1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 导学案-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

正电子电荷量1.6×10-19C，质量9.1×10-31kg 高中物理学教评一体化学习设计 编者： 审核: 高二物理组 日期： 1.3带电粒子在匀强磁场中的运动 【课标要求】 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。 【学习目标】 1.知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射人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。 【课堂导入】 运动类型 受力特点 初始运动特点 静止 匀速直线运动 匀变速直线运动 匀变速曲线运动 匀速圆周运动 简谐运动 【问题体验1】 1.已知带电粒子质量为m，电荷量为q，速度大小为v，磁感应强度为B，以下列不同方式进入磁场将做什么运动？（不计重力） （1）v∥B进入磁场 由洛伦兹力的公式F＝__________得，当v∥B时，θ=______°则F＝___。故物体做 _______ 运动。 （2） v⊥B进入磁场 假设存在一个垂直纸面向里的匀强磁场，某带正电的粒子垂直磁场方向，以一定初速度射入磁场中，你能画出它运动的草图吗? ①洛伦兹力方向：由____手定则可知，洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的_______方向，所以洛伦兹力洛伦兹力永远_______功，不改变速度的_______。因此为匀速______运动。 ②洛伦兹力大小：由洛伦兹力的公式可知当v⊥B时，F＝_________。由于粒子速度的大小不变，粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力的大小_______变，洛伦兹力对粒子起到了______力的作用。因此带电粒子做_____________运动。 （3） 斜射入磁场出现螺旋形轨迹，你能分析原因吗？ 带电粒子以某一角度斜射入匀强磁场时，在垂直于磁场的方向上以分速度v1=_______做____________运动，在平行于磁场的方向上以分速度v2=_______做______直线运动，因此带电粒子沿着磁感线方向做螺旋形运动。 2．实验验证：用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的运动 （1）实验仪器及构造 ①电子枪：射出_______； ②加速电场：改变电子束的出射_______： ③励磁线圈：在两线圈之间产生平行于两线圈中心连线的_____________场。 （2）实验现象 不加磁场 电子束径迹为_________ 加匀强磁场，且B⊥v 电子束径迹为__________ 保持v大小不变，改变B的大小 B变大，半径变_____；B变小，半径变_____ 保持B不变，改变出射v的大小 v变大，半径变_____；v变小，半径变_____； 带电粒子斜射入匀强磁场 _______________________运动 【问题体验2】带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 1．半径 v⊥B进入磁场，电荷做匀速圆周运动，其匀速圆周运动的向心力由__________提供， 由 ______________=_____________， 得： r =___________=______________=________________ 可以看出：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的_____、______成正比,与__________、__________成反比。 2．周期 由圆周运动的周期T=___________ 得：T=___________ 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速度______关。 【归纳总结2】 洛伦兹力 静电力 产生条件 大小 方向 作用效果 做功情况 平行射入 垂直射入 倾斜射入 【达标检测2】 例题.一个质量为1.67×10-27kg、电荷量为1.6×10-19C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0.2T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。 【巩固提升】 3-1.电子以1.6×106m/s的速度沿着与磁场垂直的方向射入B＝2.0×10-4T的匀强磁场中。求电子做匀速圆周运动的轨道半径和周期。 3-2.已知氚核的质量约为质子质量的3倍，带正电荷，电荷量为一个元电荷；α粒子即氦原子核，质量约为质子质量的4倍，带正电荷，电荷量为e的2倍。现在质子、氚核和α粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动。求下列情况中它们运动的半径之比： （1）它们的速度大小相等； （2）它们由静止经过相同的加速电场加速后进入磁场。 A6.质子和α粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动。求质子的动能和α粒子的动能之比。 3-3.如图1.3-5所示，一个质量为m、带负电荷粒子电荷量为q、不计重力的带电粒子从x轴上的P点以速度v沿与x轴成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。已知OP＝a，求： （1）匀强磁场的磁感应强度B的大小； （2）带电粒子穿过第一象限所用的时间。 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？今后如何改进？ ( 1-3- 6 ) ( 1-3- 5 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$