(课件)第1章 素养培优课1 带电粒子在有界磁场中的运动-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

第一章　磁场对电流的作用 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 1 培优 目标 1．掌握几种常见有界磁场的分布特点。 2．会分析直线边界、圆形边界磁场中带电粒子的运动轨迹。 3．能利用几何知识求解圆周运动的半径。 4．会分析有界磁场中的临界、极值问题。 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 2 关键能力·情境探究达成 01 考点1　带电粒子在直线边界匀强磁场中的运动 考点2　带电粒子在圆形边界匀强磁场中的运动 考点3　带电粒子在有界磁场中的临界问题 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 3 考点1　带电粒子在直线边界匀强磁场中的运动 1．单平面边界的磁场问题 从单平面边界垂直磁场射入的正、负粒子重新回到边界时的速度大小、速度方向和边界的夹角与射入磁场时相同。 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 4 2．双平行平面边界的磁场问题 带电粒子由边界上P点以如图所示方向进入磁场。 (1)当磁场宽度d与轨迹圆半径r满足r≤d 时(如图中的r1)，粒子在磁场中做半圆周运动后从进入磁场时的边界上的Q1 点飞出磁场。 (2)当磁场宽度d 与轨迹圆半径r 满足r>d 时(如图 中的r2)，粒子将从另一边界上的Q2点飞出磁场。 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 【典例1】　如图所示，直线MN上方存在着垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，质量为m、电荷量为－q(q＞0)的粒子1在纸面内以速度v1＝v0从O点射入磁场，其方向与MN的夹角α＝30°；质量为m、电荷量为＋q的粒子2在纸面内以速度v2＝v0也从O点射入磁场，其方向与MN的夹角β＝60°。已知粒子1、2同时到达磁场边界的A、B两点(图中未画出)，不计粒子的重力及粒子间的相互作用。求： 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 (1)两粒子在磁场边界上的穿出点A、B之间的距离d； (2)两粒子进入磁场的时间间隔Δt。 思路点拨：(1)根据速度方向和粒子的电性画出运动轨迹，利用几何关系求出轨道半径。 (2)粒子的运动具有对称性，即进、出磁场时的速度方向和边界的夹角相等。 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 [解析]　(1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有 qvB＝m，则r＝ 故d＝OA＋OB＝2r1sin 30°＋2r2sin 60°＝。 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 (2)粒子1做圆周运动的圆心角θ1＝ 粒子2圆周运动的圆心角θ2＝ 粒子做圆周运动的周期T＝＝ 粒子1在匀强磁场中运动的时间t1＝T 粒子2在匀强磁场中运动的时间t2＝T 所以Δt＝t1－t2＝。 [答案]　(1)　(2) 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 (1)要按照“画轨迹，找圆心，求半径(利用几何关系)”的基本思路进行。 (2)解题过程中注意对称性的应用。 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 [跟进训练] 1．如图所示，在某电子设备中有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。AC、AD两块挡板垂直纸面放置，夹角为90°。一束电荷量为＋q、质量为m的相同粒子，从AD板上距A点为L的小孔P处以不同速率沿垂直于磁场方向射入，速度方向与AD板的夹角为60°，不计粒子的重力和粒子间的相互作用。求： 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 (1)直接打在AD板上Q点的粒子距离A点L，该粒子运动过程中距离AD最远距离为多少？ [解析]　如图所示，根据已知条件画出粒子的运动轨迹，粒子打在AD板上的Q点，圆心为O1，设粒子运动的轨迹半径为R 由几何关系可知 2R cos 30°＝L 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 解得R＝L 该粒子运动过程中距离AD最远距离为 smax＝R－R sin 30°＝L。 [答案]　L　 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练 (2)直接垂直打在AC板上的粒子，其运动速率是多大？ [解析]　粒子垂直打到AC板，运动轨迹如图所示，圆心为O2，设粒子运动的轨迹半径为r，根据几何关系可得r cos 30°＝L 解得r＝L 根据洛伦兹力提供向心力可得qvB＝ 解得v＝。 [答案]　 素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动 关键能力·情境探究达成 素养培优练