带电粒子在磁场中运动的动态圆市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、临县一中 高玉清 12月25日带电粒子在磁场中运动 动态圆第1页 轨迹圆与磁场边界圆半径相等时,在边界圆某点射入匀强磁场全部带电粒子岀射速度方向相同。 1.磁发散与磁聚焦第2页1.磁发散与磁聚焦磁聚焦概括：平行会聚于一点一点发散成平行RRrr区域半径 R 与运动半径 r 相等 迁移与逆向、对称物理思想！第3页表述： 磁发散： 带电粒子轨迹半径等于磁场边界圆半径时， 从匀强磁场边界圆某点射入磁场全部带电粒子岀射速度方向均平行于过该点切线。 磁聚焦： 带电粒子轨迹半径等于磁场边界圆半径时，速度相同全部带电粒子射入圆形匀强磁场后都将会聚于磁场边界圆同一点，过这一点边界圆切线与粒子入射速度方向相同。第

2、4页例 如图,真空室内存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度大小B=0.60T,磁场内有一块平面感光板ab,板面与磁场方向平行,在距ab距离L=16cm处,有一个点状放射源S,它向各个方向发射粒子,粒子速度都是v=4.8x106 m/s,已知粒子电荷与质量之比q/m=5.0 x107C/kg现只考虑在图纸平面中运动粒子,求ab上被粒子打中区域长度.sabL.2.粒子最大运动范围：第5页解:粒子带正电,故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动,用R表示轨道半径,有因朝不一样方向发射粒子圆轨迹都过S,由此可知,某一圆轨迹在图中ab上侧与ab相切,则此切点P1就是该粒子能打中上侧最远点.再考虑

3、sabP1ab下侧.任何粒子在运动中离S距离不可能超出2R,以2R为半径、S为圆心作圆,交ab于ab下侧P2点,此即下侧能打到最远点.P2NL第6页针对训练如图,在一水平放置平板MN上方有匀强磁场,磁感应强度大小为B,磁场方向垂直于纸面向里,许多质量为m,带电量为+q粒子,以相同速率v沿位于纸面内各个方向,由小孔O射入磁场区域,不计重力,不计粒子间相互影响.以下图中阴影部分表示带电粒子可能经过区域,其中R=mv/qB.哪个图是正确? MNBOA2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2RMNOR2R2RMNOD.A.B.C.第7页解： 带电量为+q粒子,以相同速率v沿位于纸面内各个方向,由小孔

4、O射入磁场区域,由R=mv/qB,各个粒子在磁场中运动半径均相同, 在磁场中运动轨迹圆圆心是在以O为圆心、以R=mv/qB为半径1/2圆弧上,如图虚线示:各粒子运动轨迹如图实线示:带电粒子可能经过区域阴影部分如图斜线示2RR2RMNO第8页两圆相交，在两交点上同一圆两条切线AC和BC假如相交，则一定交于两圆心连线OO同一点C。带电粒子在匀强磁场中仅受磁场力作用时做匀速圆周运动，所以，带电粒子在圆形匀强磁场中运动往往包括粒子轨迹圆与磁场边界圆两圆相交问题。OOABC3 、岀入速度线CB 、 AC一定与轨迹圆、 边界圆两圆连心线OO三线共点第9页4、最大偏角、 最长运动时间、边界圆最小面积 带电粒

5、子轨迹半径r一定,且轨迹半径r大于边界圆半径R时（如图），带电粒子经过弧长越长，对应偏转角越大，运动时间越长。边界圆直径为弦时，偏转角最大, 时间最长。在速度偏向角一定条件下，以轨迹圆弦为直径时边界圆面积最小。 思索：若轨迹半径rR，最大偏角是多少？最长运动时间多少？什么时候偏角最大？baov0B第10页5.磁约束 如图，环状匀强磁场围成中空区域内有自由运动带电粒子，但因为环状磁场束缚，只要速度不很大，都不会穿出磁场外边缘。设环状磁场内半径为R1=0.5m，外半径为 R2=1.0m，磁场磁感应强度 B=1.0T，若被缚带电粒子荷质比为 q/m=4107C/kg，中空区域中带电粒子 含有各个方向

6、速度。试计算： （1）粒子沿环状半径方向 射入磁场，不能穿越磁场最 大速度。 （2）全部粒子不能穿越磁 场最大速度。OBR2R1R2rvv答案：（1）1.5107m/s， （2）1.0107m/s。第11页解析：（1）要粒子沿环状半径方向射入磁场，不能穿越磁场，则粒子临界轨迹必须要与外圆相切，轨迹如图所表示。 由图中知， 解得 。由 得 。所以粒子沿环状半径方向射入磁场，不能穿越磁场最大 速度为第12页（2）当粒子以速度沿与内圆相切方向射入磁场且轨道与外圆相切时，则以速度沿各方向射入磁场区粒子都不能穿出磁场边界，如图所表示。 由图中知 由 得 所以全部粒子不能穿越磁场 最大速度评注：1.先依据题意，