二輪專題復(fù)習(xí)：用“動(dòng)態(tài)圓”處理帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題

1、二輪專題復(fù)習(xí)：用“動(dòng)態(tài)圓”處理帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題二輪專題復(fù)習(xí)：用“動(dòng)態(tài)圓”處理帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是高考的熱點(diǎn)，許多學(xué)生對(duì)解帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的極值問題感到困難，其主要原因是不能迅速分析得出臨界軌跡圓弧。傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)此問題沒有明確的解決方法，經(jīng)過(guò)對(duì)近幾年高考試題及部分常見題型研究，對(duì)此問題提出一種解決方法：動(dòng)態(tài)圓分析法第2頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是高考的熱點(diǎn)，許多學(xué)生對(duì)解兩種基本情景情景 確定量不確定量一磁感應(yīng)強(qiáng)度B、帶電粒子電性、 電量、入射點(diǎn)位置以及V的方向V的大小二磁感應(yīng)強(qiáng)度B、帶電粒子電性、 電量、入射點(diǎn)位置以及

2、V的大小V的方向第3頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。兩種基本情景情景 確定量不確定量第3頁(yè)，共23頁(yè)幻BvF結(jié)論：粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心都在垂直于初速度的直線上，速度增加時(shí)，軌道半徑隨著增加，所有粒子的軌跡組成一組動(dòng)態(tài)的內(nèi)切圓。 情景一：思考問題：1、所有帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)圓心構(gòu)成怎樣圖形？2、帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡所經(jīng)過(guò)的區(qū)域？第4頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。BvF結(jié)論：粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心都在垂直于初速度的直線上，速度基本情景一：情景 動(dòng)態(tài)圖形 動(dòng)態(tài)效果一縮放第5頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片?；厩榫耙唬呵榫?動(dòng)態(tài)圖形 動(dòng)態(tài)效果縮放第5頁(yè)，共2+qmvLLB 典例1:如圖在長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為B，

3、板間距離也為L(zhǎng)，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子（不計(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁場(chǎng)以速度v平行極板射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在極板上，則粒子入射速度v應(yīng)滿足什么條件？第6頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。+qvLLB 典例1:如圖在長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間，有垂直紙面 典例1: 如圖在長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，磁場(chǎng)強(qiáng)度為B，板間距離也為L(zhǎng)，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子（不計(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁場(chǎng)以速度v平行極板射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在極板上，則粒子入射速度v應(yīng)滿足什么條件？+qmvLLB若粒子從左邊射出，其圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R L/4 ；v qB

4、L/4m若粒子從右邊射出，其圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R5 L/4 ；v 5qBL/4m第7頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。 典例1: 如圖在長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)變式：在真空中寬的區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)量為 ，電量為e，速率為的電子從邊界外側(cè)垂直射入 磁場(chǎng)，入射方向與夾角，為了使電子能從磁場(chǎng)的另一側(cè)邊界射出，應(yīng)滿足的條件是：.veBd/m（1+sin） .veBd/m（1+cos）.v eBd/msin .v eBd/mcosCEFDBOB第8頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。變式：在真空中寬的區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)量為 ，電量為兩種基本情景情景 確定量不確定量一帶電粒子電性、 電量入射點(diǎn)位置、 V的方向以及磁感應(yīng)

5、強(qiáng)度BV的大小二帶電粒子電性、 電量入射點(diǎn)位置、 V的大小以及磁感應(yīng)強(qiáng)度BV的方向第9頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。兩種基本情景情景 確定量不確定量帶電粒子電性、 電Bv情景二：結(jié)論：由于速度大小不變，則粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑相同，不同粒子的圓心位置不同，但所有粒子的圓心都在以入射點(diǎn)為圓心，以軌道半徑為半徑的圓上。思考問題：所有帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)圓心構(gòu)成怎樣圖形？第10頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。Bv情景二：結(jié)論：由于速度大小不變，則粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑相同基本情景二：情景 動(dòng)態(tài)圖形 動(dòng)態(tài)效果二旋轉(zhuǎn)第11頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片?；厩榫岸呵榫?動(dòng)態(tài)圖形 動(dòng)態(tài)效果旋轉(zhuǎn)第11頁(yè)，共2MNBO2RR2RMNO2RR2RMNO2

6、R2R2RMNOR2R2RMNOD.A.B.C. 典例2:如圖,在一水平放置的平板MN上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,許多質(zhì)量為m,帶電量為+q的粒子,以相同的速率v沿位于紙面內(nèi)的各個(gè)方向,由小孔O射入磁場(chǎng)區(qū)域,不計(jì)重力,不計(jì)粒子間的相互影響.下列圖中陰影部分表示帶電粒子可能經(jīng)過(guò)的區(qū)域,其中R=mv/qB.哪個(gè)圖是正確的? 第12頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。MNBO2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2RMNORBv2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2RMNOR2R2RMNOD.A.B.C.第13頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。Bv2RR2RMNO2RR2RMNO2R2R2

7、RMNOR2RBvd-RRRRRd-R變式：若將上題的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域改為寬度為d的雙邊有界磁場(chǎng)，d值介于R和2R之間，試通過(guò)作圖找出上板可能被粒子打中的區(qū)域并計(jì)算其長(zhǎng)度？第14頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。Bvd-RRRRRd-R變式：若將上題的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域改為寬度兩種基本情景情景 動(dòng)態(tài)圖形 動(dòng)態(tài)效果一二縮放旋轉(zhuǎn)關(guān)鍵：尋找運(yùn)動(dòng)軌跡的臨界點(diǎn)第15頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。兩種基本情景情景 動(dòng)態(tài)圖形 動(dòng)態(tài)效果縮放旋轉(zhuǎn)關(guān)鍵：尋 鞏固1: 如圖所示，A、B為水平放置的無(wú)限長(zhǎng)平行板，板間距離為 d，A板上有一電子源P，Q點(diǎn)為 P點(diǎn)正上方B板上的一點(diǎn)，在紙面內(nèi)從P點(diǎn)向Q點(diǎn)發(fā)射速度大小不限的電子，若垂直紙面向里方向加一勻強(qiáng)磁

8、場(chǎng)，磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度為B，已知電子質(zhì)量為m，電量為 q，不計(jì)電子重力及電子間的相互作用力，且電子打到板上均被吸收，并轉(zhuǎn)移到大地，求電子擊在A、B兩板上的范圍？第16頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。 鞏固1: 如圖所示，A、B為水平放置的無(wú)限長(zhǎng)平行板，ABPQEF第17頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。ABPQEF第17頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。ba6cm鞏固2: 如圖所示在真空中半徑為r=3cm的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，B=0.2T ,方向垂直紙面向外，一帶正電的粒子以速度v=1.2106m/s 的初速度從磁場(chǎng)邊界上的直徑ab一端的a點(diǎn)射入磁場(chǎng)，已知該粒子的荷質(zhì)比q/m=108 C/kg，不計(jì)粒子重力，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)

9、間為多少? 第18頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。ba6cm鞏固2: 如圖所示在真空中半徑為r=3cm的圓形區(qū)ba6cm第19頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。ba6cm第19頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。分析：ba6cm粒子以不同方向入射，以直徑ab為弦的圓弧最大，時(shí)間最長(zhǎng). 圓周運(yùn)動(dòng)的半徑 =60T=2R/v t=T/6=5.210-8 sR=mv/qB= 0.06m第20頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。分析：ba6cm粒子以不同方向入射，以直徑ab為弦的圓弧最大鞏固3:如圖，電子源S能在圖示紙面360范圍內(nèi)發(fā)射速率相同的電子（質(zhì)量為m，電量為e），M、N是足夠大的豎直擋板，與S的水平距離OSL，擋板左側(cè)是垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。（1）要使發(fā)射的電子能到達(dá)擋板，電子速度至少為多大？（2）若S發(fā)射的電子速率為eBL/m時(shí)，擋板被電子擊中的范圍有多大？MOLNSPQ第21頁(yè)，共23頁(yè)幻燈片。鞏固3:如圖，電子源S能在圖示紙面360范圍內(nèi)發(fā)射速率相同小結(jié)一、思維過(guò)程： 通過(guò)動(dòng)態(tài)圓建立物理情景漸變到突變（注意邊界情況或者是約束條件） 臨界狀態(tài)（利用幾何關(guān)系）二