第1章 第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

第3节　带电粒子在匀强磁场中的运动 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道带电粒子沿着垂直于磁场的方向射入匀强磁场会做匀速圆周运动． 2．掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式及其应用． 3．能够用学过的知识分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动问题． 1.物理观念：观察带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动，体会洛伦兹力对运动的影响． 2．科学思维：通过圆周运动半径、周期公式的推导，体会数学方法在物理中的重要作用． 3．科学态度与责任：通过数学方法解决物理问题的过程，感悟科学推理的重要意义． [对应学生用书P11] 1．洛伦兹力的特点 (1)洛伦兹力总是与粒子的运动方向垂直，只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小． (2)洛伦兹力对粒子起到了向心力的作用． 2．带电粒子在匀强磁场中的运动特点 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动． [思考] 带电粒子在磁场中一定做匀速圆周运动吗？ 提示　不一定，只有带电粒子(不计重力)沿与匀强磁场垂直的方向射入时才做匀速圆周运动． 1．半径和周期公式 质量为m、带电荷量为q、速度为v的带电粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力． (1)半径：由qvB＝m得r＝． (2)周期：由T＝得T＝． 2．周期特点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟速度v和半径r无关． [判断] 　(1)在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子的轨道半径跟粒子的运动速率成正比．(√) (2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与轨道半径成正比．(×) (3)运动电荷在匀强磁场中做圆周运动的周期随速度增大而减小．(×) [对应学生用书P12] 探究点一　轨道半径和周期公式的应用 (1)如图所示，可用洛伦兹力演示仪观察运动电子在匀强磁场中的偏转．不加磁场时，电子束的运动轨迹如何？加上磁场时，电子束的运动轨迹如何？ (2)如果保持电子的出射速度不变，增大磁感应强度，轨迹圆的半径如何变化？如果保持磁感应强度不变，增大电子的出射速度，轨迹圆的半径如何变化？ 提示　(1)不加磁场时，运动轨迹为一条直线 加磁场时，运动轨迹为一个圆 (2)减小　增大 1．分析带电粒子在磁场中的匀速圆周运动时，要把握关键——洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m. 2．同一带电粒子在同一磁场中运动时，由r＝知，r与v成正比；而由T＝知，T与速度和半径大小无关． 两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行．一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力)，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后，粒子的(　　) A．轨道半径减小，角速度增大 B．轨道半径减小，角速度减小 C．轨道半径增大，角速度增大 D．轨道半径增大，角速度减小 D　[因洛伦兹力不做功，故带电粒子从较强磁场区域进入到较弱的磁场区域后，其速度大小不变，由r＝知，轨道半径增大；由ω＝知，角速度减小，选项D正确．] [训练1]　(2021·河北衡水高二检测)两个粒子，带电量相等，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力而做匀速圆周运动(　　) A．若速率相等，则半径必相等 B．若质量相等，则周期必相等 C．若动能相等，则周期必相等 D．若质量相等，则半径必相等 B　[根据粒子在磁场中的运动轨道半径r＝和周期T＝公式可知，在q、B一定的情况下，轨道半径r与v和m的大小有关，而周期T只与m有关．] [训练2]　有三束粒子，分别是质子(H)、氚核(H)和α(He)粒子束，如果它们均以相同的速度垂直射入匀强磁场(磁场方向垂直于纸面向里)，下列图中能正确表示这三束粒子的运动轨迹的是(　　) C　[由粒子在磁场中运动的半径r＝可知，质子、氚核、α粒子的轨道半径之比r1∶r2∶r3＝∶∶＝∶∶＝1∶3∶2，所以三种粒子的轨道半径由小到大依次是质子、α粒子、氚核，选项C正确．] 探究点二　带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场左、右边缘平行，磁场的宽度为d，正粒子射入磁场的速度方向与左边缘的夹角为θ，已知粒子质量为m、带电荷量为q，运动轨迹与磁场右侧边界恰好相切．如何确定带电粒子做匀速圆周运动的圆心？粒子做匀速圆周运动的半径是多大？粒子射入磁场的速度是多大？ 提示　作粒子的入射方向(过入射点)和磁场右侧边界(切点处)的垂线，两垂线的交点即为圆心．半径是r＝，速度是v＝. 1．圆心的确定方法：两线定一点 (1)圆心一定在垂直于速度方向的直线上． 如图甲所示，已知入射点P和出射点M的速度方向，可通过入射点和出射点分别作速度方向的垂线，两条垂线的交点O就是圆心． (2)圆心一定在弦的中垂线上． 如图乙所示，作P、M连线的中垂线，中垂线与其中一个速度的垂线的交点为圆心． 2．求轨道半径的方法 (1)根