《带电粒子在匀强磁场中的运动实用教学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带电粒子在匀强磁场中的运动实用教学课件（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动复习：复习：1、洛伦兹力产生的条件？、洛伦兹力产生的条件？2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？、洛伦兹力的大小和方向如何确定？3、洛伦兹力有什么特点？、洛伦兹力有什么特点？射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？运动呢？3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定示或运动状态来判定磁场中的带电粒子一般可分为两类：磁场中的带电粒子一般可分为两类：1、带电的、带电的基本粒子基本粒子：如电子，质子，：如电子，质子，粒子，正负离粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛
2、仑磁力相比在小得多，子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量但并不能忽略质量）。）。2、带电微粒、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。一、一、带电粒子带电粒子在匀强磁场中的运动在匀强磁场中的运动问题问题1：带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？问题问题2：带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？匀速直
3、线运动匀速直线运动1、理论推导（带电粒子重力不计）、理论推导（带电粒子重力不计）（1 1） 时时 ，洛伦兹力的方向与速度，洛伦兹力的方向与速度方向的关系方向的关系（2 2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化吗？能量呢？子的速率变化吗？能量呢？（3 3）洛伦兹力的方向如何变化？）洛伦兹力的方向如何变化？（4 4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？运动状态如何？垂直垂直1)运运动轨迹迹带电粒子粒子(不不计重力重力)以一定的速度以一定的速度
4、v进入磁感入磁感应强强度度为B的匀的匀强强磁磁场时：当当vB时，带电粒子将做匀速直粒子将做匀速直线运运动；当当vB时，带电粒子将做匀速粒子将做匀速圆周运周运动推导推导:粒子做匀速圆周运动所需的向心力粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由是由粒子所受的洛伦兹力提供的粒子所受的洛伦兹力提供的,所以所以说明说明:1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。、轨道半径和粒子的运动速率成正比。2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。动速率无关。1)圆半径圆半径r2)周期周期T运动规律：洛伦兹力提供向心力运动规律：洛伦兹力提供向心力-匀速圆周运匀速圆周运动动2
5、vqvB mr=半径半径r跟速率跟速率v成正比成正比.周期周期T跟圆半径跟圆半径r和速率和速率v均无关均无关.2 rTvp=+VqvB 例例1 1、如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有a a、b b两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动，两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动，a a的初速度为的初速度为v v，b b的初速度为的初速度为2v2v则则 A Aa a先回到出发点先回到出发点 B Bb b先回到出发点先回到出发点 C Ca a、b b的轨迹是一对内切圆，且的轨迹是一对内切圆，且b b的半径大的半径大 D Da a、b b的轨迹是一对外切
6、圆，且的轨迹是一对外切圆，且b b的半径大的半径大 ab 例例2 2、一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强磁场，粒子后段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似磁场，粒子后段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似看成是圆弧看成是圆弧. .由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减少逐渐减少( (带电量不变带电量不变).).从图中情况可以确定从图中情况可以确定 A. A.粒子从粒子从a a到到b b，带正电，带正电 B. B.粒子从粒子从b b到到a a，带正电，带正电 C. C.粒子从粒子从a a到到b
7、b，带负电，带负电 D. D.粒子从粒子从b b到到a a，带负电，带负电 例例3 3、一带电粒子在磁感强度为一带电粒子在磁感强度为B B的匀强磁场中做匀速的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B2B的匀强磁场的匀强磁场中仍做匀速圆周运动，则中仍做匀速圆周运动，则 A A、粒子的速率加倍，周期减半、粒子的速率加倍，周期减半 B 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 C、粒子的速率减半，轨道半径变为原来的、粒子的速率减半，轨道半径变为原来的 1/4 1/4 D D、粒子速率不变，周期减半、粒子速率不变，周期减
8、半洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪电子枪电子枪玻璃泡玻璃泡励磁线圈励磁线圈（1）洛伦兹力演示仪）洛伦兹力演示仪励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场加速电场：作用是改变电子束出射的速度加速电场：作用是改变电子束出射的速度电子枪：射出电子电子枪：射出电子洛伦兹力演示仪工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场
9、两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场2、实验验证、实验验证1下图是洛伦兹力演示仪，由图(a)、(b)可知：无磁场无磁场有磁场有磁场 实验现象：实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的轨迹是电子的轨迹是直线直线；在管外加上垂直初速度方向的匀强磁场，；在管外加上垂直初速度方向的匀强磁场，电子的轨迹变弯曲成电子的轨迹变弯曲成圆形圆形。结论：结论：带电粒子带电粒子垂直垂直进入磁场中，粒子在进入磁场中，粒子在垂直垂直磁场方磁场方向的平面内做向的平面内做匀速圆周运动匀速圆周运动，此洛伦兹力不，此洛伦兹力不做功。做功。实验现象：在暗室中
10、可以清楚地看到，在没有实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场，电子的径迹变弯曲成圆形。匀强磁场，电子的径迹变弯曲成圆形。只有当带电粒子以垂直于磁场的方向射入匀只有当带电粒子以垂直于磁场的方向射入匀强磁场中时，带电粒子才能做匀速圆周运动，强磁场中时，带电粒子才能做匀速圆周运动，两个条件缺一不可两个条件缺一不可(2)轨道半径和周期由上式可知：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与粒子运动速率无关由上式可知：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与粒子运动速率无关粒子运动方向与磁场有一夹角粒子运动方向与磁场有一夹
11、角 （大于（大于0度小于度小于90度）度）轨迹如何？轨迹如何？当当与与B夹一般角度时，由于可以将夹一般角度时，由于可以将正交分正交分解为解为和和（分别平行于和垂直于）（分别平行于和垂直于）B，因此电荷一方向以因此电荷一方向以的速度在平行于的速度在平行于B的方的方向上做匀速直线运动，另一方向以向上做匀速直线运动，另一方向以的速的速度在垂直于度在垂直于B的平面内做匀速圆周运动。的平面内做匀速圆周运动。B电荷的匀强磁场中的三种运动形式电荷的匀强磁场中的三种运动形式(2)(2)(2)(2)当当当当BBBB时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动时，所受洛仑兹
12、力提供向心力，做匀速圆周运动时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动；如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略不计（或均被平衡）不计（或均被平衡）不计（或均被平衡）不计（或均被平衡）(3)(3)(3)(3)当当当当与与与与B B B B夹一般角度时，由于可以将夹一般角度时，由于可以将夹一般角度时，由于可以将夹一般角度时，由于可以将正交分解为正交分解为正交分解为正交分解为和和和和（分别平行于和垂直于）（分别平行于和垂直于）（分别平行于和垂直于）（分别平
13、行于和垂直于）B B B B，因此电荷一方向以，因此电荷一方向以，因此电荷一方向以，因此电荷一方向以的速度的速度的速度的速度在平行于在平行于在平行于在平行于B B B B的方向上做匀速直线运动，另一方向以的方向上做匀速直线运动，另一方向以的方向上做匀速直线运动，另一方向以的方向上做匀速直线运动，另一方向以的速度在的速度在的速度在的速度在垂直于垂直于垂直于垂直于B B B B的平面内做匀速圆周运动。的平面内做匀速圆周运动。的平面内做匀速圆周运动。的平面内做匀速圆周运动。 ( ( ( (1)1)1)1)当当当当BBBB时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；时，
14、所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；在同一磁场中，不同速度的运动粒子，其周期与速度无关，只在同一磁场中，不同速度的运动粒子，其周期与速度无关，只在同一磁场中，不同速度的运动粒子，其周期与速度无关，只在同一磁场中，不同速度的运动粒子，其周期与速度无关，只与其荷质比有关与其荷质比有关与其荷质比有关与其荷质比有关等距螺旋等距螺旋等距螺旋等距螺旋 带电粒子在磁场中运动情况研究带电粒子在磁场中运动情况研究1、找圆心：方法、找圆心：方法2、定半径：、定半径：3、确定运动时间：、确定运动时间：注意：用弧度表示用弧度表示几何法求半径几何法求半径向心力公式求半径向心力公式求半
15、径利用利用v R利用弦的中垂线利用弦的中垂线粒子在磁场中运动的角度关系粒子在磁场中运动的角度关系粒子在磁场中运动的角度关系粒子在磁场中运动的角度关系粒子在磁场中运动的角度关系粒子在磁场中运动的角度关系弦切角弦切角弦切角弦切角 偏向角偏向角偏向角偏向角 圆心角圆心角 角度关系角度关系角度关系角度关系：粒子进入有界磁场的特点粒子进入有界磁场的特点粒子进入有界磁场的特点粒子进入有界磁场的特点粒子进入有界磁场的特点粒子进入有界磁场的特点 粒子进出单一直边界磁场，入射角等于出射角。粒子进出单一直边界磁场，入射角等于出射角。粒子进出单一直边界磁场，入射角等于出射角。粒子进出单一直边界磁场，入射角等于出射角
16、。粒子进出圆边界磁场沿径向入，沿径向出。粒子进出圆边界磁场沿径向入，沿径向出。ABO1 1、如图所示，一束电子（电量为、如图所示，一束电子（电量为e e）以速度）以速度v v垂直垂直从从A A点射入磁感应强度为点射入磁感应强度为B B，宽度为，宽度为d d的匀强磁场中，的匀强磁场中，且与磁场的边界垂直，通过磁场时速度方向与电且与磁场的边界垂直，通过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是子原来入射方向的夹角是3030，则：，则：电子的质量是电子的质量是 ，通过磁场的时间是通过磁场的时间是 。300vBABvd一、磁场作用下粒子的偏转22、如如图所所示示，在在半半径径为R R 的的圆的的范范围内
17、内，有有匀匀强强磁磁场，方方向向垂垂直直圆所所在在平平面面向向里里一一带负电的的质量量为m m电量量为q q粒粒子子，从从A A点点沿沿半半径径AOAO的的方方向向射射入入，并并从从C C点点射射出出磁磁场AOCAOC120120o o则此此粒粒子在磁子在磁场中运行的中运行的时间t t_( (不不计重力重力) ) ABRvvO120120C3.图中图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为强度大小为B。一带电粒子从平板上的狭缝。一带电粒子从平板上的狭缝O处以处以垂
18、直于平板的初速垂直于平板的初速v射入磁场区域，最后到达平板射入磁场区域，最后到达平板上的上的P点。已知点。已知B、v以及以及P到到O的距离的距离l不计重不计重力力,求此粒子的电荷求此粒子的电荷q与质量与质量m之比。之比。POMNBvl4 4、长为、长为L L的水平极板间，有垂直纸面向内的的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁场强度为匀强磁场，如图所示，磁场强度为B B，板间距，板间距离也为离也为L L，板不带电，现有质量为，板不带电，现有质量为m m，电量为，电量为q q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁场以速度中点处垂直磁场
19、以速度v v平行平行极板射入磁场，欲使粒极板射入磁场，欲使粒子不打在极板上，则粒子不打在极板上，则粒子入射速度子入射速度v v应满足什应满足什么条件？么条件？+qmvLLB1.如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量的粒子质量m m、电量、电量q q、若它以速度、若它以速度v v沿与虚线成沿与虚线成30300 0、60600 0、90900 0、1201200 0、1501500 0、1801800 0角分别射入，请你作角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。动的时间。
20、二、有界磁场问题：粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：从同一直线边界射入的粒子，从同一直线边界射入的粒子，从从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。1、两个对称规律：、两个对称规律：入射角入射角300时时入射角入射角1500时时4、如图所示，在第一象限有磁感应强度为、如图所示，在第一象限有磁感应强度为B的的匀强磁场，一个质量为匀强磁场，一个质量为m，带电量为，带电量为+q的粒子的粒子以速度以速度v从从O点射入磁场，点射入磁场，角已知，求粒子在角已知，求粒子在磁场中飞行的时间和飞离磁场的位置（粒子重磁场中飞行的时间和飞离磁场的
21、位置（粒子重力不计）力不计）2、如图所示，在、如图所示，在y则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是A.A.液滴一定做匀速直线运动液滴一定做匀速直线运动B.B.液滴一定带负电液滴一定带负电C.C.电场线方向一定斜向下电场线方向一定斜向下D.D.液滴也有可能做匀变速液滴也有可能做匀变速直线运动直线运动（1）直线运动的情形：）直线运动的情形：例例2 2、如图，套在足够长的绝缘直棒上的小球，其、如图，套在足够长的绝缘直棒上的小球，其质量为质量为m m，带电量，带电量+q+q，小球可在棒上滑动，将此棒，小球可在棒上滑动，将此棒竖直放在相互垂直，且沿水平方向的匀强电场和匀竖直放在相互垂直，且沿水平方向的
22、匀强电场和匀强磁场中，电场强度为强磁场中，电场强度为E E，磁感应强度为，磁感应强度为B B，小球与，小球与棒的动摩擦因数为棒的动摩擦因数为，求小球由静止沿棒下落的最，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度。大加速度和最大速度。变化变化4：假如电场反向，判断：假如电场反向，判断运动情形。运动情形。变化变化1、小球加速度为最大加速度的一半时的速度。、小球加速度为最大加速度的一半时的速度。变化变化3、小球下滑速度为最大速度、小球下滑速度为最大速度一半时的加速度。一半时的加速度。变化2、假如 问题同变化1。变化变化5 5、如图所示，质量是、如图所示，质量是m m的小球带有正电荷，电的小球带有正电
23、荷，电量为量为q q，小球中间有一孔套在足够长的绝缘细杆上。，小球中间有一孔套在足够长的绝缘细杆上。杆与水平方向成杆与水平方向成角，与球的动摩擦因数为角，与球的动摩擦因数为，此，此装置放在沿水平方向、磁感应强度为装置放在沿水平方向、磁感应强度为B B的匀强磁场的匀强磁场中。若从高处将小球无初速释放，求：小球下滑过中。若从高处将小球无初速释放，求：小球下滑过程中加速度的最大值和运动速度的最大值。程中加速度的最大值和运动速度的最大值。变化变化6 6：如图所示，在空间存在着水平向右、场强为：如图所示，在空间存在着水平向右、场强为E E的匀的匀强电场，同时存在着竖直向上、磁感强度为强电场，同时存在着竖
24、直向上、磁感强度为B B的匀强磁场。的匀强磁场。在这个电、磁场共同存在的区域内有一足够长的绝缘杆沿在这个电、磁场共同存在的区域内有一足够长的绝缘杆沿水平方向放置，杆上套有一个质量为水平方向放置，杆上套有一个质量为m m、带电荷量为、带电荷量为q q的金的金属环。已知金属环与绝缘杆间的动摩擦因数为，且属环。已知金属环与绝缘杆间的动摩擦因数为，且mgqEmgqE。现将金属环由静止释放，设在运动过程中金属环所带电荷现将金属环由静止释放，设在运动过程中金属环所带电荷量不变。量不变。(1)(1)试定性说明金属环沿杆的运动情况试定性说明金属环沿杆的运动情况。(3)(3)求金属环运动的求金属环运动的最大速度
25、的大小最大速度的大小。(2)(2)求金属环运动的最大加速度的大小求金属环运动的最大加速度的大小。变变7 7带负电的小物体带负电的小物体A A放在倾角为放在倾角为（sinsin=0.6=0.6）的绝）的绝缘斜面上。整个斜面处于范围足够大、方向水平向右的匀缘斜面上。整个斜面处于范围足够大、方向水平向右的匀强电场中，如图所示。物体强电场中，如图所示。物体A A的质量为的质量为m m，电量为，电量为- -q q，与斜，与斜面间的动摩擦因数为面间的动摩擦因数为，它在电场中受到的电场力的大小，它在电场中受到的电场力的大小等于重力的一半。物体等于重力的一半。物体A A在斜面上由静止开始下滑，经时在斜面上由静
26、止开始下滑，经时间间t t后突然在斜面区域加上范围足够大的匀强磁场，磁场后突然在斜面区域加上范围足够大的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面。磁感应强度大小为方向垂直于纸面。磁感应强度大小为B B，此后物体，此后物体A A沿斜面沿斜面继续下滑距离继续下滑距离L L后离开斜面。后离开斜面。物体物体A A在斜面上的运动情况如何？说明理由在斜面上的运动情况如何？说明理由。物体物体A A在斜面上运动过程中由多少能量转化为内能在斜面上运动过程中由多少能量转化为内能？例例2、如图，、如图，PQ为一块长为为一块长为L，水平放置的绝缘平板，整，水平放置的绝缘平板，整个空间存在着水平向左的匀强电场，板的右半部分还存在个
27、空间存在着水平向左的匀强电场，板的右半部分还存在着垂直于纸面向里的有界匀强磁场，一质量为着垂直于纸面向里的有界匀强磁场，一质量为m，带电量，带电量为为q的物体，从板左端的物体，从板左端P由静止开始做匀加速运动，进入磁由静止开始做匀加速运动，进入磁场后恰作匀速运动，碰到右端带控制开关场后恰作匀速运动，碰到右端带控制开关K的挡板后被弹的挡板后被弹回，且电场立即被撤消，物体在磁场中仍做匀速运动，离回，且电场立即被撤消，物体在磁场中仍做匀速运动，离开磁场后做匀减速运动，最后停在开磁场后做匀减速运动，最后停在C点，已知点，已知PC=L/4，物，物体与板间动摩擦因数为体与板间动摩擦因数为,求：（求：（1）
28、物体带何种电荷？）物体带何种电荷？（2）物体与板碰撞前后的速度）物体与板碰撞前后的速度v1和和v2（3）电场强度）电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B多大？多大？例例3 3、如图所示，匀强电场的场强、如图所示，匀强电场的场强E=4V/mE=4V/m，方向水平向左，方向水平向左匀强磁场的磁感强度匀强磁场的磁感强度B=2TB=2T，方向垂直于纸面向里，一，方向垂直于纸面向里，一个质量为个质量为m=1gm=1g、带正电的小物体、带正电的小物体A A从从M M点沿绝缘粗糙的点沿绝缘粗糙的竖直壁无初速下滑，当它滑行竖直壁无初速下滑，当它滑行h=0.8mh=0.8m到到N N点时离开壁做点时离开壁做曲线运
29、动，运动到曲线运动，运动到P P点时恰好处于平衡状态，此时速度点时恰好处于平衡状态，此时速度方向与水平成方向与水平成45450 0角，设角，设P P与与M M的高度差的高度差H=1.6mH=1.6m，求，求 （1 1）A A沿壁下滑过程中摩擦力作的功。沿壁下滑过程中摩擦力作的功。 （2 2）P P与与M M的水平距离。的水平距离。例例1、用绝缘细线悬吊着的带正电小、用绝缘细线悬吊着的带正电小球在匀匀强磁场中做简谐运动，球在匀匀强磁场中做简谐运动，则则A、当小球每次通过平衡位置时，动、当小球每次通过平衡位置时，动能相同能相同B、当小球每次通过平衡位置时，速、当小球每次通过平衡位置时，速度相同度相
30、同C、当小球每次通过平衡位置时，丝、当小球每次通过平衡位置时，丝线拉力相同线拉力相同D、撤消磁场后，小球摆动周期变化、撤消磁场后，小球摆动周期变化（2）圆周运动情形例例2 2、如图所示，水平放置的平行金属板、如图所示，水平放置的平行金属板 ABAB间距为间距为 d d ，水平方向的匀强磁场为，水平方向的匀强磁场为B B 。今有一带电粒子在今有一带电粒子在 AB AB 间竖直平面内作半径间竖直平面内作半径为为 R R 的匀速圆周运动，则带电粒子转动方的匀速圆周运动，则带电粒子转动方向为向为 时针，速率为时针，速率为 。 例例3 3、在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电、在光滑绝缘水平面上，一轻
31、绳拉着一个带电小球绕竖直方向的轴小球绕竖直方向的轴O O在匀强磁场中做逆时针方向在匀强磁场中做逆时针方向的水平匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视的水平匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视图如图图如图9 9所示，若小球运动到所示，若小球运动到A A点时，绳子突然断开，点时，绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，以下说法正关于小球在绳断开后可能的运动情况，以下说法正确的是（确的是（ ）。）。A A小球仍做逆时针匀速圆周运动，小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径不变半径不变B B小球仍做逆时针匀速圆周运动，小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径减小半径减小C C小球做顺时针匀速圆周运动，半小球
32、做顺时针匀速圆周运动，半径不变径不变D D小球做顺时针匀速圆周运动，半小球做顺时针匀速圆周运动，半径减小径减小例例4 4、在如图所示的直角坐标系中、在如图所示的直角坐标系中, ,坐标原点坐标原点O O处固处固定有正电荷定有正电荷, ,另有平行于另有平行于y y轴的匀强磁场。一个质量轴的匀强磁场。一个质量为为m m带电量为带电量为q q的微粒的微粒, ,恰能以恰能以y y轴上轴上P P点点(0,a,0)(0,a,0)为圆为圆心做匀速圆周运动心做匀速圆周运动, ,其轨迹平面与其轨迹平面与xOzxOz平面平行平面平行, ,角角速度为速度为,旋转方向如图中箭头所示旋转方向如图中箭头所示, ,试求匀强的
33、磁试求匀强的磁感应强度大小和方向。感应强度大小和方向。例例5 5、在竖直放置的光滑绝缘圆环中，套有一个带、在竖直放置的光滑绝缘圆环中，套有一个带电荷量为一电荷量为一q q、质量为、质量为m m的小环，整个装置放在如图的小环，整个装置放在如图所示的正交电磁场中，已知所示的正交电磁场中，已知E=mg/qE=mg/q当小环从大环顶当小环从大环顶无初速下滑时，在滑过什么弧度时所受洛仑兹力最无初速下滑时，在滑过什么弧度时所受洛仑兹力最大？大？例例1、如图所示，一个质量为、如图所示，一个质量为m、带电量为、带电量为q的正离子，在的正离子，在D处沿着图示的方向进入磁感应强度为处沿着图示的方向进入磁感应强度为
34、B的匀强磁场，此的匀强磁场，此磁场方向垂直纸面向里，结果离子正好从离开磁场方向垂直纸面向里，结果离子正好从离开A点距离为点距离为d的小孔的小孔C沿垂直于沿垂直于AC的方向进入匀强电场，此电场方向的方向进入匀强电场，此电场方向与与AC平行且向上，最后离子打在平行且向上，最后离子打在B处，而处，而B离离A点距离为点距离为2d（ABAC），不计粒子重力，离子运动轨迹始终在纸），不计粒子重力，离子运动轨迹始终在纸面内，求：面内，求：（1）离子）离子从从D到到B所需的时间所需的时间（2）离子到达）离子到达B处时的动能处时的动能（3）多种运动综合。）多种运动综合。例例2、如图所示，在、如图所示，在x轴上方
35、是垂直纸面向里的磁轴上方是垂直纸面向里的磁感应强度为感应强度为B的匀强磁场，在的匀强磁场，在x轴下方是方向与轴下方是方向与y轴正方向相反的场强为轴正方向相反的场强为E的匀强电场，已知沿的匀强电场，已知沿x轴轴方向跟坐标原点相距为方向跟坐标原点相距为L处有一垂直于处有一垂直于x轴的屏轴的屏MN。现有一质量。现有一质量m、带电荷量为、带电荷量为-q的粒子从坐的粒子从坐标原点沿标原点沿y轴正方向射入磁场。如果想使粒子垂轴正方向射入磁场。如果想使粒子垂直打在光屏直打在光屏MN上，那么：上，那么：（1）电荷从坐标原点射入时速度应为多大？）电荷从坐标原点射入时速度应为多大？（2）电荷从射入磁场到垂直打在屏
36、上要用多少）电荷从射入磁场到垂直打在屏上要用多少时间？时间？例例3 3、如图所示，在、如图所示，在y y0 0的空间中存在匀强电场，的空间中存在匀强电场，场强沿场强沿y y轴负方向；在轴负方向；在y y0 0的空间中，存在匀强磁的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直场，磁场方向垂直xyxy平面（纸面）向外。一电量为平面（纸面）向外。一电量为q q、质量为、质量为m m的带正电的运动粒子，经过的带正电的运动粒子，经过y y轴上轴上y yh h处的点处的点P P1 1时速率为时速率为v v0 0，方向沿，方向沿x x轴正方向；然后，轴正方向；然后，经过经过x x轴上轴上x x2h2h处的处的 P P
37、2 2点进入磁场，并经过点进入磁场，并经过y y轴上轴上y y2h2h处的处的P P3 3点。不计重力。求点。不计重力。求 24.（2 2）粒子到达）粒子到达P P2 2时速时速度的大小和方向。度的大小和方向。（3 3）磁感应强度的大小）磁感应强度的大小。（l l）电场强度的大小。）电场强度的大小。例例4 4、如图所示，水平虚线上方有场强为、如图所示，水平虚线上方有场强为E1E1的匀强电场，的匀强电场，方向竖直向下，虚线下方有场强为方向竖直向下，虚线下方有场强为E2E2的匀强电场，方的匀强电场，方向水平向右；在虚线上、下方均有磁感应强度相同的向水平向右；在虚线上、下方均有磁感应强度相同的匀强磁
38、场，方向垂直纸面向外。匀强磁场，方向垂直纸面向外。abab是一长为是一长为L L的绝缘细的绝缘细杆，竖直位于虚线上方，杆，竖直位于虚线上方，b b端恰在虚线上。将一套在杆端恰在虚线上。将一套在杆上的带电小环从上的带电小环从a a端由静止开始释放，小环先加速而后端由静止开始释放，小环先加速而后匀速到达匀速到达b b端，环与杆之间的动摩擦因数端，环与杆之间的动摩擦因数v=0.3,v=0.3,环的重环的重力不计力不计, ,当环脱离杆后在虚线下方沿原方向作匀速直线当环脱离杆后在虚线下方沿原方向作匀速直线运动运动, ,求：求：(1)E1(1)E1与与E2E2的比值。的比值。(2)(2)若撤去虚线下方的电
39、场若撤去虚线下方的电场, ,小环进入虚线下方后的运动小环进入虚线下方后的运动轨迹为半圆轨迹为半圆, ,圆周半径为圆周半径为, ,环从环从a a到到b b的过程中克服摩擦的过程中克服摩擦力做功力做功WfWf与电场做功与电场做功WEWE之比有多大。之比有多大。1、速度选择器、速度选择器如图，在平行板电容器中，电场强度如图，在平行板电容器中，电场强度E和磁感和磁感应强度应强度B相互垂直。具有某一速度相互垂直。具有某一速度v的带电粒子的带电粒子将沿虚线通过不发生偏转，而其它速度的带电将沿虚线通过不发生偏转，而其它速度的带电粒子将发生偏转。这种器件能把上述速度为粒子将发生偏转。这种器件能把上述速度为v的
40、的粒子选择出来，所以叫速度选择器。试证明带粒子选择出来，所以叫速度选择器。试证明带电粒子具有的速度电粒子具有的速度v=E/B，才能沿图示的虚线，才能沿图示的虚线通过。通过。四、几种实际应用四、几种实际应用2、霍尔效应、霍尔效应如图，厚度为如图，厚度为h，宽度为，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，的匀强磁场中，当电流通过导体时，在导体板的上侧面当电流通过导体时，在导体板的上侧面A和下侧面和下侧面A之间会产生电势差，这种现之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势差为象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势
41、差为U，电流，电流I和和B的关系为的关系为U=KIB/d。式中的比例系数。式中的比例系数K为霍尔系数。设电流为霍尔系数。设电流I是电子的定向移动形成的，电是电子的定向移动形成的，电子的平均定向速度为子的平均定向速度为v，电量为，电量为e，回答以下问题：，回答以下问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势的电势下侧面下侧面A的电势的电势（填（填“高于高于”、“低于低于”或或“等于等于”）。）。（2）电子所受洛伦兹力的大小为）电子所受洛伦兹力的大小为。（3）当导体板上下两侧之间的电势差为）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大时，电子所受静电力的
42、大小为小为 （4）证明霍尔系数为）证明霍尔系数为K=1/ne，其中，其中n为导体单位为导体单位体积中电子的个数体积中电子的个数。、磁流体发电机、磁流体发电机（1 1）如图，一束等离子体射入两平行金属板之）如图，一束等离子体射入两平行金属板之间的匀强磁场中，导线间的匀强磁场中，导线CDCD将受到力的作用，下将受到力的作用，下列说法正确的是列说法正确的是 （ ）A A、等离子体从右方射入，、等离子体从右方射入，CDCD受到向左的作用力受到向左的作用力B B、等离子体从右方射入，、等离子体从右方射入，CDCD受到向右的作用力受到向右的作用力C C、等离子体从左方射入，、等离子体从左方射入，CDCD受
43、到向左的作用力受到向左的作用力D D、等离子体从左方射入，、等离子体从左方射入，CDCD受到向右的作用力受到向右的作用力（2）实验用磁流体发电机，两极板间距）实验用磁流体发电机，两极板间距d=20cm，磁场的磁感应强度，磁场的磁感应强度B=5T，若接入额定功率，若接入额定功率P=100W的灯泡，正好正常发光，且灯泡正常发的灯泡，正好正常发光，且灯泡正常发光时电阻光时电阻R=100，不计发电机内阻，求：，不计发电机内阻，求：等离等离子体的流速为多大？子体的流速为多大？若等离子体均为一价离子，若等离子体均为一价离子，每秒钟有多少个什么性质的离子打在下极板？每秒钟有多少个什么性质的离子打在下极板？
44、、电磁流量计、电磁流量计如图为电磁流量计的示意图，非磁性管直径为如图为电磁流量计的示意图，非磁性管直径为d，内有导电液体流动，在垂直液体流向的方向上加一内有导电液体流动，在垂直液体流向的方向上加一指向纸里的匀强磁场，测得液体指向纸里的匀强磁场，测得液体a、b两点间的电势两点间的电势差为差为U，则管内导电液体的流量，则管内导电液体的流量Q=m3/s。5 5、高能粒子在现代高科技活动中具有广泛应用，如微观粒子的研究、核能、高能粒子在现代高科技活动中具有广泛应用，如微观粒子的研究、核能的生产等。粒子加速器是实现高能粒子的主要途径。如图所示为环形粒子加的生产等。粒子加速器是实现高能粒子的主要途径。如图
45、所示为环形粒子加速器的示意图，图中实线所示环形区域内存在垂直纸面向外的大小可调节的速器的示意图，图中实线所示环形区域内存在垂直纸面向外的大小可调节的匀强磁场，质量为匀强磁场，质量为m m，电荷量为，电荷量为q q的带正电的粒子在环中做半径为的带正电的粒子在环中做半径为R R的圆周运的圆周运动。动。A A、B B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子飞经为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子飞经A A板板时，时，A A板电势升高为板电势升高为+U+U，B B板的电势保持为零，粒子在两板之间电场中加速，板的电势保持为零，粒子在两板之间电场中加速，每当粒子离开每当粒子离开B
46、B板时，板时，A A板电势又突然变为零，粒子在电场的一次次加速下动板电势又突然变为零，粒子在电场的一次次加速下动能不断增大能不断增大 ，但绕行半径，但绕行半径R R却始终保持不变。却始终保持不变。（1）设）设t=0时，粒子静止在时，粒子静止在A板小孔处，在电场作用下开始加速，并绕行第一板小孔处，在电场作用下开始加速，并绕行第一圈。求粒子绕行圈。求粒子绕行n圈回到圈回到A板时获得的总动能板时获得的总动能Ek（2）为使粒子始终保持在半径为）为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，求粒子绕行第递增，求粒子绕行第n圈时，磁感应强度圈时，磁感应强度Bn
47、应为多少？应为多少？（3）求粒子绕行）求粒子绕行n圈所需总时间（粒子通过圈所需总时间（粒子通过A、B之间的时间不计）之间的时间不计）（4）在粒子绕行的整个过程中，）在粒子绕行的整个过程中，A板电势是否可板电势是否可始终保持始终保持+U？为什么？为什么？、质谱仪、质谱仪质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器，设从离子源的重要仪器，设从离子源S产生出来的离子初产生出来的离子初速度为零，经过电压为速度为零，经过电压为U的加速电场加速后，的加速电场加速后，进入一平行板电容器进入一平行板电容器C中，电场强度为中，电场强度为E的电场的电场和磁感应强度为和
48、磁感应强度为B1的磁场相互垂直，具有某一的磁场相互垂直，具有某一速度的离子将沿如图所示的直线穿过两板间的速度的离子将沿如图所示的直线穿过两板间的空间而不发生偏转，再进入磁感应强度为空间而不发生偏转，再进入磁感应强度为B2的的磁场，最后打在记录它的照相底片上的磁场，最后打在记录它的照相底片上的P点点（1）证明能穿过电容器）证明能穿过电容器C的离子具有的离子具有的速度为的速度为v=E/B（2）若测得）若测得P点到入口处点到入口处S1的距离为的距离为x，证明离子的质量为，证明离子的质量为此课件下载可自行编辑修改，供参考！此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢你的支持，我们会努力做得更好！感谢你的支持，我们会努力做得更好！
