1.3带电粒子在匀强磁场中的运动（课件）(共25张PPT) 高二物理（人教版2019选择性必修第二册）
文档属性
| 名称 | 1.3带电粒子在匀强磁场中的运动（课件）(共25张PPT) 高二物理（人教版2019选择性必修第二册） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-02-21 10:29:15 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
§3 带电粒子在匀强磁场中的运动
高二物理（人教版2019）
选择性必修 第二册
第一章 安培力与洛伦兹力
复习与回顾：
1、洛伦兹力的方向如何判断？
2、洛伦兹力的大小如何计算？
左手定则
新课引入
问题与思考：
在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹，你猜想的依据是什么？
新课引入
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
新课讲授
思考与讨论：
1.带电粒子平行射入匀强磁场会做什么运动？
匀速直线运动
2.带电粒子垂直射入匀强磁场会做什么运动？
新课讲授
洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直
洛伦兹力对电荷不做功
电荷的速度大小不变，洛伦兹力大小不变
洛伦兹力提供向心力，电荷做匀速圆周运动
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
重力不计，电荷在磁场中只受洛伦兹力
新课讲授
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供
由牛顿第二定律得：
做圆周运动的半径：
1.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，电子束径迹如何变化？
2.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，电子束径迹如何变化？
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
观察与思考：
新课讲授
新课讲授
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供
由牛顿第二定律得：
做圆周运动的半径：
实验现象：
B ↑
r ↓
v ↑
r ↑
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
1．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供：
2．带电粒子做圆周运动的轨道半径和周期：
(1)轨道半径： ;粒子的轨道半径与粒子的速率成正比.
(2)运动周期： ；带电粒子的周期与轨道半径和速度无关，而与 成反比。
新课讲授
新课讲授
【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 5×105m/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。
解：(1)粒子所受的重力：G ＝ mg ＝ 1.67×10-27×9.8 N ＝ 1.64×10-26 N
所受的洛伦兹力：F ＝ qvB ＝ 1.6×10-19×5×105×0.2 N ＝ 1.6×10-14 N
重力与洛伦兹力之比：
带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。
新课讲授
（2）带电粒子所受的洛伦兹力为：
由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径：
洛伦兹力提供向心力，故：
F ＝ qvB
（3）粒子做匀速圆周运动的周期：
3．圆周运动分析：(1)圆心的确定方法：两线定一“心”方法1：若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力F⊥v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心，如图(a)；方法2：若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心，如图(b)。
新课讲授
(2)半径的计算方法方法1：由物理方法求：半径 ；方法2：由几何方法求：一般由数学知识
(勾股定理、三角函数等)计算来确定。(3)时间的计算方法方法1：由圆心角求： ；方法2：由弧长求：t＝s/v。
新课讲授
(4)圆心角与偏向角、圆周角的关系两个重要结论：(1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角φ叫作偏向角，偏向角等于圆弧PM对应的圆心角α，即α＝φ，如图所示。(2)圆弧PM所对应圆心角α等于弦PM与切线的夹角(弦切角)θ的2倍，即α＝2θ，如图所示。
新课讲授
(5)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的解题三步法：
新课讲授
①画轨迹：即确定圆心，画出轨迹并通过几何方法求半径。②找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，运动的时间与周期相联系。③用规律：运用牛顿第二定律和匀速圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式。
1．如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图，演示仪中有一对彼此平行且共轴的励磁圆形线圈，通入电流I后，能够在两线圈间产生匀强磁场；玻璃泡内有电子枪，通过加速电压U对初速度为零的电子加速并连续发射。电子刚好从球心O点正下方的S点水平向左射出，电子通过玻璃泡内稀薄气体时能够显示出电子运动的径迹。则下列说法正确的是（ ）
A．若要正常观察电子径迹，励磁线圈的电流方向应为逆时针（垂直纸面向里看）
B．若保持U不变，增大I，则圆形径迹的半径变大
C．若同时减小I和U，则电子运动的周期减小
D．若保持I不变，减小U，则电子运动的周期将不变
D
课堂练习
课堂练习
2．如图，甲、乙两个带电粒子沿着垂直于磁感线的方向从某点射入同一匀强磁场中，它们在磁场中的运动轨迹重合，两粒子的质量m乙=2m甲，两粒子的电量q乙=q甲。它们在磁场中运动，大小相等的物理量是（ ）
A．时间 B．加速度 C．动量 D．动能
C
课堂练习
课堂练习
3．电荷量为3e的正离子，自匀强磁场a点如图射出，当它运动到b点时，打中并吸收了原处于静止状态的一个正电子，若忽略正电子质量，则接下来离子的运动轨迹是（ ）
C
课堂练习
课堂练习
B
课堂练习
课堂练习
D
课堂练习
课堂练习
§3 带电粒子在匀强磁场中的运动
高二物理（人教版2019）
选择性必修 第二册
第一章 安培力与洛伦兹力
复习与回顾：
1、洛伦兹力的方向如何判断？
2、洛伦兹力的大小如何计算？
左手定则
新课引入
问题与思考：
在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹，你猜想的依据是什么？
新课引入
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
新课讲授
思考与讨论：
1.带电粒子平行射入匀强磁场会做什么运动？
匀速直线运动
2.带电粒子垂直射入匀强磁场会做什么运动？
新课讲授
洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直
洛伦兹力对电荷不做功
电荷的速度大小不变，洛伦兹力大小不变
洛伦兹力提供向心力，电荷做匀速圆周运动
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
重力不计，电荷在磁场中只受洛伦兹力
新课讲授
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供
由牛顿第二定律得：
做圆周运动的半径：
1.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，电子束径迹如何变化？
2.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，电子束径迹如何变化？
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
观察与思考：
新课讲授
新课讲授
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供
由牛顿第二定律得：
做圆周运动的半径：
实验现象：
B ↑
r ↓
v ↑
r ↑
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
1．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供：
2．带电粒子做圆周运动的轨道半径和周期：
(1)轨道半径： ;粒子的轨道半径与粒子的速率成正比.
(2)运动周期： ；带电粒子的周期与轨道半径和速度无关，而与 成反比。
新课讲授
新课讲授
【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 5×105m/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。
解：(1)粒子所受的重力：G ＝ mg ＝ 1.67×10-27×9.8 N ＝ 1.64×10-26 N
所受的洛伦兹力：F ＝ qvB ＝ 1.6×10-19×5×105×0.2 N ＝ 1.6×10-14 N
重力与洛伦兹力之比：
带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。
新课讲授
（2）带电粒子所受的洛伦兹力为：
由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径：
洛伦兹力提供向心力，故：
F ＝ qvB
（3）粒子做匀速圆周运动的周期：
3．圆周运动分析：(1)圆心的确定方法：两线定一“心”方法1：若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力F⊥v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心，如图(a)；方法2：若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心，如图(b)。
新课讲授
(2)半径的计算方法方法1：由物理方法求：半径 ；方法2：由几何方法求：一般由数学知识
(勾股定理、三角函数等)计算来确定。(3)时间的计算方法方法1：由圆心角求： ；方法2：由弧长求：t＝s/v。
新课讲授
(4)圆心角与偏向角、圆周角的关系两个重要结论：(1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角φ叫作偏向角，偏向角等于圆弧PM对应的圆心角α，即α＝φ，如图所示。(2)圆弧PM所对应圆心角α等于弦PM与切线的夹角(弦切角)θ的2倍，即α＝2θ，如图所示。
新课讲授
(5)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的解题三步法：
新课讲授
①画轨迹：即确定圆心，画出轨迹并通过几何方法求半径。②找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，运动的时间与周期相联系。③用规律：运用牛顿第二定律和匀速圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式。
1．如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图，演示仪中有一对彼此平行且共轴的励磁圆形线圈，通入电流I后，能够在两线圈间产生匀强磁场；玻璃泡内有电子枪，通过加速电压U对初速度为零的电子加速并连续发射。电子刚好从球心O点正下方的S点水平向左射出，电子通过玻璃泡内稀薄气体时能够显示出电子运动的径迹。则下列说法正确的是（ ）
A．若要正常观察电子径迹，励磁线圈的电流方向应为逆时针（垂直纸面向里看）
B．若保持U不变，增大I，则圆形径迹的半径变大
C．若同时减小I和U，则电子运动的周期减小
D．若保持I不变，减小U，则电子运动的周期将不变
D
课堂练习
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2．如图，甲、乙两个带电粒子沿着垂直于磁感线的方向从某点射入同一匀强磁场中，它们在磁场中的运动轨迹重合，两粒子的质量m乙=2m甲，两粒子的电量q乙=q甲。它们在磁场中运动，大小相等的物理量是（ ）
A．时间 B．加速度 C．动量 D．动能
C
课堂练习
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3．电荷量为3e的正离子，自匀强磁场a点如图射出，当它运动到b点时，打中并吸收了原处于静止状态的一个正电子，若忽略正电子质量，则接下来离子的运动轨迹是（ ）
C
课堂练习
课堂练习
B
课堂练习
课堂练习
D
课堂练习
课堂练习