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】2022-2023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 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.能解释有关的现象，解决有关实际问题。 2．了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。 1.知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，能推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式。 2．能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。 经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动以及其运动半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关的过程，体会物理理论必须经过实验检验。 借助数学方法解决物理问题，感悟科学推理的重要意义。 [对应学生用书P14] 知识点一 带电粒子在匀强磁场中的运动 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．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❶。 1．电子射入磁场中一定受洛伦兹力作用。(　　×　　) 2．电子以某一速度进入匀强磁场后，径迹一定为圆。(　　×　　) 3．由于洛伦兹力始终与运动方向垂直，因此洛伦兹力不改变速度的大小，只改变速度的方向。(　　√　　) 知识点二 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 1.运动条件：不计重力的带电粒子沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场。 2．洛伦兹力的作用：提供带电粒子做圆周运动的向心力，即qvB＝。 3．基本公式 半径：r＝。❷ 周期：T＝＝。❸ 1．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径与粒子的质量和速率的乘积成正比。(　　√　　) 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匀速圆周运动的周期随速率的增大而减小。(　　×　　) 批注❶：匀速圆周运动 (1)特点：轨迹是圆周，线速度大小不变。 (2)条件：初速度不为零，始终受到大小不变、方向垂直于速度方向的合力。 批注❷：由半径公式可知带电粒子运动的轨道半径与运动的速率、质量的乘积成正比，与电荷量、磁感应强度的乘积成反比。 批注❸：由周期公式可知带电粒子的运动周期与粒子的质量成正比，与电荷量、磁感应强度的乘积成反比，而与轨道半径、运动速率无关。 [对应学生用书P15] 探究点一　带电粒子在匀强磁场中运动的基本问题　(科学思维之提升) ►情境探究 如图所示的装置叫作洛伦兹力演示仪。玻璃泡内的电子枪(即阴极)发射出阴极射线，使泡内的低压汞蒸气发出辉光，这样就可显示出电子的轨迹。 (1)当没有磁场作用时，观察电子的运动轨迹，你看到了什么？ 提示：当没有磁场时，电子的运动轨迹为直线。 (2)当外加一磁场，让电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹有什么变化？ 提示：当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹为圆。 (3)电子为什么会做圆周运动？向心力由谁提供？ 提示：电子垂直射入磁场，洛伦兹力不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小，电子将做圆周运动，此时的洛伦兹力提供向心力。 ►探究归纳 1．分析带电粒子在磁场中的匀速圆周运动，要紧抓洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m。 2．同一粒子在同一磁场中做匀速圆周运动，由r＝可知，r与v成正比；由T＝可知，T与速度无关，与半径无关。 ►对点例练 质子p(H)和α粒子(He)以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道半径分别为Rp和Rα，周期分别为Tp和Tα，则下列选项中正确的是(　　) A．Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶2 B．Rp∶Rα＝1∶1，Tp∶Tα＝1∶1 C．Rp∶Rα＝1∶1，Tp∶Tα＝1∶2 D．Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶1 A　解析：质子p(H)和α粒子(He)的电荷量之比为qp∶qα＝1∶2，质量之比为mp∶mα＝1∶4。由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律可知，轨道半径R＝，周期T＝，因为两粒子速率相同，代入q、m，可得Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶2，A正确。 [练1] 如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方电子的初速度方向与电流I的方向相同，均平行于纸面水平向左。下列四幅图是描述电子运动轨迹的示意图，其中正确的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 A 　　　 B 　 C 　　　 D D　解析：由安培定则可知，直导线下方的磁场垂直纸面向外，根据左手定则可知，电子所受洛伦兹力向下，电子向下偏转；通电直导线的磁场是以直导线为中心向四周发散的，离导线越远，电流产生的磁场的磁感应强度越小，由半径公式r＝可知，电子运动的轨迹半径越来越大，D正确，A、B、C错误。 探究点二　带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动　(科学思维之提升) ►情境探究 (1)带电粒子在磁场中运动的轨迹由哪些因素