1、带电粒子在磁场中的运动学习目标:学习目标:1掌握带电粒子在磁场中运动问题的分析方法2提高运用数学知识解决物理问题的能力重点:重点:建立带电粒子在磁场中运动的物理情景思想方法:思想方法:数理结合,建模和化归的思想方法难点:难点:物理情(图)景与解析几何知识有机结合,将物理问题化归为数学问题一、基本知识复习一、基本知识复习1、带电粒子只受洛伦、带电粒子只受洛伦兹力,作圆周运动,兹力,作圆周运动,洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向心力RvmqvB2F洛洛 圆周运动的半径:qBmvR 圆周运动的周期:qBmvRT222、力、磁场、速度三者方向关系(左手定则)F洛洛F洛洛3、运动轨迹几何关系处理:4、运动
2、时间计算qBmTt2(1):已知两点处的速度方向(2):已知一点的速度方向和另外一点的位置二、带电粒子在五种常见磁场中运动二、带电粒子在五种常见磁场中运动(一)无边界磁场(一)无边界磁场:粒子轨迹为完整的圆:(二)单边界磁场:(二)单边界磁场:粒子轨迹为部分圆弧。关键提示:连接入射点和出射点(或轨迹上任两点)得到弦,做速度方向的垂线(亦即洛伦兹力方向)和弦的中垂线,交点即为圆心。2几何关系:L(弦长)LR2sin2例题例题1:如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子同时从同一点O以与MN成30角的同样速度v射入磁场(电子质量为m,电荷为e),它们从磁场中射出时相距多远?射出的时间
3、差是多少?RLSinqBmTt2222)(YRLR(三)双边界磁场(三)双边界磁场关键提示:关键提示:一定要先画好辅助一定要先画好辅助线(半径、速度及延长线)。线(半径、速度及延长线)。偏转角度偏转角度偏转距离偏转距离经历时间经历时间Y例题例题2、如图所示,一束电子(电量为e)垂直磁场边界以速度v垂直射入磁感应强度为B,宽度为d的匀强磁场中,穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是45,则电子的质量是 ,穿过磁场的时间是 。拓展、拓展、若已知带电粒子的质量m和电量e,若要带电粒子能能(或不能不能)从磁场的右边界射出,粒子的速度v必须满足什么条件?(四)矩形界磁场(四)矩形界磁场例题例题3、
4、长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是:()A使粒子的速度v5BqL/4mC使粒子的速度vBqL/mD使粒子速度BqL/4mv5BqL/4m拓展拓展此题也可以问,能使粒子打在极板上能使粒子打在极板上,可采用的办法是(五)圆形界磁场(五)圆形界磁场Rr2tan偏角Bqmt时间关键提示:画好辅助线(半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线)。r vRvO/O注意:注意:由对称性,射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。由
5、对称性,射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。例4(2000全国)如图所示,两个共轴的圆筒形金属电极,外电极接地,其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d,外筒的外半径为r,在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场,磁感强度的大小为B。在两极间加上电压,使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场。一质量为m、带电量为q的粒子,从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发,初速为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S,则两电极之间的电压U应是多少?(不计重力,整个装置在真空中)通过本专题的学习,你有何感受?对粒子通过本专题的学习,你有何感受?对粒子在磁场中的运动问题是否有了一个清
6、晰的思在磁场中的运动问题是否有了一个清晰的思路和方法?请在学案后面写出学后感,并把路和方法?请在学案后面写出学后感,并把你的体会讲给其他同学听。你的体会讲给其他同学听。1一个负离子,质量为m,电量大小为q,以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中,如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直,并垂直于图中纸面向里。(1)求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。(2)如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P,试写出直线OP与离子入射方向之间的夹角跟t的关系式。OBSvP2如图所示,一个质量为m、电量为q的正离子,从A点正对着圆心O以速度v射入半径为R的绝缘圆筒中。圆筒内
7、存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小为B。要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后仍从A点射出,求正离子在磁场中运动的时间t。设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和电量损失,不计粒子的重力。3一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P(a,0)点以速度v,沿与x正方向成60的方向射入第一象限内的匀强磁场中,并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。4电子自静止开始经M、N板间(两板间的电压为u)的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中,电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L,如图所示.求匀强磁场的磁感应强度.(已知电子的质量为m,电量为e)5如图所示,在y0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v0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.(粒子所受重力不计)再再 见见