1.3带电粒子在匀强磁场中的运动（课件）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（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 第一单元 安培力与洛伦兹力 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 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科学思维： 1.了解带电粒子在匀强磁场中的运动规律。2.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式及应用。3.能够应用几何知识分析带电粒子在匀强磁场中的运动。 3科学探究： 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。 4科学态度与责任： 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。。 核 心 素 养 1.带电粒子（不计重力）以平行于匀强磁场方向初速度入射，将做什么运动？ 一、驱动问题 不受洛伦兹力，做匀速直线运动。 2.带电粒子（不计重力）以垂直于匀强磁场方向初速度入射，将做什么运动？ 一、驱动问题 洛伦兹力始终与速度方向垂直，洛伦兹力提供向心力，带电粒子做匀速圆周运动。 3.请思考：初速度与磁场方向既不平行也不垂直，将做什么运动？ 二、实验：观察带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹 洛伦兹力演示仪 电子枪 玻璃泡 励磁线圈 励磁线圈(两个) 学习任务一 带电粒子在匀强磁场中的运动 在没有磁场作用时，电子的轨迹是直线； 在管外加上垂直初速度方向的匀强磁场，电子的轨迹变弯曲成圆形。 速度越大，半径越大； 磁感应强度越大，半径越小。 周期与速度及半径无关。 问1：什么力提供向心力？ 问2：轨道半径多大？ 问3：周期多大？ B +q v F洛 推导：如图所示，已知带电粒子的质量为m，电量为q，运动速度为v，匀强磁场的磁感应强度为B，求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T. 学习任务二 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 1、仅改变电子初速度的大小，电子运动有什么变化？ 观察带电粒子的运动径迹 B v 初速度增大，电子运动轨迹的半径增大。 观察带电粒子的运动径迹 2、仅改变磁感应强度的大小，电子运动有什么变化？ B v 磁感应强度增大，电子运动轨迹的半径减小。 学习任务二 图甲是洛伦兹力演示仪结构图，玻璃泡内充有稀薄的气体，由电子枪发射电子束，在电子束通过时能够显示电子的径迹。图乙是励磁线圈的原理图，两线圈之间产生的磁场近似匀强磁场，线圈中电流越大磁场越强，磁场的方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。关于电子束的轨道半径，下列说法正确的是 A.只增大励磁线圈中的电流，轨道半径变小 B.只增大励磁线圈中的电流，轨道半径不变 C.只增大电子枪的加速电压，轨道半径不变 D.只增大电子枪的加速电压，轨道半径变小 D 例1 1.圆心的确定 圆心位置的确定通常有以下两种基本方法： (1)已知入射方向和出射方向时，可以过入射点 和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线， 两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示， P为入射点，M为出射点)。 (2)已知入射方向和出射点的位置时，可以过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作连线的中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)。 学习任务三 带电粒子在匀强磁场中运动的基本分析思路 3.粒子速度偏向角 速度的偏向角φ＝圆弧所对的圆心角(回旋角)θ＝弦切角α的2倍。(如图) 如图所示，一带电荷量为2.0×10－9 C、质量为1.8×10－16 kg的粒子，从直线上一点O沿与PO方向成30°角的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，经过1.5×10－6 s后到达直线上的P点，求： (1)粒子做圆周运动的周期； 例2 答案　1.8×10－6 s 作出粒子的运动轨迹，如图所示，由图可知粒子由O到P的大圆弧所对的圆心角为300°， (2)磁感应强度B的大小； 答案　0.314 T (3)若O、P之间的距离为0.1 m，则粒子的运动速度的大小。 答案　3.49×105 m/s 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题规律总结 1.带电粒子在直线边界磁场中的运动 直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示) 17 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题规律总结 2.带电粒子在直线平行边界磁场中的运动 平行边界(存在临界条件，如图所示) 18 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题 3.带电粒子在圆形边界磁场中的运动 圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示) 19 例题3 如图所示，在xOy平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场，一带电粒子从y轴上的M点射入磁场，速度方向与y轴正方向的夹角θ = 45°。粒子经过磁场偏转后在N点(图中未画出)垂直穿过x轴。已知OM = a，粒子电荷量为q，质量为m，重力不计。则 (　　) A.粒子带负电 B.粒子速度大小为 C.粒子在磁场中运动的轨道半径为a D.N与O点相距( +1)a AD O1 课堂小结 带电粒子以不同速度入射匀强磁场的运动情况 速度与 磁场垂直 洛沦兹力 匀速圆 周运动 速度与 磁场平行 磁场不给 作用力 匀速 直线 速度与磁场 成一角度 洛沦 兹力 螺旋线 带电粒子匀速圆周运动的半径和周期 带电粒子匀速圆周运动的基本问题 1.圆心的确定 3.速度的偏向角和运动时间的确定 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 4.粒子在匀强磁场中运动时间的确定 方法一：周期一定时，由圆心角求：t＝·T； 方法二：v一定时，由弧长求：t＝＝。 2.半径的确定 (1)r＝；(2)几何关系。 则＝＝，周期T＝t＝×1.5×10－6 s＝1.8×10－6 s 由qvB＝，T＝，知B＝＝ T＝0.314 T 由几何知识可知，半径r＝＝0.1 m 则qvB＝得，粒子的运动速度大小为 v＝＝ m/s≈3.49×105 m/s。 2.半径的确定 T= $$