带电粒子在复合场中运动的轨迹欣赏.ppt

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如图,在xoy平面上-HyH的范围内有一片稀疏的电子.从x轴的负半轴的远处以相同的速率V沿x轴正向平行地向y轴射来.试设计一个磁场区域,使得:(1)所有电子都能在磁场力作用下通过原点O;(2)这一片电子最后扩展到-2Hy2H范围内,继续沿x轴正向平行地以相同的速率V0向远处射出.已知电子(e、m).[解析]第Ⅰ象限:根据题意,电子在O点先会聚再发散沿y轴正向射入的电子运动轨迹1为磁场上边界磁场方向:x2+(y-R)2=R2磁场下边界2应满足:实线1、2的交集为第1象限内的磁场区域:由B1qv=mv2/2H得磁场大小:磁场大小:可以看成是第1象限的逆过程第Ⅲ象限:磁场方向:由对称得:第Ⅱ象限第Ⅴ象限磁场大小:磁场方向:垂直纸面向外B1=mv/2eHB4=mv/2eH垂直纸面向里垂直纸面向外B3=mv/eH垂直纸面向里B2=mv/eH[欣赏]磁场区域像一只漂亮蝴蝶,赏心悦目!11、一只漂亮的蝴蝶第31页,共37页,2024年2月25日,星期天12、一个古朴的窗口例10、如图所示,与纸面垂直的竖直面MN的左侧空间中存在竖直向上场强大小为E=2.5×102N/C的匀强电场(上、下及左侧无界)。一个质量为m=0.5kg、电量为q=2.0×10—2C的可视为质点的带正电小球,在t=0时刻以大小为v0的水平初速度向右通过电场中的一点P,当t=t1时刻在电场所在空间中加上一如图所示随时间周期性变化的磁场,使得小球能竖直向下通过D点,D为电场中小球初速度方向上的一点,PD间距为L,D到竖直面MN的距离DQ为L/π。设磁感应强度垂直纸面向里为正。(g=10m/s2)v0EB0PDMNQ0BB0t1+3t0t1t1+t0t1+2t0t第32页,共37页,2024年2月25日,星期天(1)如果磁感应强度B0为已知量,试推出满足条件时t1的表达式(用题中所给物理量的符号表示)(2)若小球能始终在电场所在空间做周期性运动。则当小球运动的周期最大时,求出磁感应强度B0及运动的最大周期T的大小第33页,共37页,2024年2月25日,星期天解:当小球进入电场时:mg=Eq将做匀速直线运动(1)在t1时刻加入磁场,小球在时间t0内将做匀速圆周运动,圆周运动周期为T0若竖直向下通过D点,由图分析可知必有以下两个条件:PF-PD=R即:v0t1-L=Rt0=3T0/4又所以得v0EB0PDMNQF第34页,共37页,2024年2月25日,星期天(2)小球运动的速率始终不变,当R变大时,在磁场中运动的周期T0增加,小球在电场中的运动的周期T也增加,在小球不飞出电场的情况下,当T最大时有:DQ=2R由图分析可知:小球在有磁场时做3/4周期(即t0时间)的圆周运动共4次,在没有磁场时做4个t0时间匀速直线运动,所以MN第35页,共37页,2024年2月25日,星期天欢迎指导第36页,共37页,2024年2月25日,星期天感谢大家观看第37页,共37页,2024年2月25日,星期天关于带电粒子在复合场中运动的轨迹欣赏带电粒子在复合场中的运动是历届高考的压轴题,所以研究带电粒子在复合场中运动的求解方法,欣赏带电粒子在复合场中运动的轨迹,可以激励学生在探究中学会欣赏,在欣赏中促进提高。使学生在享受快乐和欣赏美丽的过程中实现人生的目标。第2页,共37页,2024年2月25日,星期天1.一朵梅花例1.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。第3页,共37页,2024年2月25日,星期天一质量为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)第4页,共37页,2024年2月25日,星期天审题:带电粒子从S点出发,在两筒之间的电场作用下加速,沿径向穿过狭缝a而进入磁场区,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。粒子再回到S点的条件是能沿径向穿过狭缝d.只要穿过了d,粒子就会在电场力作用下先减速,再反向加速,经d重新进入磁场区,然后粒子以同样方式经过C.b,再回到S点。第5页,共37页,2024年2月25日,星期天解析:如图所示,设粒子进入磁场区的速度大小为V,根据动能定理,有设粒子做匀速圆周运动的半径为R,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律,有:

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