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19张ppt）

(共19张PPT)
1.3带电粒子在匀强磁场中的运动
人教版 选择性必修二 第一章
物理核心素养目标
1、认识带电粒子在匀强磁场中的运动特点。
2、能用理论推导出带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r以及运动周期T的表达式，能分析表达式的物理含义。
3、知道理论必须经由实践的检验，经历实验验证带电粒子做圆周运动的半径r与周期T的影响因素。
4、简单了解带电粒子在匀强磁场中的运动相关知识在生产生活中的实际应用。
复习导入
在现代科技研究中，带电粒子在磁场中的运动是一个重要课题。当带电粒子垂直射入匀强磁场时，粒子将会如何运动？要解决这个问题，则需要确定这些粒子所受的洛伦兹力的大小和方向。
F洛=qvB
小组讨论：1. 带电粒子将会做直线运动还是曲线运动？
2. 如果是曲线运动，那么将会做哪一种曲线运动？
带电粒子在匀强磁场中的运动
PART 01
演示实验：电子束在磁场中的偏转
PART 01
洛伦兹力演示仪
电子枪可以改变电子出射速度
励磁线圈能产生可调节的匀强磁场
PART 01
无磁场时，电子的径迹是一条直线
加磁场后，电子束的径迹是一个圆
PART 01
一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量q= 1.6×10-19 C 的带负电粒子，以 5×105m/s 的初速度v垂直射入磁感应强度B为 0.2 T 的匀强磁场。求出粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比。（g取9.8N/Kg）
计算粒子所受的重力大小为
G ＝ mg ＝ 1.67×10-27×9.8 N ＝ 1.64×10-26 N
带电粒子所受的洛伦兹力大小为
F洛 ＝ qvB ＝ 1.6×10-19×5×105×0.2 N ＝ 1.6×10-14 N
重力与洛伦兹力大小之比
一般来说微观粒子受电磁力时，重力通常可以忽略不计。
v
洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直，根据动力学相关知识，力与速度方向垂直时，物体速度如何变化？洛伦兹力做功吗，是否改变粒子物体动能？
v
















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
实验中我们看到粒子做圆周运动，那么向心力的来源是什么？
F
F
v
-
F
v
-
F
-
-
PART 01
带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
PART 02
PART 02
带电粒子只受洛伦兹力下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：
由
得
物理含义：
1.当电子束出射速度不变，磁感应强度变大时，这个圆的半径变小；2.当磁感应强度不变，电子束出射速度变大时，这个圆的半径变大。
PART 02
方法一：根据周期T的定义式计算：
联立解得
qB
2 m
T=
物理含义：
周期T由磁场B和 粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。
PART 02
方法二：根据向心力的表达式：
qB
2 m
T=
物理含义：
周期T由磁场B和 粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。
联立解得
PART 02
例.（半径r与周期T表达式的运用）一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量q= 1.6×10-19 C 的带电粒子（注意：电性未知），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）粒子在磁场中运动的轨道半径；
（2）粒子做匀速圆周运动的周期。
解：（1）带电粒子所受的洛伦兹力为
半径
洛伦兹力提供向心力，故
F洛 ＝ qvB
（2）
带电粒子在磁场中运动情况研究
PART 03
PART 03
例.（几何法）如图，带电粒子垂直入射匀强磁场B，磁场只存在于宽度为L的空间区域内，已知入射点P、出射点M及其两点的速度方向，该过程速度偏转角为θ，则带电粒子在磁场中运动轨迹半径为多少？
由几何关系可以知道：
根据正弦定理可以知道：
即：
v0
P
M
O
θ
θ
L
核心问题——确定圆心
PART 03
变式训练.考虑一个带电粒子，在P点垂直于磁场的左边界入射，并最终从M点飞出磁场。已知M点距离P点粒子入射线方向上的Q点距离为H，同时磁场的宽度为L，求轨迹半径r。（如何确定圆心？）
由几何知识可知：
即：
H
Q
v0
P
M
O
L
由相似三角形相
关知识可知：
N
变式训练.已知PM=L，圆的半径为R，质量为m，电荷量为q的带电粒子垂直匀强磁场方向进入磁场，计算半径r，以及在磁场中运动时间t。
Q·
θ
θ
P
θ
P
Q
P
Q
·
θ
PART 03
本节课到此结束
作业：优化设计大练+小练