人教版高中物理选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力3带电粒子在匀强磁场中的运动课件（71页ppt）

(共71张PPT)
第一章　安培力与洛伦兹力
3.带电粒子在匀强磁场中的运动
核心素养：
1. 运用所学知识，能够解释带电粒子在匀强磁场中的运动.（物理观念）
2. 通过理论分析掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期、圆心角 等物理量.（科学思维）
3. 探究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的半径、周期与哪些物理量有关.（科 学探究）
4. 通过先实验探究，再理论分析与推导的顺序，既有丰富的感性材料，又有清晰的 理论依据，在理论与实践结合的过程中体会成功的喜悦.（科学态度与责任）
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研习任务一　带电粒子在匀强磁场中运动规律
合作　讨论
1. 你还记得物体做匀速圆周运动的条件吗？试着总结一下.
提示：①物体要受到一个始终与运动方向垂直的向心力作用；②向心力与物体的运动 方向在同一个平面内；③向心力与物体的运动方向垂直，不做功，不改变物体速度的 大小.
2. 如果沿着与磁场垂直的方向发射带电粒子，带电粒子受到的洛伦兹力的方向怎 样？洛伦兹力与带电粒子的运动方向是否处于同一平面内？带电粒子做什么运动？
提示：如图所示，洛伦兹力垂直速度方向，也垂直磁场方向，洛伦 兹力与粒子的运动方向在同一平面内，带电粒子在这个平面内做匀 速圆周运动.
教材　认知
1. 带电粒子在匀强磁场中的运动
（1）若v∥B，带电粒子以速度v做匀速直线运动，其所受洛伦兹力F＝0.
（2）若v⊥B，此时初速度方向、洛伦兹力的方向均与磁场方向 ，粒子在垂 直于 方向的平面内运动.
①洛伦兹力与粒子的运动方向 ，只改变粒子速度的 ，不改变粒子速 度的 .
②带电粒子在垂直于磁场的平面内做 运动， 提供向心力.
垂直　
磁场　
垂直　
方向　
大小　
匀速圆周　
洛伦兹力　
无关　
要点　归纳
1. 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径公式
2. 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期公式
研习　经典
A. T增大 B. T减小
C. R增大 D. R减小
D
名师点评
　　做这类题目时一定要牢记半径公式和周期公式，看清楚带电粒子的质量和电荷 量，善用控制变量法，抓住不变量判断变化量，必要时把相关公式写在题目空白处.
对应　训练
B
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研习任务二　观察带电粒子的运动径迹
合作　讨论
如图所示，可用洛伦兹力演示仪观察运动电子
在匀强磁场中的偏转.
（1）不加磁场时，电子束的运动轨迹如何？加上磁场时，电子束的运动轨迹如何？
提示：（1）不加磁场时电子束的轨迹为一条直线，加磁场后电子束的径迹是一个圆.
（2）如果保持出射电子的速度不变，增大磁感应强度，轨迹圆半径如何变化？如果 保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，圆半径如何变化？
提示：（2）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；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.
要点　归纳
1. 洛伦兹力演示仪的构造
（1）电子枪：可以发射电子束.
（2）玻璃泡：内部充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹.
（3）励磁线圈：能够在两个线圈之间产生匀强磁场，磁场的方向与两个线圈中心的 连线平行.
2. 实验现象
（1）不加磁场时，电子束的径迹是一条直线（图甲）.加磁场后电子束的径迹是一个 圆（图乙）.
（2）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.
（3）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.
3. 实验结论
带电粒子以垂直磁场的方向射入，在磁场中做匀速圆周运动，其运动规律与理论推导 相吻合.
研习　经典
A. 甲图中的电子束不受洛伦兹力
B. 乙图中的电子束不受洛伦兹力
C. 甲图中的电子束处在垂直纸面的磁场中
D. 乙图中的电子束处在平行纸面的磁场中
A
解析：甲图中的电子束的轨迹没有偏转，说明不受洛伦兹力，故A正确；乙图中的电 子束的轨迹发生偏转，说明受洛伦兹力，故B错误；甲图中的电子束的轨迹没有偏 转，说明不受洛伦兹力，电子束处在平行纸面的磁场中或处于磁感应强度为零的位 置，故C错误；乙图中的电子束的轨迹是圆周，说明受洛伦兹力，电子束处在垂直纸 面的磁场中，故D错误.
名师点评
　　解决此类问题时一定要清楚洛伦兹力演示仪的构造，洛伦兹力演示仪的两个励磁 线圈会产生垂直纸面的磁场，只要明确电子束的运动轨迹就可以确定电子束是否偏 转，是否受力.
对应　训练
B
A. 励磁线圈通以逆时针方向的电流，则能形成结构示意图中的电子运动径迹
B. 励磁线圈通以顺时针方向的电流，则能形成结构示意图中的电子运动径迹
C. 保持励磁电压不变，增加加速电压，电子束形成圆周的半径减小
D. 保持加速电压不变，增加励磁电压，电子束形成圆周的半径增大
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研习任务三　带电粒子在匀强磁场中的圆周运动
合作　讨论
我们知道，在几何中，只要确定了一个圆的圆心和半径，这个圆就唯一确定了.带电 粒子在匀强磁场中做圆周运动，我们应该如何确定粒子运动的轨迹呢？
提示：要想确定粒子的运动轨迹，需要确定粒子做圆周运动的圆心和半径.圆心在入 射速度的垂线、出射速度的垂线和轨迹弦的垂直平分线上，以上三条线中任意两条线 的交点就是轨迹的圆心.粒子做圆周运动的半径可以根据几何关系或半径公式求解.
要点　归纳
在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题时，可以按照“找圆心，求半径， 求角度，解未知”的思路进行.
1. 找圆心——两线定一“心”
（1）圆心一定在垂直于速度的直线上.
如图甲所示，已知入射点P（或出射点M）的速度方向，可通过入射点和出射点作速 度的垂线，两条直线的交点就是圆心.
（2）圆心一定在弦的中垂线上.
如图乙所示，作P、M连线的中垂线，
与任一速度的垂线的交点为圆心.
（2）根据几何知识求解，如图所示.
3. 求角度
如图所示，
（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AB对应的圆心角α，即α＝φ.
（2）圆弧AB所对应圆心角α等于弦AB与切线的夹角（弦切角）θ的2倍，即α＝2θ.
（3）相对的弦切角相等；相邻的弦切角互补，即θ＋θ'＝180°.
（4）进出同一直边界时速度方向与该边界的夹角相等，如图所示.
研习　经典
B
名师点评
　　在解决此类问题时要熟悉“找圆心，求半径，解未知”三步曲，这三步要根据具 体情况来灵活使用，不一定每步都用到，也不一定有严格的先后顺序.
对应　训练
C. 2∶1
B
知识　构建
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课后提素养 深刻剖析 提升能力
基础　题组
1. 判断正误.
√
×
×
×
×
×
A. 1∶1∶2 B. 1∶3∶4
C. 1∶1∶1
D
A. 若速率相等，则半径必相等
B. 若质量相等，则周期必相等
C. 若动量大小相等，则半径必相等
D. 若动能相等，则周期必相等
BC
中档　题组
A. 运动轨迹的半径是Ⅰ中的k倍
B. 加速度的大小是Ⅰ中的k倍
C. 做圆周运动的周期是Ⅰ中的k倍
D. 做圆周运动的角速度与Ⅰ中的相等
AC
A
3. 如图所示，一个质量为m、带负电荷、电荷量为q、不计重力的
带电粒子从x轴上的P点以速度v沿与x轴成60°的方向射入第一象限
内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限.已知OP＝a，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度B的大小；
（2）带电粒子穿过第一象限所用的时间.
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课时作业（三）
[基础训练]
A. 它所受的洛伦兹力是恒定不变的
B. 它的速度是恒定不变的
C. 它的速度与磁感应强度B成正比
D. 它的运动周期与速度的大小无关
D
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A. 1∶2，1∶2 B. 2∶1，2∶1
C. 2∶1，1∶2 D. 1∶2，2∶1
C
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A. 1∶2 B. 2∶1
D. 1∶1
B
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解析：画出正、负电子在磁场中运动的轨迹如图所示：
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B
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解析：根据题意作出正电荷运动的轨迹如图所示：
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A. 粒子带正电，从B点射入
B. 粒子带负电，从B点射入
C. 粒子带正电，从A点射入
D. 粒子带负电，从A点射入
B
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A. 粒子带正电
C. 粒子做圆周运动的半径为L
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8. 一个带电荷量为＋q，质量为m的粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中以初速度v0垂 直于磁场自A点开始运动，如图所示，经时间t，粒子到达C点，求：
（1）画出粒子轨迹示意图；
答案：（1）见解析图　
解析：（1）轨迹示意图如图所示
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（2）粒子在磁场中运动的周期和加速度大小a；
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（3）连接AC与v0所在直线间的夹角θ.
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[能力提升]
　　
A. 两个电子在磁场中运动的轨迹半径一定相同
B. 两个电子在磁场中运动的时间有可能相同
C. 进入圆形区域的电子一定先飞离磁场
D. 进入圆形区域的电子一定不会后飞离磁场
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A. 电子将向右偏转
B. 电子打在MN上的点与O'点的距离为d
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A. a、b两带电粒子的运动轨迹半径之比为1∶2
B. a、b两带电粒子的速度大小之比为2∶3
C. a、b两带电粒子的质量之比为2∶3
D. a、b两带电粒子的比荷之比为2∶3
AC
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12. 在如图所示的平面直角坐标系Oxy中，有一个圆形区域的匀强磁场（图中未画 出），磁场方向垂直于Oxy平面，坐标原点为该圆形磁场区域的圆心.现有一质量为 m，带电荷量为＋q的带电粒子（重力不计）从O点开始以初速度v沿x轴正方向进入磁 场，粒子经过y轴上P点时速度方向与y轴正方向夹角为θ＝30°，已知OP＝L，求：
（1）磁感应强度的大小；
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解析：（1）依题意，粒子运动轨迹如图所示
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（2）该圆形磁场区域的面积.
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