū)。畫好輔助線（半徑、速度、軌跡圓的圓心、連心線）。,偏角可由 求出。,經(jīng)歷 時間由 得出。,注意:由對稱性,射出線的反向延長線必過磁場圓的圓心。,,,10,07屆12月江蘇省丹陽中學(xué)試卷9,9．如圖所示，在一勻強(qiáng)磁場中有三個帶電粒子，其中1和2為質(zhì)子、3為α粒子的徑跡．它們在同一平面內(nèi)沿逆時針方向作勻速圓周運(yùn)動，三者軌道半徑r1＞r2＞r3，并相切于P點(diǎn)．設(shè)T、v、a、t分別表示它們作圓周運(yùn)動的周期、線速度、向心加速度以及各自從經(jīng)過P點(diǎn)算起到第一次通過圖中虛線MN所經(jīng)歷的時間，則（ ）,A． B． C． D．,解：,T=2πm／qB∝m/q ，A對,r=mv／qB v=qBr/m ∝ qr / m, B錯,a=v2/r= q2B2r/m2 ∝ q2r / m2 ， C對,從P點(diǎn)逆時針第一次通過圖中虛線MN時，轉(zhuǎn)過的圓心角θ1θ2θ3, D對。,A C D,,11,07屆12月江蘇省丹陽中學(xué)試卷18,18．(16分)如圖所示，紙平面內(nèi)一帶電粒子以某一速度做直線運(yùn)動，一段時間后進(jìn)入一垂直于紙面向里的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域(圖中未畫出磁場區(qū)域)，粒子飛出磁場后從上板邊緣平行于板面進(jìn)入兩面平行的金屬板間，兩金屬板帶等量異種電荷，粒子在兩板間經(jīng)偏轉(zhuǎn)后恰從下板右邊緣飛出．已知帶電粒子的質(zhì)量為m，電量為q，其重力不計，粒子進(jìn)入磁場前的速度方向與帶電板成θ＝60°角．勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，帶電板板長為l，板距為d，板間電壓為U．試解答： (1)上金屬板帶什么電? (2)粒子剛進(jìn)入金屬板時速度為多大? (3)圓形磁場區(qū)域的最小面積為多大?,,,12,解：,（1）在磁場中向右偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶負(fù)電； 在電場中向下偏轉(zhuǎn)，所以上金屬板帶負(fù)電。,（2）設(shè)帶電粒子進(jìn)入電場的初速度為v， 在電場中偏轉(zhuǎn)的有,解得,,,,13,(3)如圖所示，帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力作為向心力，設(shè)磁偏轉(zhuǎn)的半徑為R，圓形磁場區(qū)域的半徑為r，則,由幾何知識可得 r=Rsin30° ⑤,圓形磁場區(qū)域的最小面積為,,題目,,14,07學(xué)年南京市期末質(zhì)量調(diào)研6,6．如圖是某離子速度選擇器的原理示意圖，在一半徑為R=10cm的圓形筒內(nèi)有B= 1×10-4 T 的勻強(qiáng)磁場,方向平行于軸線。在圓柱形筒上某一直徑兩端開有小孔a、b分別作為入射孔和出射孔?，F(xiàn)有一束比荷為q/m=2 ×1011 C/kg的正離子，以不同角度α入射，最后有不同速度的離子束射出，其中入射角 α =30°,且不經(jīng)碰撞而直接從出射孔射出的離子的速度v大小是 （ ）,A．4×105 m/s B． 2×105 m/s C． 4×106 m/s D． 2×106 m/s,C,解見下頁,,,15,解：,作入射速度的垂線與ab的垂直平分線交于O′點(diǎn)， O′點(diǎn)即為軌跡圓的圓心。畫出離子在磁場中的軌跡如圖示：,∠a O′b=2 =60°， ∴r=2R=0.2m,,,16,07年1月蘇州市教學(xué)調(diào)研測試11,11．電子在勻強(qiáng)磁場中以某固定的正電荷為中心做順時針方向的勻速圓周運(yùn)動，如圖所示．磁場方向與電子運(yùn)動平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電子速率為v，正電荷與電子的帶電量均為e，電子質(zhì)量為m，圓周半徑為r，則下列判斷中正確的是（ ）,A．如果 ，則磁感線一定指向紙內(nèi) B．如果 ，則電子角速度為 C．如果 ，則電子不能做勻速圓周運(yùn)動 D．如果 ，則電子角速度 可能有兩個值,A B D,解見下頁,,,17,解:,設(shè)F= ke2 /r2 f=Bev 受力情況如圖示：,若Ff ,若磁感線指向紙外，則電子不能做勻速圓周運(yùn)動,若Ff , 若磁感線指向紙內(nèi)，磁場力和電場力之和作為 向心力, A對。,若Ff ,若磁感線指向紙外， F-f =mω1 r2,若Ff ,若磁感線指向紙內(nèi)， F+f =mω2r2,所以，若Ff ,角速度可能有兩個值，D對C錯。,若2F=f , 磁感線一定指向紙內(nèi)，,F+f =mωr2,3f =mωr2,3Bev =mωr2 =mωv,B對。,,,18,07年1月海淀區(qū)期末練習(xí)16,16．（8分）如圖所示，虛線所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場，電子束經(jīng)過磁場區(qū)后，其運(yùn)動的方向與原入射方向成θ角。設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為e，不計電子之間的相互作用力及所受的重力。求： （1）電子在磁場中運(yùn)動軌跡的半徑R； （2）電子在磁場中運(yùn)動的時間t； （3）圓形磁場區(qū)域的半徑r。,,,19,解：,（1）由牛頓第二定律和洛淪茲力公式得,解得,（2）設(shè)電子做勻速圓周運(yùn)動的周期為T，則,由如圖所示的幾何關(guān)系得圓心角,所以,（3）由如圖所示幾何關(guān)系可知，,所以,,,20,07年天津五區(qū)縣重點(diǎn)校聯(lián)考17,17．如圖所示，擋板P的右側(cè)有勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向里，一個帶負(fù)電的粒子垂直于磁場方向經(jīng)擋板上的小孔M進(jìn)入磁場,進(jìn)入磁場時的速度方向與擋板成30°角，粒子在磁場中運(yùn)動后，從擋板上的N孔離開磁場，離子離開磁場時的動能為Ek，M、N相距為L，已知粒子所帶電量值為q，質(zhì)量為m，重力不計。求： （1）勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 （2）帶電離子在磁場中運(yùn)動的時間。,,,21,解：（1）,可得： r=L,可得：,（2）,可得：,,,22,06年江蘇連云港市最后模擬考試17,),17．（16分）平行金屬板M、N間距離為d。其上有一內(nèi)壁光滑的半徑為R的絕緣圓筒與N板相切，切點(diǎn)處有一小孔S。圓筒內(nèi)有垂直圓筒截面方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電子與孔S及圓心O在同一直線上。M板內(nèi)側(cè)中點(diǎn)處有一質(zhì)量為m，電荷量為e的靜止電子，經(jīng)過M、N間電壓為U的電場加速后射入圓筒，在圓筒壁上碰撞n次后，恰好沿原路返回到出發(fā)點(diǎn)。（不考慮重力，設(shè)碰撞過程中無動能損失）求： ⑴電子到達(dá)小孔S時的速度大?。?⑵電子第一次到達(dá)S所需要的時間； ⑶電子第一次返回出發(fā)點(diǎn)所需的時間。,,,23,解：,⑴ 設(shè)加速后獲得的速度為v ，根據(jù),得,⑵ 設(shè)電子從M到N所需時間為t1,則,得,,,,24,⑶電子在磁場做圓周運(yùn)動的周期為,電子在圓筒內(nèi)經(jīng)過n次碰撞回到S，每段圓弧對應(yīng)的圓心角,n次碰撞對應(yīng)的總圓心角,在磁場內(nèi)運(yùn)動的時間為t2,（n=1，2，3，……）,,題目,,25,2007年理綜寧夏卷24,24、在半徑為R的半圓形區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場，磁場的方向垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m，帶有電量q的粒子以一定的速度沿垂直于半圓直徑AD方向經(jīng)P點(diǎn)（AP＝d）射入磁場（不計重力影響）。 ⑴如果粒子恰好從A點(diǎn)射出磁場,求入射粒子的速度。 ⑵如果粒子經(jīng)紙面內(nèi)Q點(diǎn)從磁場中射出，出射方向與半圓在Q點(diǎn)切線方向的夾角為 φ(如圖)。求入射粒子的速度。,,,26,解：,⑴由于粒子在P點(diǎn)垂直射入磁場，故圓弧軌道的圓心在AP上，AP是直徑。,設(shè)入射粒子的速度為v1，由洛倫茲力的表達(dá)式和牛頓第二定律得：,解得：,⑵設(shè)O'是粒子在磁場中圓弧軌道的圓心，連接O' Q，設(shè)O' Q＝R' 。,由幾何關(guān)系得：,,,,27,由余弦定理得：,解得：,設(shè)入射粒子的速度為v，由,解得：,,題目,,28,07年廣東普寧市華僑中學(xué)三模卷20,20 、 如圖所示，在區(qū)域足夠大的空間中充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場,其方向垂直于紙面向里.在紙面內(nèi)固定放置一絕緣材料制成的邊長為L的等邊三角形框架DEF, ，DE中點(diǎn)S處有一粒子發(fā)射源，發(fā)射粒子的方向皆在圖中截面內(nèi)且垂直于DE邊向下，如圖（a）所示.發(fā)射粒子的電量為+q，質(zhì)量為m，但速度v有各種不同的數(shù)值.若這些粒子與三角形框架碰撞時均無能量損失，且每一次碰撞時速度方向垂直于被碰的邊.試求： （1）帶電粒子的速度v為多大時，能夠打到E點(diǎn)？ （2）為使S點(diǎn)發(fā)出的粒子最終又 回到S點(diǎn)，且運(yùn)動時間最短，v應(yīng) 為多大？最短時間為多少？,,,第3頁,第4頁,29,（3）若磁場是半徑為 的圓柱形區(qū)域，如圖（b）所示(圖中圓為其橫截面)，圓柱的軸線通過等邊三角形的中心O，且a=L.要使S點(diǎn)發(fā)出的粒子最終又回到S點(diǎn)，帶電粒子速度v的大小應(yīng)取哪些數(shù)值？,,第4頁,,,30,,,,,B,v,E,F,D,（a）,S,L,,解：,(1) 從S點(diǎn)發(fā)射的粒子將在洛侖茲力作用下做圓周運(yùn)動,即,因粒子圓周運(yùn)動的圓心在DE上,每經(jīng)過半個園周 打到DE上一次，所以粒子要打到E點(diǎn)應(yīng)滿足：,由①②得打到E點(diǎn)的速度為,,題目,,,31,,(2) 由題意知, S點(diǎn)發(fā)射的粒子最終又回到S點(diǎn)的條件是,在磁場中粒子做圓周運(yùn)動的周期,與粒子速度無關(guān),所以, 粒子圓周運(yùn)動的次數(shù)最少(n=1)時,運(yùn)動的時間最短,這時：,,,,粒子以三角形的三個頂點(diǎn)為圓心運(yùn)動, 每次碰撞所需時間:,經(jīng)過三次碰撞回到S點(diǎn),粒子運(yùn)動的最短時間,,第2頁,題目,,,32,(3)設(shè)E點(diǎn)到磁場區(qū)域邊界的距離為 L' ,由題設(shè)條件知,,,,S點(diǎn)發(fā)射的粒子要回到S點(diǎn)就必須在磁場區(qū)域內(nèi)運(yùn)動,,又知,當(dāng)n=1時，R=L/2,當(dāng)n=2時，R=L/6,當(dāng)n=3時，R=L/10,當(dāng)n=4時，R=L/14,所以,當(dāng)n=3、4、5…時滿足題意.,解得速度的值：,題目,第2頁,第3頁,,,33,《08屆最新高中物理總復(fù)習(xí)精品課件集》（2007年7月版） 《08屆最新高中物理總復(fù)習(xí)精品課件集》選用50余套2006—2007學(xué)年度各地的?？荚嚲砗?007年高考試卷，耗費(fèi)五個多月時間精心編制成PPT課件集，試題新穎典型，畫圖精細(xì)美觀，排版緊湊合理，操作使用非常方便。不僅有第一輪復(fù)習(xí)（包括實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)）的全部內(nèi)容，又有第二輪專題復(fù)習(xí)的課件；不僅有大量題目，也有對基本知識和基本技能概括性的復(fù)習(xí)精要；不僅計算題有分步演示的解析過程，中等難度以上的選擇填空題也有分步演示的解析過程；所選題目不僅適用原人教版的學(xué)校，又有上海、北京等地使用新課程教材的試題；全套課件可供高三全年使用，是不可多得的好資料。課件集內(nèi)容系統(tǒng)全面，形成完整系列, 結(jié)構(gòu)體系合理，知識覆蓋面廣，包括高中物理的全部內(nèi)容，共有118個課件，計2300 余幅幻燈片,大小約40M 。該課件集比《新編07屆高中物理總復(fù)習(xí)課件集》內(nèi)容更豐富，題目更新穎，制作更精美。另有跟該課件集配套的Word文件。 我一共有三套《高中物理總復(fù)習(xí)課件集》，均是原創(chuàng)課件，三套課件集各自獨(dú)立成套，形成完整系列，三者又相輔相成，各有側(cè)重，適合高三學(xué)年使用。 本課件集有如下特點(diǎn)： 1. 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