1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动（课时1）课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦带电粒子在匀强磁场中的运动、质谱仪及回旋加速器，通过回顾洛伦兹力大小、方向及与安培力关系搭建前导支架，结合“速度平行/垂直磁场时运动形式”的探究活动，引导学生从已知到未知构建知识脉络。 其亮点在于以科学探究为核心，通过问题驱动引导学生建构匀速圆周运动模型，结合半径、周期公式推导（科学推理）及质谱仪测比荷、回旋加速器周期匹配等实例（物理观念），形成“探究-推导-应用-练习”闭环。助力学生深化运动与相互作用观念，培养科学思维与探究能力，教师可借助清晰结构与丰富资源提升教学效率。

实验目的，一、观察带电粒子在磁场的圆周运动。2、了解带电粒子的运动半径与粒子的初速度大小、磁感应强度的关系。该仪器是演示带电粒子在磁场中的圆周运动，在真空的玻璃泡中有电子枪，它能发出高速电子、地磁电流线圈，它通以直流电流，能产生垂直向内或向外的匀强磁场。加速电压调节旋钮可以调节电子枪的加速电压，电压越高，从电子枪中射出的电子初速度越大力磁电流调节旋钮改变力磁电流可以改变磁感应强度。打开电源开关，可以看到从电子枪中射出一束电子流。加上磁场，发现射出的电子在磁场中做圆周运动，增加加速电压，发现电子在磁场中的半径在增加。相反，减小加速电压半径减小。增加粒子电流，既增强了磁感应强度，发现电子的转动半径在减小。相反，减小粒子电流，电子的转动半径增大。请同学们思考以下几个问题。第一，从实验现象可以看到，加速电压增加，半径也增大，说明带电粒子在磁场中运动的半径与粒子在磁场的运动速度是什么关系。第二，增加粒子电流就是增强磁场，说明带电粒子在磁场中的半径与磁场的磁感强度是什么关系。第三，能否判断该实验中的磁场方向是垂直向外还是垂直向内？ 第一章 安培力与洛伦兹力 第三节 带电粒子在匀强磁场中的运动1 高中物理 选必2 26 十一月 2025 带电粒子在磁场中圆周运动 质谱仪 回旋加速器 洛伦兹力大小、方向： f洛=qvB、 左手定则； f洛⊥v、f洛⊥B； 即f洛⊥v和B所在的平面 安培力、洛伦兹力关系： F安是f洛的宏观表现 第三节 带电粒子在匀强磁场中的运动 一、带电粒子在磁场中圆周运动 1-3-0带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 探究1：带电粒子射入磁场时，带电粒子在磁场中如何运动？ V∥B，射入B匀： V⊥B，射入B匀： 匀速圆周运动； 匀速直线运动； 例1：带电粒子质量为m、电量为+q、速度为v，垂直磁场方向射入匀强磁场B中做匀速圆周运动，求：带电粒子圆周运动的半径R和周期T； 结论： ①半径r跟速率v成正比； ②周期T跟圆半径R和速率v均无关； 探究2： 如图所示，带电粒子在匀强磁场汽泡室 中运动时的径迹照片。为什么有的粒子 在强磁场汽泡室中的运动径迹呈螺旋形？ 析： 例2：如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度方向与电流I方向相同，则电子将（ ） A、沿路径a运动，轨迹是圆 B、沿路径a运动，轨迹半径越来越大 C、沿路径a运动，轨迹半径越来越小 D、沿路径b运动，轨迹半径越来越小 B 第三节 带电粒子在匀强磁场中的运动 二、质谱仪 质谱仪： 电场中加速运动： 磁场中匀速圆周运动： 测得粒子的比荷： 例3：一质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其飘入初速度几乎为零，然后经过S2沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上，求： 1、粒子进入磁场时的速率v； 2、粒子在磁场中运动的轨道半径R； 解： 第三节 带电粒子在匀强磁场中的运动 三、回旋加速器 直线加速器： 利用电场多级加速，可使带电粒子获得较大动能； 探究3： 能不能无限增加直线加速器的级数？若不能，如何解决？ 回旋加速器： 结构： ①两个D形盒、两个磁极N、S； ②D形盒间的窄缝通高频交流电； 原理： 磁场控制轨迹，电场进行加速； 交变电压： 交变电压周期T=2πm/qB； 保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速； 回旋加速器：加速过程（T=2πm/qB）： + 交变电压的周期TE 粒子在磁场中运动的周期TB； 回旋加速器： 探究3： 1、粒子被加速，运动速率和运动半径 都增大，粒子的运动周期会增加吗？ 2、要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个交变电压，交 变电压周期、粒子在磁场中圆周运动周期之间关系？ 交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB； 回旋加速器： 3、回旋加速器加速带电粒子最终能量由哪些因素决定？ 带电粒子的运动最大半径等于D形盒的半径时，粒子的速度（动能）达到最大。带电粒子的最终能量由D型盒半径决定； 例3： （多选）关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是（ ） A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场交替地对带电粒子做功 C、电场对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动 CD 带电粒子在磁场中的圆周运动： V∥B，射入B匀：匀速直线运动； V⊥B，射入B匀：匀速圆周运动； 质谱仪、回旋加速器： 第三节 带电粒子在匀强磁场中的运动 课时练习 练1： 质量为m、带电量为q的带电粒子在回旋加速器中央狭缝的正中间由静止释放，在电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为U，则： 粒子第1次做匀速圆周运动的轨道半径R= ； 粒子在磁场中的周期TB= ； 交变电压的周期TU= ； 练2： 一回旋加速器，可把质子加速到v，使它获得动能EK 1、能把α粒子加速到的速度为 ； 2、能把α粒子加速到的动能为 ； 3、加速α粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为 ； V/2 Ek 1：2 结束页 B1 谢谢观赏！ Lavf58.29.100 $