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文檔簡介
人教版高中物理選修一帶電粒子僅受磁場力作用下(電子、質子、a粒子等微觀粒子的重力通常忽略不計),初速度的方向與磁場方向垂直時,帶電粒子在垂直于磁感線平面內以入射速度v,做速度平面上的勻速圓周運動.(1)圓周運動的半徑帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動(2)圓周運動的周期、頻率、角速度(3)運動時間:一、圓心的確定基本的思路:圓心一定在與速度方向垂直的直線上,并且也在圓中一根弦的中垂線上.有兩種方法:
1.已知入射方向和出射方向時,可通過入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線,兩條直線的交點就是圓弧軌跡的圓心,如圖所示,P為入
射點,M為出射點.帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的分析方法2.已知入射點和出射點的位置時,可以通過入射點作入射方向的垂線,連接入射點和出射點,作其中垂線,這兩條垂線的交點就是圓弧軌跡的圓心,如上圖所示,P為入射點,
M為出射點.二、半徑的確定和計算利用平面幾何關系,求出該圓的可能半徑(或圓心角).三、運動時間的確定粒子在磁場中運動一周的時間為T,當粒子運動的圓弧所對應的圓心角為α時,其運動時間為t=
T(或t=
T)磁流體發電機【例1】磁流體發電是一項新興技術,它可以把氣體的內能轉化為電能.如圖所示為磁流體發電的裝置:A、B組成一對平行電極,兩極間距為d,平行金屬板的面積為S,板間有磁感應強度為B的勻強磁場,現持續將一束等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量帶正電和負電的微粒,而從整體來氣體呈中性)垂直噴射入磁場,每個粒子的速度為v,電量大小為q,等離子氣體的電阻率為ρ,外電路電阻為R.穩定時,磁流體發電機的電動勢E=,通過電阻R的電流大小I=.Bdv電磁流量計電磁流量計是一根管道內部沒有任何阻礙流體流動的儀器,所以可以用來測量粘度強腐蝕性流體的流量,它還具有測量范圍寬、反應快、易與其他自動控制配套等優點.當導電液流動時,流體中定向移動離子受洛倫茲力作用,在上下金屬板上就聚集電荷,產生電場.當導電液體勻速運動時,有洛倫茲力等于電場力,以形成穩定的流速.當流速穩定時:Bqv=qE,而E=U/d
(d為a、b兩點之間的距離。)所以有:v=U/Bd霍爾效應外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導體板的一側,在導體板的另一側會出現多余的正電荷,從而形成橫向電場對電子施加與洛倫茲力相反的靜電力.當靜電力與洛倫茲力達到平衡時,導體板上下兩側面之間會形成穩定的電勢差.當導體的上下兩板形成穩定的電勢差時:Bqv=qE,而E=U/h
(h為A、A1兩板之間的距離。)所以有:U=Bhv【例1】、如圖所示,半徑為r的圓形空間內,存在著垂直于紙面向里的勻強磁場,一個帶電粒子(不計重力)從A點以速度v0垂直于磁場方向射入磁場中,并從B點射出,若∠AOB=120°,則該帶電粒子在磁場中運動的時間為(D)【例2】圖中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長直導線,其橫截面位于正方形的四個頂點上,導線中通有大小相同的電流,方向如圖所示.一帶正電的粒子從正方形中心O點沿垂直于紙面的方向向外運動,它所受洛倫茲力的方向是(A.向上
B.向下C.向左
D.向右B
)【例3】在如圖所示寬度范圍內,用場強為E的勻強電場可使初速度是v0的某種正粒子偏轉θ角.在同樣寬度范圍內,若改用方向垂直于紙面向外的勻強磁場(圖中未畫出),使該粒子穿過該區域,并使偏轉角也為
θ(不計粒子的重力),問:?勻強磁場的磁感應強度是多大?粒子穿過電場和磁場的時間之比是多大解析(1)設寬度為L.當只有電場存在時,帶電粒子做類平拋運動當只有磁場存在時,帶電粒子做勻速圓周運動,半徑為R,由幾何關系可知【例4】、如圖4所示,質量為m,電荷量為+q的帶電粒子,以不同的初速度兩次從O點垂直于磁感線和磁場邊界向上射入勻強磁場,在洛倫茲力作用下分別從M、N兩點射出磁場,測得OM∶ON=3∶4,則下列說法中正確的是()A.兩次帶電粒子在磁場中經歷的時間之比為3∶4
B.兩次帶電粒子在磁場中運動的路程長度之比為3∶4
C.兩次帶電粒子在磁場中所受的洛倫茲力大小之比為3∶4D.兩次帶電粒子在磁場中所受的洛倫茲力大小之比為4∶3BC【例5】如圖所示,M、N為兩塊帶等量異種電荷的平行金屬板,兩板間電壓可取從零到某一最大值之間的各種數值.靜止的帶電粒子帶電荷量為+q,質量為m(不計重力),從點P經電場加速后,從小孔Q進入N板右側的勻強磁場區域,磁感應強度大小為B,方向垂直于紙面向外,CD為磁場邊界上的一絕緣板,它與N板的夾角為θ=45°,孔Q到板的下端C的距離為L,當M、N兩板間電壓取最大值時,粒子恰垂直打在CD板上,求:
(1)
兩板間電壓的最大值Um;(2)CD板上可能被粒子打中的區域的長度s;(3)粒子在磁場中運動的最長時間tm.(1)M、N兩板間電
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