1.3带电粒子在匀强磁场中的运动（好课件）-2022-2023学年高二物理同步备课精编优选课件+导学案（人教版2019选择性必修第二册）

§3 带电粒子在匀强磁场中的运动 高二物理（人教版2019） 选择性必修 第二册 第一章 安培力与洛伦兹力 复习与回顾： 1、洛伦兹力的方向如何判断？ 2、洛伦兹力的大小如何计算？ 左手定则 新课引入 问题与思考： 在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹，你猜想的依据是什么？ 新课引入 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 新课讲授 思考与讨论： 1.带电粒子平行射入匀强磁场会做什么运动？ 匀速直线运动 2.带电粒子垂直射入匀强磁场会做什么运动？ 新课讲授 洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直 洛伦兹力对电荷不做功 电荷的速度大小不变，洛伦兹力大小不变 洛伦兹力提供向心力，电荷做匀速圆周运动 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 重力不计，电荷在磁场中只受洛伦兹力 新课讲授 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供 由牛顿第二定律得： 做圆周运动的半径： 1.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，电子束径迹如何变化？ 2.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，电子束径迹如何变化？ 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 观察与思考： 新课讲授 7 新课讲授 用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转 新课讲授 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供 由牛顿第二定律得： 做圆周运动的半径： 实验现象： B ↑ r ↓ v ↑ r ↑ 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 1．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供： 2．带电粒子做圆周运动的轨道半径和周期： (1)轨道半径： ;粒子的轨道半径与粒子的速率成正比. (2)运动周期： ；带电粒子的周期与轨道半径和速度无关，而与 成反比。 新课讲授 新课讲授 【例题】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）粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比 （2）粒子在磁场中运动的轨道半径； （3）粒子做匀速圆周运动的周期。 解：(1)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： 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。 新课讲授 （2）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 （3）粒子做匀速圆周运动的周期： 3．圆周运动分析：(1)圆心的确定方法：两线定一“心”方法1：若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力F⊥v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心，如图(a)；方法2：若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心，如图(b)。 新课讲授 (2)半径的计算方法方法1：由物理方法求：半径 ；方法2：由几何方法求：一般由数学知识 (勾股定理、三角函数等)计算来确定。(3)时间的计算方法方法1：由圆心角求： ；方法2：由弧长求：t＝s/v。 新课讲授 (4)圆心角与偏向角、圆周角的关系两个重要结论：(1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角φ叫作偏向角，偏向角等于圆弧PM对应的圆心角α，即α＝φ，如图所示。(2)圆弧PM所对应圆心角α等于弦PM与切线的夹角(弦切角)θ的2倍，即α＝2θ，如图所示。 新课讲授 (5)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的解题三步法： 新课讲授 ①画轨迹：即确定圆心，画出轨迹并通过几何方法求半径。②找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，运动的时间与周期相联系。③用规律：运用牛顿第二定律和匀速圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式。 1．如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图，演示仪中有一对彼此平行且共轴的励磁圆形线圈，通入电流I后，能够在两线圈间产生匀强磁场；玻璃泡内有电子枪，通过加速电压U对初速度为零的电子加速并连续发射。电子刚好从球心O点正下方的S点水平向左射出，电子通过玻璃泡内稀薄气体时能够显示出电子运动的径迹。则下列说法正确的是（