1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动（第二课时）-【物理优课PPT】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步PPT课件（人教版2019）

第二课时 人教版（2019） 高中物理选择性必修 第二册 第一章：安培力与洛伦兹力 授课老师：带电粒子 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，能解释有关的现象，解决有关实际问题。 2.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。 3.知道洛伦兹力作用下带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关，能够联想其可能的应用。能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。 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。 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。 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。 知识回顾 一 带电粒子在匀强磁场中的运动 二 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 知识回顾 一 带电粒子在匀强磁场中的运动 电子速度方向与磁场方向 垂 直 平 行 成角度 电子运动轨迹 知识回顾 二 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 洛伦兹力提供向心力 F 例题1 一个质量为 、电荷量为 的带电粒子，以 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为0.2T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。 例题1 可见，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 解：（1）粒子所受重力 所受洛伦兹力 重力与洛伦兹力之比 例题1 解： （2）带电粒子所受的洛伦兹力为 （3）粒子做匀速圆周运动的周期 洛伦兹力提供向心力，因此 由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径 一、带电粒子在磁场中运动情况研究 1.数学知识之切线和弦线 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 2.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。 3.利用几何关系求半径 v0 P M O θ θ 即： L 【思路点拨】 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？ 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： 3.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P点粒子入射线方向上的Q点距离为H，磁场宽度为L ，则带电粒子在磁场中运动轨迹半径为多少？ 即： 【思路点拨】 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： v0 P M O L H Q 3.利用几何关系求半径 练习：请根据圆的知识积极和关系做出带电粒子在磁场中运动的轨迹图，并利用几何关系求出半径(已知PM=L，圆的半径为R)。 M· θ θ P · θ P M· P M· · · θ · P M· P M· θ θ 4.运动时间的确定 粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为 α 时，其运动时间为多少？ α单位是弧度 利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等计算出圆心角的大小，由公式可求出运动时间。 【思路点拨】 α 单位是角度 5.匀强磁场中做匀速圆周运动的解题三步法 画轨迹 找联系 用规律 画出轨迹，并确定圆心，利用几何方法求半径 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，在磁场中运动的时间与周期相联系 牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期用规律公式，半径公式。 二、课堂练习 例题1 （1）若电子以不同的速率v1<v2<v3沿x轴正方向从坐标原点出发，垂直进入磁场，请画出电子的轨迹图；试分析电子的半径之比和周期之比。 v1 F1 v2 F2 v3 F3 例题1 （2）电子以大小相等的速率沿不同的方向从坐标原点垂直进入磁场，请画出轨迹图；试分析电子的半径和周期之比。