物理人教版（2019）选择性必修第二册1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动（共33张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第二册1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动（共33张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 7.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-21 22:37:08 | ||
图片预览
文档简介
(共33张PPT)
第一章 安培力与洛伦兹力
第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动
有些航母飞机是用电磁弹射的，你知道原理是什么吗？
洛伦兹力
01
带电粒子在匀强磁场中的运动
复习引入
F=Bqvsinθ
洛伦兹力的公式
（θ为B为v的夹角）
F=Bqvsinθ
θ为90度时
复习引入
(1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说，洛伦兹力对带电粒子不做功。(2)洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。
洛伦兹力的特点
带电粒子在匀强磁场中的运动
思考：既然洛伦兹力起到向心力的作用，带电粒子在磁场中做什么运动？
匀速圆周运动
前提条件：
1.带点粒子沿着与磁场垂直的方向进入
2.只受洛伦兹力（重力比洛伦兹力小很多）
02
公式的使用
带电粒子在匀强磁场中的运动
质量为m、带电荷量为q、速率为v的带电粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。
基本思想
带电粒子在匀强磁场中的运动
半径：由qvB＝mv2/r
得r＝
带电粒子在匀强磁场中的运动
周期：由T＝2πr/v
得T＝
由此可知带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟速率v和半径r无关。
带电粒子在匀强磁场中的运动
1．思考判断(1)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速度的大小有关，而周期与速度、半径都无关。
(2)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，速率越小，周期越大。 (3)带电粒子以一定速度垂直射入匀强磁场，若只考虑洛伦兹力，则粒子的加速度不变 。
√
×
×
带电粒子在匀强磁场中的运动
2．在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场中，则( )A．粒子的速率加倍，周期减半B．粒子的速率不变，轨道半径加倍C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的0.25倍D．粒子的速率不变，周期减半
D
03
运动轨迹
轨迹圆心的确定方法
由于带电粒子在磁场中做匀速圆周运动
想要画出运动轨迹
确定圆心的位置很重要
一般采用几何方法确认
轨迹圆心的确定方法
方法一（两个半径）：
已知粒子运动轨迹上两点的速度方向时，由于速度一定垂直半径，所以作这两速度方向的垂线，交点即为圆心，如图所示。
轨迹圆心的确定方法
方法二（一半径一中垂线）：
已知粒子轨迹上的两点和其中一点的速度方向时，画出粒子轨迹上的两点连线(即过这两点的圆的弦)，作它的中垂线，并画出已知点的速度方向的垂线，则弦的中垂线与速度方向的垂线的交点即为圆心，如图所示。
练习1．如图所示，一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是___________，在磁场中的运动时间是________。
2dBe/v
πd/3v
两种时间的求法
(1)利用圆心角求解，若求出这部分圆弧对应的圆心角，则t＝θT/2π。(2)利用弧长s和速度v求解，t＝s/v。
四种常考角度
(1)如图所示，速度的偏向角(φ)等于圆心角(α)。
(2)圆心角α等于AB弦与速度方向的夹角(弦切角θ)的2倍(φ＝α＝2θ＝ωt)。
四种常考角度
(3)相对的弦切角(θ)相等，与相邻的弦切角(θ′)互补，即θ＋θ′＝180°。(4)进出同一直线边界时速度方向与该直线边界的夹角相等。
练习 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，下列说法正确的是( )
A．M带负电，N带正电B．M的速率小于N的速率C．洛伦兹力对M、N做正功D．M的运行时间大于N的运行时间
A
04
现代科技的应用
速度选择器
当粒子垂直穿过匀强电场和匀强磁场，如果电场力等于洛伦兹力，则粒子可以直线运动。
速度选择器
若qv0B＝Eq，即v0＝E/B，粒子做匀速直线运动。
此时我们就能筛选出速度符合条件的粒子。
练习(多选)如图所示，平行板电容器的两板与电源相连，板间同时有电场和垂直纸面向里的匀强磁场B，一个带电荷量为＋q的粒子以v0为初速度从两板中间沿垂直电磁场方向进入，穿出时粒子的动能减小了，若想使这个带电粒子以v0沿原方向匀速直线运动穿过电磁场，可采用的办法是( )
A．减小平行板的正对面积
B．增大电源电压C．减小磁感应强度B
D．增大磁感应强度B
BC
磁流体发电机
等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极间电压为U时稳定，qU/d＝qv0B，U＝Bdv0
练习 一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷。在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法中正确的是 ( )
A．A板带正电B．有电流从b经用电器流向aC．金属板A、B间的电场方向向下D．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力小于所受电场力
B
05
课后练习
1一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入匀强磁场中，由于使沿途空气电离而使粒子的动能逐渐减小，轨迹如图所示。下列有关粒子的运动方向和所带电性的判断正确的是( )
A．粒子由a向b运动，带正电B．粒子由a向b运动，带负电C．粒子由b向a 运动，带正电D．粒子由b向a运动，带负电
D
2如图所示，正方形区域ABCD中有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带正电粒子(不计重力)以一定速度沿AB边的中点M垂直于AB边射入磁场，恰好从A点射出，则( )
A．若该粒子从A点射入，粒子将从M点射出B．仅增大该粒子的速度，粒子在磁场中运动时间将变小C．若将该粒子速度增大为原来的2倍，粒子将从D点射出D．仅增大磁感应强度，粒子在磁场中运动时间将增大
B
3.将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒)沿如图所示方向射入磁场，下列说法正确的是( )
A．正电荷向A板偏转B．负电荷向A板偏转C．洛伦兹力对正电荷做正功D．洛伦兹力对负电荷做正功
A
4(多选)如图所示，质量为m、电荷量为＋q的带电粒子，以不同的初速度两次从O点垂直于磁感线和磁场边界向上射入匀强磁场，在洛伦兹力作用下分别从M、N两点射出磁场，测得OM∶ON＝3∶4，则下列说法中错误的是( )
A．两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为3∶4B．两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为3∶4C．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为3∶4D．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为4∶3
AD
5．如图所示，粒子源P会发出电荷量相等的带电粒子。这些粒子经装置M加速并筛选后，能以相同的速度从A点垂直磁场方向沿AB射入正方形匀强磁场ABCD。粒子1、粒子2分别从AD中点和C点射出磁场。不计粒子重力，则粒子1和粒子2( )
A．均带正电，质量之比为4∶1B．均带负电，质量之比为1∶4C．均带正电，质量之比为2∶1D．均带负电，质量之比为1∶2
B
感谢各位的观看
第一章 安培力与洛伦兹力
第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动
有些航母飞机是用电磁弹射的，你知道原理是什么吗？
洛伦兹力
01
带电粒子在匀强磁场中的运动
复习引入
F=Bqvsinθ
洛伦兹力的公式
（θ为B为v的夹角）
F=Bqvsinθ
θ为90度时
复习引入
(1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说，洛伦兹力对带电粒子不做功。(2)洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。
洛伦兹力的特点
带电粒子在匀强磁场中的运动
思考：既然洛伦兹力起到向心力的作用，带电粒子在磁场中做什么运动？
匀速圆周运动
前提条件：
1.带点粒子沿着与磁场垂直的方向进入
2.只受洛伦兹力（重力比洛伦兹力小很多）
02
公式的使用
带电粒子在匀强磁场中的运动
质量为m、带电荷量为q、速率为v的带电粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。
基本思想
带电粒子在匀强磁场中的运动
半径：由qvB＝mv2/r
得r＝
带电粒子在匀强磁场中的运动
周期：由T＝2πr/v
得T＝
由此可知带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟速率v和半径r无关。
带电粒子在匀强磁场中的运动
1．思考判断(1)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速度的大小有关，而周期与速度、半径都无关。
(2)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，速率越小，周期越大。 (3)带电粒子以一定速度垂直射入匀强磁场，若只考虑洛伦兹力，则粒子的加速度不变 。
√
×
×
带电粒子在匀强磁场中的运动
2．在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场中，则( )A．粒子的速率加倍，周期减半B．粒子的速率不变，轨道半径加倍C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的0.25倍D．粒子的速率不变，周期减半
D
03
运动轨迹
轨迹圆心的确定方法
由于带电粒子在磁场中做匀速圆周运动
想要画出运动轨迹
确定圆心的位置很重要
一般采用几何方法确认
轨迹圆心的确定方法
方法一（两个半径）：
已知粒子运动轨迹上两点的速度方向时，由于速度一定垂直半径，所以作这两速度方向的垂线，交点即为圆心，如图所示。
轨迹圆心的确定方法
方法二（一半径一中垂线）：
已知粒子轨迹上的两点和其中一点的速度方向时，画出粒子轨迹上的两点连线(即过这两点的圆的弦)，作它的中垂线，并画出已知点的速度方向的垂线，则弦的中垂线与速度方向的垂线的交点即为圆心，如图所示。
练习1．如图所示，一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是___________，在磁场中的运动时间是________。
2dBe/v
πd/3v
两种时间的求法
(1)利用圆心角求解，若求出这部分圆弧对应的圆心角，则t＝θT/2π。(2)利用弧长s和速度v求解，t＝s/v。
四种常考角度
(1)如图所示，速度的偏向角(φ)等于圆心角(α)。
(2)圆心角α等于AB弦与速度方向的夹角(弦切角θ)的2倍(φ＝α＝2θ＝ωt)。
四种常考角度
(3)相对的弦切角(θ)相等，与相邻的弦切角(θ′)互补，即θ＋θ′＝180°。(4)进出同一直线边界时速度方向与该直线边界的夹角相等。
练习 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，下列说法正确的是( )
A．M带负电，N带正电B．M的速率小于N的速率C．洛伦兹力对M、N做正功D．M的运行时间大于N的运行时间
A
04
现代科技的应用
速度选择器
当粒子垂直穿过匀强电场和匀强磁场，如果电场力等于洛伦兹力，则粒子可以直线运动。
速度选择器
若qv0B＝Eq，即v0＝E/B，粒子做匀速直线运动。
此时我们就能筛选出速度符合条件的粒子。
练习(多选)如图所示，平行板电容器的两板与电源相连，板间同时有电场和垂直纸面向里的匀强磁场B，一个带电荷量为＋q的粒子以v0为初速度从两板中间沿垂直电磁场方向进入，穿出时粒子的动能减小了，若想使这个带电粒子以v0沿原方向匀速直线运动穿过电磁场，可采用的办法是( )
A．减小平行板的正对面积
B．增大电源电压C．减小磁感应强度B
D．增大磁感应强度B
BC
磁流体发电机
等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极间电压为U时稳定，qU/d＝qv0B，U＝Bdv0
练习 一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷。在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法中正确的是 ( )
A．A板带正电B．有电流从b经用电器流向aC．金属板A、B间的电场方向向下D．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力小于所受电场力
B
05
课后练习
1一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入匀强磁场中，由于使沿途空气电离而使粒子的动能逐渐减小，轨迹如图所示。下列有关粒子的运动方向和所带电性的判断正确的是( )
A．粒子由a向b运动，带正电B．粒子由a向b运动，带负电C．粒子由b向a 运动，带正电D．粒子由b向a运动，带负电
D
2如图所示，正方形区域ABCD中有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带正电粒子(不计重力)以一定速度沿AB边的中点M垂直于AB边射入磁场，恰好从A点射出，则( )
A．若该粒子从A点射入，粒子将从M点射出B．仅增大该粒子的速度，粒子在磁场中运动时间将变小C．若将该粒子速度增大为原来的2倍，粒子将从D点射出D．仅增大磁感应强度，粒子在磁场中运动时间将增大
B
3.将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒)沿如图所示方向射入磁场，下列说法正确的是( )
A．正电荷向A板偏转B．负电荷向A板偏转C．洛伦兹力对正电荷做正功D．洛伦兹力对负电荷做正功
A
4(多选)如图所示，质量为m、电荷量为＋q的带电粒子，以不同的初速度两次从O点垂直于磁感线和磁场边界向上射入匀强磁场，在洛伦兹力作用下分别从M、N两点射出磁场，测得OM∶ON＝3∶4，则下列说法中错误的是( )
A．两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为3∶4B．两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为3∶4C．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为3∶4D．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为4∶3
AD
5．如图所示，粒子源P会发出电荷量相等的带电粒子。这些粒子经装置M加速并筛选后，能以相同的速度从A点垂直磁场方向沿AB射入正方形匀强磁场ABCD。粒子1、粒子2分别从AD中点和C点射出磁场。不计粒子重力，则粒子1和粒子2( )
A．均带正电，质量之比为4∶1B．均带负电，质量之比为1∶4C．均带正电，质量之比为2∶1D．均带负电，质量之比为1∶2
B
感谢各位的观看