高中物理带电粒子在匀强磁场中的运动示范课课件

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,*,思考与深化,若带电粒子垂直于磁场方向射入匀强磁场中，带电粒子在磁场中将会如何运动？,思考与深化若带电粒子垂直于磁场方向射入匀强磁场中，带电粒子在,运动电荷在匀强磁场中的运动,知识回顾：,若一带电粒子（不计重力）垂直进入到磁场中，则该粒子受到了洛伦兹力的作用，,f,洛,=qvB,方向始终与,v,的方向垂直，洛伦兹力,只改变粒子的速度方向，不改变粒子速度大小。,思考,在洛伦兹力的作用下，粒子将做何种运动，并说明你的理由。,运动电荷在匀强磁场中的运动知识回顾：若一带电粒子（不计重力）,观察到的现象：,P99,带电粒子在匀强磁场中做,匀速圆周运动,问题：,1,、粒子做匀速圆周运动的向心力来自哪里？,2,、粒子做匀速圆周运动的周期跟哪些因素有关？,3,、粒子做匀速圆周运动的半径跟哪些因素有关？,观察到的现象：P99带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,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,（,1,）圆心的确定：,（,2,）半径的确定,:,（,3,）运动时间的确定：,质疑讨论,如何确定带电粒子圆周运动圆心、半径和运动时间,（1）圆心的确定：（2）半径的确定:（3）运动时间的确定：质,O,1.,已知带电粒子经过轨迹圆上两点及其速度确定圆心,方法：,过两点作速度的垂线，两垂线交点即为圆心。,A,B,V,V,O 1.已知带电粒子经过轨迹圆上两点及其速度确定圆心,O,2.,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：,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,返回,O 2.已知带电粒子经过轨迹圆上两点及一点的速度，,O,A,B,V,V,寻找圆心角,OABVV寻找圆心角,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,.,该粒子射出磁场的位置为,L,（粒子所受重力不计）,求：（,1,）,L,的表达式,（,2,）该粒子在磁场中运动的时间,.,反馈矫正 问题1.如图所示，在y0的区域内存在匀强,L,L,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,?,问题变化:(1)若速度方向不变,使速度的大小增大,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,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,高中物理带电粒子在匀强磁场中的运动示范课课件,矩形磁场区,画好辅助线（半径、速度及延长线）。偏转角由,sin,=,L,/,R,求出。侧移由勾股定理,解出。经历时间由 得出。,注意，这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交点,不再是宽度线段的中点,，这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同！,y,矩形磁场区y,问题,2,.,长为,l,的水平极板间有如图所示的匀强磁场，磁感强度为,B,，板间距离也为,l,。现有一质量为,m,、带电量为,+q,的粒子从左边板间中点处沿垂直于磁场的方向以速度,v,0,射入磁场，不计重力。要想使粒子,不,打在极板上，则粒子进入磁场时的速度,v,0,应满足什么条件,?,问题2.,v,0,q B,l,/4 m,或,v,0,5 q B,l,/4 m,解：若刚好从,a,点射出，如图：,R,-l,/2,R,l,l,v,a,b,c,d,r=mv,1,/qB=,l,/4,v,1,=qB,l/4m,若刚好从,b,点射出，如图：,要想使粒子,不,打在极板上，,v,2,=5qB,l,/4m,R,2,=,l,2,+(,R,-l,/2),2,R=5,l,/4=mv,2,/qB,返回,O,v0 q B l/4 m 解：若刚好从a,圆形磁场区,画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）。,偏角可由 求出。经历时间 由 得出。,注意：由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。,r v,R,v,O,/,O,圆形磁场区r vRvO/O,思考：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，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,?,思考：在真空中半径为r=3cm的圆形区域内有一匀强磁场，B=,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=2R/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,带电粒子在复合场中的运动,带电粒子在复合场中的运动,一复合场指电场、磁场和重力场并存，或其中某两种场并存，或分区域存在；,二带电粒子的受力特点：,1.,电场对运动电荷的作用力与其运动状态无关，磁场对运动电荷,的作用力与其运动状态有关,；,2.,通常情况下，像电子、质子、,粒子等微观粒子在组合场或复合场中受重力远小于电场力或洛仑兹力，因而重力在无特别说明的情况下可忽略不计。题目中无特别说明，但给出了具体数据则可通过计算比较来确定是否需要考虑重力，有时结合粒子的运动状态和电场力、洛伦兹力的方向来判断是否需要考虑重力。,一复合场指电场、磁场和重力场并存，或其中某两种场并存，或分,重力、电场力、洛伦兹力的比较,三,.,回顾,:,重力、电场力、洛伦兹力的比较三.回顾:,重力不计的带电粒子在匀强电场中做什么运动？,v,0,/,E,+,q,m,v,0,Eq,匀变速直线运动,重力不计的带电粒子在匀强电场中做什么运动？v0/E+q,m,v,0,E,E,-,q,m,v,0,Eq,v,0,v,v,y,类平抛运动,x,y,分解,位移,速度,s,x,s,y,v,x,=v,0,v0EE-q,mv0Eqv0vvy类平抛运动xy分解位移,重力不计的带电粒子在磁场中的运动,v,0,/,B,B,+q,v,0,带电粒子速度,V,与磁感应强度,B,的方向平行时，带电粒子不受洛伦兹力,匀速直线运动,重力不计的带电粒子在磁场中的运动v0/BB+qv0,v,0,B,-,q,m,v,B,f,O,R,匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,v0B -q,mvBfOR匀速圆周,B,E,+,q,v,0,不计重力的带电粒子在电磁复合场中怎样运动？,BE+qv0不计重力的带电粒子在电磁复合场中怎样运动？,四解题规律,带电微粒在组合场、复合场中的运动问题是电磁学与力学知识的综合应用，分析方法与力学问题分析方法基本相同，只是增加了电场力和洛伦兹力，解决可从三个方面入手：,1.,力学观点：包括牛顿定律和运动学规律,2.,能量观点：包括动能定理和能量守恒定律,3.,动量观点：包括动量定理和动量守恒定律,四解题规律 带电微粒在组合场、复合场中的运动问,例题,：,如图所示，坐标系,xOy,在竖直平面内，第一、四象限（,x0),区域存在水平向左的匀强电场,E=0.2N/C,，第二三象限（,x0),的区域内存在着垂直纸面向外的匀强磁场,B=0.1T,。其中小球用长为,L=0.2m,的细线系在,A,点,(,细线无拉力），初始位置水平，且初速为,0m/s,。,OA=0.2m,小球质量,m=0.1kg,带正电,q=5c,。,g,取,10m/s2,x,y,A,O,（,1,）问在第一象限小球做什么运动及在第一象限运动的时间？,（,2,）若在小球飞出第一象限后（细线立即断掉），在第二、三象限（,x0),区域内外加一个水平向右的匀强电场,E=0.2N/C,，问以后做什么运动？以及进入（,x,x,y,A,O,mg,Eq,F,合,v,mg,Eq,Bqv,F,合,返回,45,。,45,。,45,。,45,。,45,。,xyAOmgEqF合vmgEqBqvF合返回45。45。,x,y,A,mg,v,Bqv,F,合,Eq,返回,mg,Eq,E,R,45,。,45,。,45,。,xyAmgvBqvF合Eq返回mgEqER45。45。,在第（,3,）小问题基础上,带电小球从第二象限进入,x,0,区域的同时（在第一象限外加一个垂直纸面向外的匀强磁场,B=0.2T,），当小球回到,x,轴上点,H,，已知,OH=0.1 m,，求小球到达,H,点时的速度大小。,在第（3）小问题基础上,带电粒子在复合场中的一般曲线运动,如图所示，质量为,0.01kg,的小球,b,原不带电，静置于水平桌面的右边缘,P,点，质量为,0.02kg,、带有,0.1C,的负电荷的,a,球从半径为,R=0.8m,的光滑圆弧项端由静止滚下，到,M,点进入水平桌面,MP,，其中,MN,段长,1.0m,是粗糙的，动摩擦因数,=0.35,，,NP,段光滑长为,0.5 m,，当,a,到达,P,点时与,b,正碰，并粘合在一起进入互相正交的电磁场区域内，匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平指向纸里，设电场强度,E=3.0N/C,，磁感强度,B=0.25T,，取,g=l0m/s2,，桌高,h=1.2 m.,求：,(1)a,、,b,粘合体在复合场中运动的时间；,(2)ab,系统落地前的运动过程中，机械能损失了多少,?,B,E,a,O,M,N,P,b,h,R,带电粒子在复合场中的一般曲线运动 如图所示，质量为0.0,小结：,受力分析,选择解题方法,直线运动,匀速圆周运动,较复杂曲线运动,常用能量观点,主要从运动和力的关系分析,判断运动性质,小结：受力分析选择解题方法直线运动匀速圆周运动较复杂曲线运动,如图所示，在,x,轴上方有水平向左的匀强电场，电场强度为,E,，在,x,轴下方有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为,B,正离子从,M,点垂直磁场方向，以速度,v,射入磁场区域，从,N,点以垂直于,x,轴的方向进入电场区域，然后到达,y,轴上,P,点，若,OP,ON,，则入射速度应多大？若正离子在磁场中运动时间为,t,1,，在电场中运动时间为,t,2,，则,t,1,t,2,多大？,如图所示，在x轴上方有水平向左的匀强电场，电场强度为,高中物理带电粒子在匀强磁场中的运动示范课课件,