1.3.1 带电粒子在匀强磁场中的运动（一） 课件-2026-2027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垂直射入匀强磁场的运动规律，核心知识点包括匀速圆周运动及半径r=mv/qB、周期T=2πm/qB的推导。通过“带电粒子在磁场中如何运动”的问题导入，衔接洛伦兹力知识，搭建从受力分析到运动规律的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过洛伦兹力演示仪实验观察磁场强度、速度对电子径迹的影响，结合向心力公式推导运动公式，体现模型建构与科学推理。总结明确公式及忽略重力条件，课堂评价巩固应用，助力学生培养探究与推理能力，为教师提供清晰教学流程和评价工具。

第1章　安培力与洛伦兹力 第3节　带电粒子在匀强磁场中的运动 第1课时　带电粒子在匀强磁场中的运动(一) 1 导入新课 带电粒子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，那么受到洛伦兹力作用的带电粒子在磁场中如何运动呢？ 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 如图所示，电荷量为 +q 的带电粒子，以速度 v 垂直射入磁感应强度为 B 的匀强磁场。 请大家分析该带电粒子受到的洛伦兹力，并在图中画出。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 根据左手定则判断洛伦兹力的方向。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 洛伦兹力的方向与速度方向垂直。 洛伦兹力的方向与速度方向的关系如何？洛伦兹力起到什么作用？ 只改变速度的方向，不改变速度的大小。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 带电粒子受到的洛伦兹力多大？其变化情况如何？ 根据洛伦兹力的计算公式，可得该带电粒子受到的洛伦兹力为 F洛 = qvB。因为洛伦兹力不改变速度的大小，所以当速度大小仍为 v 时，洛伦兹力的大小不变。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 洛伦兹力的大小不变，方向与速度方向垂直，那么带电粒子会做什么运动呢？ 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 如图所示，做匀速圆周运动。 总结： 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。 匀速圆周运动 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 带电粒子做匀速圆周运动的半径和周期各为多少？ 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动所需的向心力由洛伦兹力提供，所以有 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 通过上述推证，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期 T 与带电粒子运动的速度有关系吗？ 没有关系。周期只与带电粒子的质量和电荷量还有磁场强度大小有关。 前面我们从理论上分析了带电粒子在匀强磁场中的运动，下面我们就通过实验来进行验证。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 如图所示是洛伦兹力演示仪。 洛伦兹力演示仪示意图 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 洛伦兹力演示仪的核心部分是一个励磁线圈和一个球形的阴极射线管。当励磁线圈通入同向电流时,在线圈轴线附近可以产生一个匀强磁场。 电子枪可以发射电子束。玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 (1)不加磁场，观察电子束的运动情况。 不加磁场时，电子束的径迹是一条直线。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 (2)在玻璃泡中施加沿两线圈中心连线方向、指向纸面的磁场。 加磁场后，电子束的径迹是一个圆。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 (3)保持出射电子的速度不变，改变磁场的磁感应强度，观察电子束径迹的变化。 保持出射电子的速度不变，增大磁场的磁感应强度时，电子束运动的圆轨道半径变小。 (4)保持磁场的磁感应强度不变，改变出射电子速度的大小和方向，观察电子束径迹的变化。 保持磁场的磁感应强度不变时,增大电子束的出射速度时,电子束运动的圆轨道的半径变大。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 将上述实验情境，简化为如图所示。电子的电荷量的大小为 e，磁感应强度为 B，方向垂直于纸面向里。 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 (1)电子受到的洛伦兹力的大小是多大？ F洛 = evB。 (2)电子在匀强磁场中的运动情况如何？ 电子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 电子做匀速圆周运动的半径和周期各为多少？ 电子在匀强磁场中做匀速圆周运动所需的向心力由洛伦兹力提供。所以有 环节一：带电粒子在匀强磁场中的受力和运动分析 通过上述分析不难发现，电子在匀强磁场中运动的周期，与电子运动的速率无关，只与电子的电荷量和质量及磁场的磁感应强度有关。 环节二：带电粒子在磁场中运动的应用 【例题】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5×105 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。 (1)根据 G = mg，F洛 = qvB，代入数据得 G =1.64×10-26 N，F洛 =1.6×10-14 N。 (2)带电粒子做圆周运动所需的向心力由洛伦兹力提供， 代入数据解得 r = 2.61×10-2 m。 代入数据解得 T = 3.28×10-7s。 环节二：带电粒子在磁场中运动的应用 G =1.64×10-26 N， F洛 =1.6×10-14 N。 带电粒子所受的重力远小于带电粒子所受的洛伦兹力，这说明了什么问题? 说明重力作用对带电粒子运动的影响很小,可以忽略不计。 环节二：带电粒子在磁场中运动的应用 在前面的学习中，我们还计算过氢原子核与电子之间的静电力与它们之间的万有引力作用的关系，即 可见，除特殊说明外，一般情况下，在研究微观带电粒子的问题时，通常不考虑带电粒子自身的重力作用和带电粒子之间的万有引力作用。 环节二：带电粒子在磁场中运动的应用 核心总结 1.带电粒子在匀强磁场中的运动 当带电粒子垂直射入匀强磁场时，带电粒子做匀速圆周运动。 2.带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径和周期 3.带电粒子在匀强磁场中运动的应用 在分析微观带电粒子的受力时，要根据情况判断是否考虑带电粒子受到的重力。 T与带电粒子在磁场中的运动速度无关 课堂评价 1.电子与质子速度相同，都从 O 点射入匀强磁场区域，则图中画出的四段圆弧，哪两个可能是电子和质子的运动轨迹 ( ) C A. a 是电子的运动轨迹，d 是质子的运动轨迹 B. b 是电子的运动轨迹，c 是质子的运动轨迹 C. c 是电子的运动轨迹，b 是质子的运动轨迹 D. d 是电子的运动轨迹，a 是质子的运动轨迹 课堂评价 2.质量和电荷量都相等的带电粒子 M 和 N，以不同的速率经小孔 S 垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是 ( ) A. N 带负电，M 带正电 B. N 的速率大于 M 的速率 C. N 的运行时间等于 M 的运行时间 D. N 的运行时间小于 M 的运行时间 C 课堂评价 3.质子()和 α 粒子()以相同的速度垂直进入同一匀强磁场中，它们在垂直于磁场的平面内都做匀速圆周运动，它们的轨迹半径和运动周期的关系是 ( ) A.Rp ∶Rα=1 ∶2，Tp ∶Tα =1 ∶2 B.Rp ∶Rα=2 ∶1，Tp ∶Tα=2 ∶1 C.Rp ∶Rα=1 ∶2，Tp ∶Tα=2 ∶1 D.Rp ∶Rα=1 ∶4，Tp ∶Tα=1 ∶4 A 课堂评价 4.(多选)如图所示是洛伦兹力演示仪的结构简图。励磁线圈中的电流产生垂直于纸面向外的匀强磁场,电子枪发射的电子,其出射速度与磁场方向垂直,调节电子枪上的加速电压可以控制电子的速度大小。下列说法中正确的是 ( ) ACD A.提高电子枪的加速电压,可以使电子运动径迹的半径变大 B.降低电子枪的加速电压,可以使电子做圆周运动的周期变大 C.增大励磁线圈中的电流,可以使电子运动径迹的半径变小 D.减小励磁线圈中的电流,可以使电子做圆周运动的周期变大 谢谢观看 $