带电粒子在匀强磁场中的运动习题课课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,带电粒子在匀强磁场中的运动,有界磁场中的动态分析,何为有界磁场？,带电粒子在匀强磁场中的运动有界磁场中的动态分析何为有界磁,带电粒子在匀强磁场中的运动,（,2,）,VB,匀速圆周运动,（,1,）,V/B,匀速直线运动,课前导学,带电粒子在匀强磁场中的运动（2）VB 匀速圆周运动（1,（,1,）圆心的确定,质疑讨论,一、如何确定带电粒子圆周运动圆心,O,、,半径,r,和运动时间,t,（1）圆心的确定质疑讨论一、如何确定带电粒子圆周运动圆心O、,O,已知带电粒子经过轨迹圆上两点及其速度确定圆心,方法一：,过两点作,速度的垂线,，两垂线,交点即为圆心,。,A,B,V,V,O已知带电粒子经过轨迹圆上两点及其速度确定圆心,O,例：质量为,m,带电量为,e,的电子垂直磁场方向从,M,点进入，从,N,点射出，如图所示，磁感应强度为,B,，磁场宽度,d,，求粒子的初速度多大？,M,N,V,V,30,0,d,B,O例：质量为m带电量为e的电子垂直磁场方向从M点进入，从N点,O,已知带电粒子经过轨迹圆上两点及一点的速度，确定圆心,方法二：,过已知速度的点作,速度的垂线和两点连线的中垂线,，两垂线,交点即为圆心,。,A,B,V,O已知带电粒子经过轨迹圆上两点及一点的速度，确定圆心,（,1,）圆心的确定,（,2,）半径的确定,（,3,）运动时间的确定：,质疑讨论,一、如何确定带电粒子圆周运动圆心,O,、,半径,r,和运动时间,t,（1）圆心的确定（2）半径的确定（3）运动时间的确定：质疑讨,反馈矫正,问题,1.,如图所示，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,v,0,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：,（,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）,反馈矫正 问题1.如图所示，在y0的区域内存在匀强,质疑讨论,二、粒子速度方向不变，速度大小变化,粒子运动轨迹的圆心都在垂直于初速度的直线上，速度增加时，轨道半径随着增加，寻找运动轨迹的临界点,质疑讨论二、粒子速度方向不变，速度大小变化 粒子运动轨迹的,返回,问题变化,:,(1),若速度方向不变,使速度的大小增大,则该粒子在磁场中运动时间是否变化,?,返回问题变化:(1)若速度方向不变,使速度的大小增,问题变化,:,(2),若速度大小不变,速度方向改变,则轨迹圆的圆心的轨迹是什么曲线,?,问题变化:(2)若速度大小不变,速度方向改变,则轨迹圆的圆,质疑讨论,此时由于速度大小不变，则所有粒子运动的轨道半径相同，但不同粒子的圆心位置不同，其共同规律是：所有粒子的圆心都在以入射点为圆心，以轨道半径为半径的圆上，从而找出动圆的圆心轨迹，再确定运动轨迹的临界点。,三、,粒子速度大小不变，速度方向变化,质疑讨论此时由于速度大小不变，则所有粒子运动的轨道半径相,问题变化：,若磁场的下边界为,y=L,则为使粒子,能从磁场下边界射出，则,v,0,至少多大？,问题变化：若磁场的下边界为y=L则为使粒子,带电粒子在匀强磁场中的运动习题课课件,质疑讨论,带电粒子的圆形轨迹与磁场边界相切,四、有界,磁场的临界条件,质疑讨论带电粒子的圆形轨迹与磁场边界相切四、有界磁场的临界条,问题,2.,在真空中半径为,r=3cm,的圆形区域内有一匀强磁场，,B=0.2T,方向如图示，一带正电的粒子以速度,v=1.210,6,m/s,的初速度从磁场边界上的直径,ab,一端的,a,点射入磁场，已知该粒子的荷质比,q/m=10,8,C/kg,，不计粒子重力，则粒子在磁场中运动的最长时间为 多少,?,b,a,6cm,问题2.在真空中半径为r=3cm的圆形区域内有一匀强磁,b,a,6cm,返回,ba6cm返回,分析,：,b,a,6cm,V,以不同方向入射，以,ab,为弦的圆弧,最大，时间最长,.,圆周运动的半径,=30,T=2,R/v,t=T/6=5.210,-8,s,R=mv/qB,=10,-8,1.210,6,0.2,=0.06m,返回,分析：ba6cmV以不同方向入射，以ab为弦的圆弧最大，时,为 ，方向垂直纸面向外的匀强磁场一质量为,m,、电荷量为,问题,3.,如图,3,6,14,所示，在,x,轴上方有磁感应强度大小为,B,，方向垂直纸面向里的匀强磁场,x,轴下方有磁感应强度大小,q,的带电粒子,(,不计重力,),，从,x,轴上,O,点以速度,v,0,垂直,x,轴向,上射出求：,(1),射出之后经多长时间粒子,第二次到达,x,轴？,(2),粒子第二次到达,x,轴时离,O,点的距离,图,3,6,14,为 ，方向垂直纸面向外的匀强磁场一质量为m、电荷量,四、霍尔效应,1879,年霍耳发现，把一载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳现象。,四、霍尔效应 1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场,21,四、霍尔效应,如图，导电板高度为,b,厚度为,d,放在垂直于它的磁场,B,中。当有电流,I,通过它时，由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转，结果在,A,、,A,两侧分别聚集了正、负电荷，在导电板的,A,、,A,两侧会产生一个电势差,U,。,设导电板内运动电荷的平均定向速率为,v,，它们在磁场中受到的洛仑兹力为：,当导电板的,A,、,A,两侧产生电势差后，运动电荷会受到电场力：,导电板内电流的微观表达式为：,由以上各式解得：,其中 叫,霍尔系数,四、霍尔效应 如图，导电板高度为b厚度为 d放在垂直于,22,北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘,大科学装置的存在和应用水平，是一个国家科学技术发展的具象。它如同一块巨大的磁铁，能够集聚智慧，构成一个多学科阵地。作为典型的大科学装置，北京正负电子对撞机的重大改造工程就是要再添磁力。,北京正负电子对撞机在我国大科学装置工程中赫赫有名，为示范之作。,1988,年,10,月,16,日凌晨实现第一次对撞时，曾被形容为,“我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域又一重大突破性成就”,。北京正负对撞机重大改造工程的实施，将让这一大科学装置“升级换代”，继续立在国际高能物理的前端。,北京正负电子对撞机重大改造工程完工后，,将成为世界上最先进的双环对撞机之一,。,北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘 大科学装置的,世界上最大、能量最高的粒子加速器,欧洲大型强子对撞机,世界上最大、能量最高的粒子加速器,世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸 中国参与研究,这项实验在深入地底,100,米、长达,27,公里的环型隧道内进行。,科学家预计，粒子互相撞击时所产生的温度，比太阳温度还要高,10,万倍，就好比,137,亿年前宇宙发生大爆炸时那一剎那的情况。,在瑞士和法国边界地区的地底实验室内，科学家们正式展开了被外界形容为“末日实验”的备受争议的计划。他们启动了全球最大型的强子对撞机,(LHC),，,把次原子的粒子运行速度加快至接近光速,，并将互相撞击，模拟宇宙初开“大爆炸”后的情况。科学家希望借这次实验，有助解开宇宙间部分谜团。但有人担心，今次实验或会制造小型黑洞吞噬地球，令末日论流言四起。,世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸 中国参与研究,