第一章 3．带电粒子在匀强磁场中的运动（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【金版新学案】同步导学（人教版2019）

3．带电粒子在匀强磁场中的运动 【核心素养目标】 物理观念 运用所学知识，能够了解带电粒子在匀强磁场中的运动。 科学思维 通过理论分析掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期、圆心角等物理量。 科学探究 探究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的半径、周期与哪些物理量有关。 科学态度与责任 通过先实验探究，再理论分析、推导的顺序，既有丰富的感性材料，又有清晰的理论依据，在理论与实践结合的过程中体会成功的喜悦。 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．运动轨迹 带电粒子(不计重力)以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场时： (1)当v∥B时，带电粒子将做匀速直线运动。 (2)当v⊥B时，带电粒子将做匀速圆周运动。 2．洛伦兹力的特点 (1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说洛伦兹力对带电粒子不做功。 (2)洛伦兹力总与粒子的运动方向垂直，对粒子起到了向心力的作用。 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 1．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。 2．半径和周期： 1．判断正误 (1)运动电荷进入磁场后(无其他场)可能做匀速圆周运动，不可能做类平抛运动。(　　) (2)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速度的大小有关，而周期与速度、半径都无关。(　　) (3)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，速率越大，周期越大。(　　) (4)带电粒子进入匀强磁场中一定做匀速圆周运动。(　　) (5)带电粒子以一定速度垂直射入匀强磁场，若只考虑洛伦兹力，则粒子的加速度不变。(　　) 答案：　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× 2．链接实景 如图所示，太阳发射出的带电粒子以300～1 000 km/s的速度扫过太阳系，形成了“太阳风”。这种巨大的辐射经过地球时，地球的磁场使这些带电粒子发生偏转，避免了地球上的生命受到带电粒子的辐射。当“太阳风”的带电粒子被地磁场拉向两极时，带电粒子的轨迹为什么呈螺旋形？ 提示：　“太阳风”是高速粒子流，垂直射向地球的磁场时，会受到洛伦兹力的作用而发生偏转，绕地球而过；在地球高纬度附近，“太阳风”与地磁场夹角较小，顺着磁场做匀速运动，垂直磁场做圆周运动，从而呈螺旋形被拉向地球两极。 学生用书第19页 知识点一　带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 　(1)给励磁线圈通电，观察电子束的径迹，运动的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由谁提供？ (2)保持入射电子的速度不变，增加磁感应强度，电子束径迹有什么变化？ (3)保持磁感应强度不变，增加出射电子的速度，电子束径迹有什么变化？ 提示：　(1)洛伦兹力。　(2)半径减小。　(3)半径增大。 1．由公式r＝知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，其轨道半径跟运动速率成正比。 2．由公式T＝知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，运动周期跟轨道半径和运动速率均无关，而与带电粒子的比荷成反比。 (多选)有两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，Ⅰ中的磁感应强度是Ⅱ中的k倍。两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动。与Ⅰ中运动的电子相比，Ⅱ中的电子(　　) A．运动轨迹的半径是Ⅰ中的k倍 B．加速度的大小是Ⅰ中的k倍 C．做圆周运动的周期是Ⅰ中的k倍 D．做圆周运动的角速度与Ⅰ中的相等 AC　[设电子的质量为m，速率为v，电荷量为e，B2＝B，B1＝kB，由洛伦兹力提供向心力，有evB＝，半径r＝，周期T＝，所以＝k，＝k，根据牛顿第二定律a＝，ω＝可知，＝，＝，所以A、C正确，B、D错误。] 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径与磁场的磁感应强度和粒子的速度有关，粒子的速度越大，磁感应强度越小，粒子的轨道半径越大；解决带电粒子在磁场中的运动问题时，电子、质子等粒子的重力远小于洛伦兹力的大小，一般可忽略重力。　　 针对练1．如图是洛伦兹力演示仪的实物图和结构示意图。用洛伦兹力演示仪可以观察运动电子在磁场中的运动径迹。下列关于实验现象和分析正确的是(　　) A．励磁线圈通以逆时针方向的电流，则能形成结构示意图中的电子运动径迹 B．励磁线圈通以顺时针方向的电流，则能形成结构示意图中的电子运动径迹 C．保持励磁电压不变，增加加速电压，电子束形成圆周的半径减小 D．保持加速电压不变，增加励磁电压，电子束形成圆周的半径增大 B　[励磁线圈通以顺时针方向的电流，则由右手定则可知线圈内部磁场向里，由左手定则可知能形成结构示意图中的电子运动径迹，故B正确，A错误；保持励磁电压不变，增加加速电压，则电子的运动速度变大，根据r＝可知电子束形成圆周的半径增大，故C错误；保持加速电压不变，增加励磁电压，则B变大，根据r＝可知电子束形成圆周的半径减小，故D错误。] 学生用书第20页 针对