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

null1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 物理雾里悟理 新课导入 在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果在磁场中发射一束带电粒子，判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向。 F洛=0 F洛=qvB 运动形式： 带电粒子平行射入匀强磁场----匀速直线运动。 带电粒子垂直射入匀强磁场----带电粒子将会做什么运动？ 物理雾里悟理 － v 洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直，所以带电粒子在运动过程中速度大小如何变化，运动轨迹如何？ v v - F                 v - F v - F v - F 洛伦兹力只改变速度方向不改变速度大小 洛伦兹力始终与速度方向垂直 电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动。 如何用实验验证这一结论？ F F 一、探究带电粒子在磁场中运动轨迹 物理雾里悟理 站立式讨论：电子束的在磁场中匀速圆周运动半径和周期什么规律？ 二、带电粒子在匀强磁场中的运动 匀速直线运动。 1.当B//V时： 2.当B⊥V时： 匀速圆周运动。 3.当B与V斜交： V0 B 螺旋线运动。 物理雾里悟理 三、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 粒子所受的洛伦兹力提供了它做匀速圆周运动的向心力。 设电荷量为q的粒子，磁感应强度大小为B，运动速度为v，匀速圆周运动的轨道半径为r 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的质量、速度成正比，与电荷量、磁感应强度成反比。 物理雾里悟理 你能根据以前所学的知识，推导一下带电粒子在匀强磁场做圆周运动的周期规律吗？ 方法一： 根据匀速圆周运动规律： 又由 得 qB 2 m T= 方法二： 根据向心力与周期关系： 又由 得 qB 2 m T= 由此看出周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。 三、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 物理雾里悟理 例：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 5×10 5 m/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。 课本例题 物理雾里悟理 拓展：带电粒子在（有界）磁场中运动情况研究 物理雾里悟理 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。 1、圆心的确定（一找圆心） 物理雾里悟理 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？ v0 P M O θ θ 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： 即： L 【思路点拨】 2、利用几何关系求半径（二找半径） 物理雾里悟理 v B d θ v a b O 1、垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B．一个质量为m、电量为q的正电荷以一定的速度垂直于磁场边界方向从a点垂直飞入磁场区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转θ角．试求粒子的半径R、 运动速度v以及在磁场中运动的时间t？ 解： f R θ 得:v= t= (1)速偏角等于圆心角 (2)速偏角等于位偏角的2倍 你能行！! 物理雾里悟理 2、如图所示，在半径为R 的圆的范围内，有匀强磁场，磁感应强度为B.方向垂直圆所在平面向里．一带负电的质量为m电量为q粒子，从A点沿半径AO的方向射入，并从C点射出磁场．∠AOC＝120o．则此粒子在磁场中运行的半径r= 。时间t＝______(不计重力)． r 600 0/ A 0 R C v (3)初速度指向圆心，末速度反向也指向圆心 (1)速偏角等于圆心角 (2)速偏角等于位偏角的2倍 你能行！! 物理雾里悟理 3、长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是（ ） A．使粒子的速度v<BqL/4m B．使粒子的速度v>5BqL/4m C．使粒子的速度v>BqL/m D．使粒子速度BqL/4m<v<5BqL/4m AB 你能行！! 物理雾里悟理 1、带电粒子在匀强磁场中的运动 当带电粒子速度与磁场方向垂直时： 匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力 圆周运动的半径 2、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律 圆周运动的周期 课堂小结 物理雾里悟理 课标要点 核心素养 1.能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动． 2．了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用. 1.运用所学知识，能够解释带电粒子在匀强磁场中的运动．(物理观念) 2．通过理论分析掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期、圆心角等物理量．(科学思维) 3．探究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的半径、周期与哪些物理量有关．(科学探究) 4．通过先实验探究，再理论分析与推导的顺序，既有丰富的感性材料，又有清晰的理论依据，在理论与实践结合的过程中体会成功的喜悦．(科学态度与责任) $$null