1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动（教学课件）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第二册）

第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动 第一章 人教版 高中选择性必修第二册 带电粒子在匀强磁场中的运动 01 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 02 带电粒子在磁场中运动情况研究 03 巩固提升 04 CONTENTS 目录 新课导入 在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果在磁场中发射一束带电粒子，判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向。 F洛=0 F洛=qvB 运动形式： 带电粒子平行射入匀强磁场----匀速直线运动。 带电粒子垂直射入匀强磁场----带电粒子将会做什么运动？ 带电粒子在匀强磁场中的运动 PART 01 带电粒子的受力分析 01 一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 的带电粒子，以 5×105m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 0.2 T 的匀强磁场。求出粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比。 粒子所受的重力 G ＝ mg ＝ 1.67×10-27×9.8 N ＝ 1.64×10-26 N 所受的洛伦兹力 F ＝ qvB ＝ 1.6×10-19×5×105×0.2 N ＝ 1.6×10-14 N 重力与洛伦兹力之比 你有什么启发？ 带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。 v 探究带电粒子在磁场中运动轨迹 02 － v 洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直，所以带电粒子在运动过程中速度大小如何变化，运动轨迹如何？ v v - F                 v - F v - F v - F 洛伦兹力只改变速度方向不改变速度大小 洛伦兹力始终与速度方向垂直 电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动。 如何用实验验证这一结论？ F F 实验验证 03 励磁线圈 电子枪 加速电压选择挡 洛伦兹力演示仪 洛伦兹力演示仪示意图 作用是改变电子束出射的速度 作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场 实验验证 03 实验验证 03 不加磁场，电子束的径迹是一条直线 加磁场，电子束的径迹是为圆 电子束的在磁场中匀速圆周运动半径和周期什么规律？ 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 PART 02 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径 01 因带电粒子只受洛伦兹力下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力： 由 得 规律： 1.当电子束出射速度不变，磁感应强度变大时，这个圆的半径变小；2.当磁感应强度不变，电子束出射速度变大时，这个圆的半径变大。 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径 01 带电粒子在磁场中做圆周运动的周期 02 你能根据以前所学的知识，推导一下带电粒子在匀强磁场做圆周运动的周期规律吗？ 方法一： 根据匀速圆周运动规律： 又由 得 qB 2 m T= 方法二： 根据向心力与周期关系： 又由 得 qB 2 m T= 由此看出周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。 典例探究 03 【典例1】一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 的带电粒子，以 5×105m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 0.2 T 的匀强磁场。求： （1）粒子在磁场中运动的轨道半径； （2）粒子做匀速圆周运动的周期。 解：（1）带电粒子所受的洛伦兹力为 由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径 洛伦兹力提供向心力，故 F ＝ qvB （2）粒子做匀速圆周运动的周期 若磁场区域有限，带电粒子做不了完整圆周运动，该如何分析？ 带电粒子在磁场中运动情况研究 PART 3 01 数学知识准备 O θ θ ∟ ∟ O α α α ∟ O O θ θ 切线与半径垂直 弦线的中垂线与半径方向重合 弦切角等于圆心角的一半 两条切线与半径方向重合 两条切线与两条半径方向夹角相等 02 圆心的确定 情景一：如图，若已知入射点P、出射点M及其两点的速度方向，如何确定带电粒子运动轨迹圆心？ v0 P M O 【思路点拨】作入射速度出射速度的垂线，两垂线交点就是圆弧轨道的圆心。 情景二：如图，若已知入射点P及速度方向、出射点M的位置，如何确定带电粒子运动轨迹圆心？ v0 P M O 【思路点拨】做入射速度垂线，再连接PM，并做PM的中垂线，两条线的交点就是圆弧轨道的圆心。 03 利用几何关系求半径 情景一：如图，若已知入射点P、出射点M及其两点的速度方向，且已知粒子到M点后速度偏转角为θ，磁场宽度为L,则带电粒子在磁场中运动轨迹半径为多少？ v0 P M O θ θ 由几何关系可以知道： 根据直角三角形的三边关系可以知道： 即： L 【思路点拨】 03 利用几何关系求半径 情景二：如图，若粒子在P点垂直于磁场左边界入射，且从M点飞出，若已知M点距