带电粒子在有界磁场中的运动自制PPT讲稿.ppt

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1、带电粒子在有界磁场中的运动自制第1页，共75页，编辑于2022年，星期六【典例典例1 1】(2010(2010杭州高二检测杭州高二检测)每时每刻都有大量宇宙射线向地每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义.假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来,在地磁场的作用下在地磁场的作用下,它将它将()()A.A.向东偏转向东偏转 B.B.向南

2、偏转向南偏转C.C.向西偏转向西偏转 D.D.向北偏转向北偏转第2页，共75页，编辑于2022年，星期六2.(20102.(2010淮安高二检测淮安高二检测)有一个电子有一个电子射线管射线管(阴极射线管阴极射线管)，放在一通电直，放在一通电直导线的上方，发现射线的径迹如图所导线的上方，发现射线的径迹如图所示，则此导线放置的方式及电流的流向为示，则此导线放置的方式及电流的流向为()()A.A.直导线在纸面内，平行于射线管轴放置，电流从左流向直导线在纸面内，平行于射线管轴放置，电流从左流向右右B.B.直导线在纸面内，平行于射线管轴放置，电流从右流向左直导线在纸面内，平行于射线管轴放置，电流从右流向

3、左C.C.直导线垂直于纸面和射线管轴放置，电流流向纸内直导线垂直于纸面和射线管轴放置，电流流向纸内D.D.直导线垂直于纸面和射线管轴放置，电流流向纸外直导线垂直于纸面和射线管轴放置，电流流向纸外第3页，共75页，编辑于2022年，星期六【解析解析】选选B.B.负电荷向下偏转，由左手定则可判断导线上方的负电荷向下偏转，由左手定则可判断导线上方的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则知导线应按平行于纸面放置磁场方向垂直纸面向里，由安培定则知导线应按平行于纸面放置且导线中的电流方向从右流向左，故且导线中的电流方向从右流向左，故B B正确，正确，A A、C C、D D错误错误.第4页，共75页，编辑于202

4、2年，星期六 例例1已知质子和已知质子和粒子的质量之比粒子的质量之比m1 m21 4，电荷，电荷量之比量之比q1 q21 2，从静止开始经相同的电压加速后垂直进入同一匀，从静止开始经相同的电压加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两种粒子做圆周运动的动能之比强磁场做圆周运动，则这两种粒子做圆周运动的动能之比Ek1 Ek2_，轨道半径之比，轨道半径之比r1 r2_，周期之比，周期之比T1 T2_。思路点拨思路点拨首先根据动能定理求出带电粒子的动能及速度，首先根据动能定理求出带电粒子的动能及速度，然后利用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律进行求解。然后利用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运

5、动的规律进行求解。考点二：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律考点二：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律第5页，共75页，编辑于2022年，星期六第6页，共75页，编辑于2022年，星期六第7页，共75页，编辑于2022年，星期六1一个长螺线管中通有大小和方向都不断变化的一个长螺线管中通有大小和方向都不断变化的电流，把一个带电粒子沿管轴线射入管中，若不计电流，把一个带电粒子沿管轴线射入管中，若不计重力，粒子将在管中重力，粒子将在管中()A做圆周运动做圆周运动B沿轴线来回运动沿轴线来回运动C做匀加速直线运动做匀加速直线运动 D做匀速直线运动做匀速直线运动考点三：带点粒子在磁场中的运动考

6、点三：带点粒子在磁场中的运动第8页，共75页，编辑于2022年，星期六1在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又垂直进入另一磁感应强度是原运动，如果又垂直进入另一磁感应强度是原来的磁感应强度来的磁感应强度2倍的匀强磁场，倍的匀强磁场，()A粒子的速率加倍，周期减半粒子的速率加倍，周期减半B粒子的速率不变，轨道半径减半粒子的速率不变，轨道半径减半C粒子的速率减半，轨道半径为原来的四分之粒子的速率减半，轨道半径为原来的四分之 一一D粒子的速率不变，周期不变粒子的速率不变，周期不变第9页，共75页，编辑于2022年，星期六2.2.一个带电粒子沿垂直于匀强磁

7、场一个带电粒子沿垂直于匀强磁场的方向射入云室中的方向射入云室中.粒子的一段径粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段都迹如图所示，径迹上的每一小段都可近似看成圆弧可近似看成圆弧.由于带电粒子使由于带电粒子使沿途的气体电离，因而粒子的能量沿途的气体电离，因而粒子的能量逐渐减小逐渐减小(带电荷量不变带电荷量不变).).从图中情况可以确定粒子的运动方从图中情况可以确定粒子的运动方向和带电情况分别为向和带电情况分别为()()第10页，共75页，编辑于2022年，星期六A.A.粒子从粒子从a a运动到运动到b b，带正电，带正电B.B.粒子从粒子从a a运动到运动到b b，带负电，带负电C.C.粒子从粒

8、子从b b运动到运动到a a，带正电，带正电D.D.粒子从粒子从b b运动到运动到a a，带负电，带负电【解析解析】选选D.D.粒子在匀强磁场中的轨道半径粒子在匀强磁场中的轨道半径 由于粒子的动能减小，故粒子运动的轨道半径由于粒子的动能减小，故粒子运动的轨道半径逐渐变小，故粒子的运动方向为由逐渐变小，故粒子的运动方向为由ba.ba.又由左手定则又由左手定则可知粒子带负电可知粒子带负电.第11页，共75页，编辑于2022年，星期六3.(20103.(2010新四区高二检测新四区高二检测)水平长直导线中有恒定电流水平长直导线中有恒定电流I I通通过，导线正下方的电子初速度方向与电流方向相同，如图所

9、过，导线正下方的电子初速度方向与电流方向相同，如图所示，则电子的运动情况是示，则电子的运动情况是()()A.A.沿路径沿路径oaoa运动运动 B.B.沿路径沿路径obob运动运动C.C.沿路径沿路径ococ运动运动 D.D.沿路径沿路径odod运动运动第12页，共75页，编辑于2022年，星期六 例例11如图如图6 62 22 2所示，质量所示，质量为为m m的带正电的小球能沿竖直的绝缘的带正电的小球能沿竖直的绝缘墙竖直下滑，磁感应强度为墙竖直下滑，磁感应强度为B B的匀强的匀强磁场方向水平，并与小球运动方向垂磁场方向水平，并与小球运动方向垂直。若小球电荷量为直。若小球电荷量为q q，球与墙间

10、的，球与墙间的动摩擦因数为动摩擦因数为，则小球下滑的最大速度为，则小球下滑的最大速度为_，最大，最大加速度为加速度为_。图图6 62 22 2考点四：带电粒子在磁场中运动的综合问题考点四：带电粒子在磁场中运动的综合问题第13页，共75页，编辑于2022年，星期六 思路点拨思路点拨 对带电小球受力分析，分方向研究对带电小球受力分析，分方向研究各力的关系，水平方向上的力与竖直方向上的力因各力的关系，水平方向上的力与竖直方向上的力因速度的变化会互相牵连，最后应用牛顿定律、力与速度的变化会互相牵连，最后应用牛顿定律、力与加速度的瞬时关系解决问题。加速度的瞬时关系解决问题。第14页，共75页，编辑于20

11、22年，星期六上题中，若将该小球静止在光滑的绝缘平面上，如图上题中，若将该小球静止在光滑的绝缘平面上，如图6 62 23 3所示，为了使小球能飘离平面，该匀强磁场在纸面移动的所示，为了使小球能飘离平面，该匀强磁场在纸面移动的最小速度应为多少？方向如何？最小速度应为多少？方向如何？图图6 62 23 3第15页，共75页，编辑于2022年，星期六第16页，共75页，编辑于2022年，星期六【典例典例2 2】如图所示，质量为如图所示，质量为m m、带、带电荷量为电荷量为q q的小球从倾角为的小球从倾角为的光的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向垂直纸面向外的匀强

12、磁面置于方向垂直纸面向外的匀强磁场中，其磁感强度为场中，其磁感强度为B.B.若带电小球在下滑过程中的某时刻对斜面若带电小球在下滑过程中的某时刻对斜面的作用力恰好为零，则下列说法正确的是的作用力恰好为零，则下列说法正确的是()()第17页，共75页，编辑于2022年，星期六A.A.小球带正电小球带正电B.B.小球在斜面上运动时做匀加速直线运动小球在斜面上运动时做匀加速直线运动C.C.小球在斜面上运动时做速度增大、加速度也增大的小球在斜面上运动时做速度增大、加速度也增大的变加速直线运动变加速直线运动D.D.小球在斜面上下滑的过程中，当小球对斜面压力为小球在斜面上下滑的过程中，当小球对斜面压力为零时

13、的速率为零时的速率为第18页，共75页，编辑于2022年，星期六【自主解答自主解答】选选A A、B B、D.D.对小球进行受力分析，带电小球在下滑对小球进行受力分析，带电小球在下滑的过程中某时刻对斜面的作用力恰好为零，由左手定则可知，洛伦的过程中某时刻对斜面的作用力恰好为零，由左手定则可知，洛伦兹力应垂直斜面向上，兹力应垂直斜面向上，A A正确；又因为洛伦兹力垂直斜面，离开正确；又因为洛伦兹力垂直斜面，离开斜面前小球的合外力大小为斜面前小球的合外力大小为mgsinmgsin，方向沿斜面向下，故小球，方向沿斜面向下，故小球在斜面上运动时做匀加速直线运动，在斜面上运动时做匀加速直线运动，B B对对

14、C C错；当错；当F FN N0 0时，有时，有qvBqvBmgcosmgcos，D D对对.第19页，共75页，编辑于2022年，星期六用用绝缘细线悬绝缘细线悬挂一个挂一个质质量量为为m，带电带电荷量荷量为为q的小球，的小球，让让它它处处于于图图826所示的磁感所示的磁感应应强强度度为为B的匀的匀强强磁磁场场中由于磁中由于磁场场的运的运动动，小球静止，小球静止在在图图中位置，中位置，这时悬线这时悬线与与竖竖直方向直方向夹夹角角为为，并，并被拉被拉紧紧，则则磁磁场场的运的运动动速度和方向是速度和方向是 ()【练习】【练习】图图826第20页，共75页，编辑于2022年，星期六答案答案C第21页

15、，共75页，编辑于2022年，星期六 2、摆长为摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为紧，若摆球带正电，电量为q，质量为，质量为m，磁感应强度为，磁感应强度为B，当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉力，当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉力T多大？多大？第22页，共75页，编辑于2022年，星期六专题一专题一带点粒子在有界磁场中的运动带点粒子在有界磁场中的运动第23页，共75页，编辑于2022年，星期六【例一例一】电子质量为电子质量为m m、电荷量为、电荷量为q,q,以速度以速度v v0 0与与x x轴成轴成角射入角射入磁感

16、应强度为磁感应强度为B B的匀强磁场中，最后落在的匀强磁场中，最后落在x x轴上的轴上的P P点，如图点，如图所示，求：所示，求：(1)(1)的长度的长度;(2)(2)电子由电子由O O点射入到落在点射入到落在P P点所需的时间点所需的时间t.t.第24页，共75页，编辑于2022年，星期六第25页，共75页，编辑于2022年，星期六作业第26页，共75页，编辑于2022年，星期六【自主解答自主解答】(1)(1)过过O O点和点和P P点作速度方向的垂线，两线交点点作速度方向的垂线，两线交点C C即为即为电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，如图所示，电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，如图所示，第

17、27页，共75页，编辑于2022年，星期六第28页，共75页，编辑于2022年，星期六第29页，共75页，编辑于2022年，星期六图图639 例例2在以坐在以坐标标原点原点O为圆为圆心、半心、半径径为为r的的圆圆形区域内，存在磁感形区域内，存在磁感应应强强度大度大小小为为B、方向垂直于、方向垂直于纸纸面向里的匀面向里的匀强强磁磁场场，如，如图图639所示。一个不所示。一个不计计重力重力的的带电带电粒子从磁粒子从磁场边场边界与界与x轴轴的交点的交点A处处以速度以速度v沿沿x方向射入方向射入磁磁场场，它恰好从磁，它恰好从磁场边场边界与界与y轴轴的交点的交点C处处沿沿y方向方向飞飞出。出。第30页，

18、共75页，编辑于2022年，星期六第31页，共75页，编辑于2022年，星期六第32页，共75页，编辑于2022年，星期六第33页，共75页，编辑于2022年，星期六第34页，共75页，编辑于2022年，星期六图图824第35页，共75页，编辑于2022年，星期六第36页，共75页，编辑于2022年，星期六第37页，共75页，编辑于2022年，星期六如右图所示，一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域，磁场宽度为d，方向垂直纸面向里一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场若电子在磁场中运动的轨道半径为2d.O在MN上，且OO与MN垂直下列判断正确的是()作业2第38页，共75页，编辑于202

19、2年，星期六解析电子在磁场中运动的轨迹如下图答案D第39页，共75页，编辑于2022年，星期六如如图图823所示，半径所示，半径为为r的的圆圆形空形空间间内，内，存在着垂直于存在着垂直于纸纸面向里的匀面向里的匀强强磁磁场场，一个，一个带电带电粒子粒子(不不计计重力重力)从从A点以速度点以速度v0垂直垂直于磁于磁场场方向射入磁方向射入磁场场中，并从中，并从B点射出，点射出，若若AOB120，则该带电则该带电粒子在磁粒子在磁场场中中运运动动的的时间为时间为多少多少图图823练习练习3第40页，共75页，编辑于2022年，星期六练习练习2 2：如图所示，在半径为：如图所示，在半径为r r的圆的圆形区

20、域内有一匀强磁场，其磁感应形区域内有一匀强磁场，其磁感应强度为强度为B B，方向垂直纸面向里，方向垂直纸面向里.电荷电荷量为量为q q、质量为、质量为m m的带正电的粒子的带正电的粒子(不不计重力计重力)从磁场边缘从磁场边缘A A点沿圆的半径点沿圆的半径AOAO方向射入磁场，离开方向射入磁场，离开磁场时速度方向偏转了磁场时速度方向偏转了6060角角.(1)(1)求粒子做圆周运动的半径求粒子做圆周运动的半径.(2)(2)求粒子的入射速度求粒子的入射速度.第41页，共75页，编辑于2022年，星期六【解析解析】(1)设带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周设带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为运动的

21、半径为R，轨迹如图所示，轨迹如图所示，OOA30.由图可知圆周运动的半径为：由图可知圆周运动的半径为：ROA(2)根据洛伦兹力和向心力公式得：根据洛伦兹力和向心力公式得：有有故粒子的入射速度故粒子的入射速度v答案答案:(1)(2)第42页，共75页，编辑于2022年，星期六 带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动的程的程序解序解题题法法三步法三步法(1)画轨迹：即画出轨迹，并确定圆心，几何方法求半径画轨迹：即画出轨迹，并确定圆心，几何方法求半径.(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角

22、、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系联系.(3)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式半径公式.第43页，共75页，编辑于2022年，星期六带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的分析方法带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的分析方法圆心的确定。圆心的确定。基本思路：即圆心一定在与速度方向垂直的直线上。有两种基本思路：即圆心一定在与速度方向垂直的直线上。有两种方法：方法：a已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射

23、点分别作垂直于入射速度方向和出射速度方向的直线，两条分别作垂直于入射速度方向和出射速度方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图如图825甲所示，甲所示，P点为入射点，点为入射点，M点为出射点点为出射点)。第44页，共75页，编辑于2022年，星期六图图825第45页，共75页，编辑于2022年，星期六b已知入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方已知入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心的交点就是圆弧轨道的圆心(如图

24、如图825乙所示，乙所示，P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)。半径的确定和计算。半径的确定和计算。利用平面几何关系，求出该圆的可能半径利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心角或圆心角)，并注意，并注意以下两个重要的几何特点：以下两个重要的几何特点：第46页，共75页，编辑于2022年，星期六第47页，共75页，编辑于2022年，星期六第48页，共75页，编辑于2022年，星期六第49页，共75页，编辑于2022年，星期六第50页，共75页，编辑于2022年，星期六第51页，共75页，编辑于2022年，星期六专题二专题二 带电粒子在有界磁场中的最值及带电粒子在有界磁场中的最值及取值

25、范围的问题取值范围的问题第52页，共75页，编辑于2022年，星期六第53页，共75页，编辑于2022年，星期六第54页，共75页，编辑于2022年，星期六第55页，共75页，编辑于2022年，星期六第56页，共75页，编辑于2022年，星期六第57页，共75页，编辑于2022年，星期六第58页，共75页，编辑于2022年，星期六答案答案AB第59页，共75页，编辑于2022年，星期六第60页，共75页，编辑于2022年，星期六第61页，共75页，编辑于2022年，星期六第62页，共75页，编辑于2022年，星期六第63页，共75页，编辑于2022年，星期六第64页，共75页，编辑于2022年，星期六第65页，共75页，编辑于2022年，星期六第66页，共75页，编辑于2022年，星期六第67页，共75页，编辑于2022年，星期六第68页，共75页，编辑于2022年，星期六第69页，共75页，编辑于2022年，星期六第70页，共75页，编辑于2022年，星期六第71页，共75页，编辑于2022年，星期六第72页，共75页，编辑于2022年，星期六第73页，共75页，编辑于2022年，星期六第74页，共75页，编辑于2022年，星期六第75页，共75页，编辑于2022年，星期六