人教版高中物理选择性必修第二册第1章第3节带电粒子在匀强磁场中的运动课件（29页ppt）

(共29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
新课引入
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
自主预习
带电粒子在匀强磁场中的运动
一
如图所示，给励磁线圈通电产生匀强磁场，观察电子束的径迹。
(1)电子束在匀强磁场中运动的径迹是什么样的？原因是什么？
电子束的径迹是一个圆。因为洛伦兹力提供了向心力，电子束做匀速圆周运动。
(2)保持出射电子的速度不变，增加磁感应强度，
电子束径迹有什么变化？
半径减小。
(3)保持磁感应强度不变，增加出射电子的速度，
电子束径迹有什么变化？
半径增大。
智能提升
一
带电粒子在匀强磁场中的运动
1.带电粒子在匀强磁场中的运动
(1)运动轨迹
带电粒子(不计重力)以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场时：
①当v∥B时，带电粒子将做匀速直线运动。
②当v⊥B时，带电粒子将做匀速圆周运动。
(2)洛伦兹力的特点
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洛伦兹力总与粒子的运动方向垂直，对粒子提供做圆周运动的向心力。
智能提升
一
带电粒子在匀强磁场中的运动
理论探究
一
带电粒子在匀强磁场中的运动
对于带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动的讨论，请完成如下任务：
任务1.带电粒子在匀强磁场中一定做匀速圆周运动吗？
不一定。
理论探究
一
带电粒子在匀强磁场中的运动
对于带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动的讨论，请完成如下任务：
任务2.带电粒子在匀强磁场中运动的速度越大，则周期越大吗？
任务3.带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力的作用时速度大小可能变化吗？
不可能。
洛伦兹力永不做功，带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力的作用时速度大小不变。
探究归纳
一
带电粒子在匀强磁场中的运动
F
针对练1.(多选)(2024·唐山市高二期末)已知氚核的质量约为质子质量的3倍，电荷量与质子电荷量相等。使质子和氚核以大小相同的速度在同一匀强磁场中做匀速圆周运动。下列说法正确的是( )
A.质子和氚核运动半径之比为3∶1
B.质子和氚核运动半径之比为1∶3
C.质子和氚核运动周期之比为3∶1
D.质子和氚核运动周期之比为1∶3


针对练2.(多选)两个粒子A和B带有等量的同种电荷，粒子A和B以垂直于磁场的方向射入同一匀强磁场，不计粒子重力，则下列说法正确的是( )
A.如果两粒子的速度vA＝vB，则两粒子的半径rA＝rB
B.如果两粒子的动能EkA＝EkB，则两粒子的周期TA＝TB
C.如果两粒子的质量mA＝mB，则两粒子的周期TA＝TB
D.如果两粒子的质量与速度的乘积mAvA＝mBvB，则两粒子的半径rA＝rB
探究归纳
二
带电粒子在有界磁场中的匀速圆周运动
1.处理带电粒子在有界匀强磁场中的圆周运动问题的一般思路
①从轨迹中寻找几何关系；
②轨迹半径与磁感应强度、运动速度相联系；
③偏转角度与圆心角、运动时间相联系；
④在磁场中运动时间与周期相联系
画轨迹
找关系
用规律
画出轨迹，并确定圆心，用几何方法求半径
用牛顿第二定律和圆周运动的规律，
特别是周期公式、半径公式等进行分析
探究归纳
二
带电粒子在有界磁场中的匀速圆周运动
2.四个关键问题
(1)确定圆心位置的方法
①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆心，如图甲所示，P为入射点，M为出射点。
②已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作过其中点的垂线，这两条垂线的交点就是圆心，如图乙所示，P为入射点，M为出射点。
探究归纳
二
带电粒子在有界磁场中的匀速圆周运动
探究归纳
二
带电粒子在有界磁场中的匀速圆周运动
+q
归纳总结
二
带电粒子在有界磁场中的匀速圆周运动
带电粒子在直线单边界匀强磁场中运动的常见情况
如图甲、乙、丙所示，带电粒子进出磁场时具有对称性，射入和射出磁场时速度与边界夹角大小相等。(R为半径，d为弦长)

归纳总结
二
带电粒子在有界磁场中的匀速圆周运动
带电粒子在平行边界匀强磁场中运动的常见情况
对于平行边界磁场，常常涉及带电粒子恰好从磁场飞出(或恰好飞不出)的临界问题，常见有两种情景：
1.粒子从磁场边界的端点飞出，
如图甲所示。
2.粒子的轨迹恰好与磁场边界
相切，如图乙、丙所示。
【例4】(多选)(2024·广东汕头高二期末)两个比荷相等的带电粒子a、b，以不同的速率va、vb对准圆心O沿着AO方向射入垂直纸面向里的圆形匀强磁场区域，两粒子射出磁场时的速度偏转角分别为120°、60°，其运动轨迹如图所示。不计粒子的重力，则下列说法正确的是( )
A.a粒子带正电，b粒子带负电
B.粒子射入磁场中的速率之比va∶vb＝1∶3
C.粒子在磁场中的运动时间之比ta∶tb＝2∶1










归纳总结
二
带电粒子在有界磁场中的匀速圆周运动
带电粒子在圆形边界匀强磁场中运动的常见情况
粒子进出圆形边界的磁场具有对称性，常见以下两种情景：
1.如图甲所示，粒子沿半径方向射入必沿半径方向射出。
2.如图乙所示，粒子射入时速度方向与半径的夹角为θ，射出时速度方向与半径的夹角也一定为θ。
【例6】如图所示，正六边形abcdef区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场。一带电粒子从a点沿ad方向射入磁场，粒子从b点离开磁场，在磁场中的运动时间为t1；如果只改变粒子射入磁场的速度大小，粒子从c点离开磁场，在磁场中的运动时间为t2。不计粒子重力，则t1与t2之比为( )
A.1∶2 B.2∶1 C.1∶3 D.3∶1




探究归纳
三
带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题
类型 分析 图例
带电粒子电性不确定 受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电荷，也可能带负电荷，以相同的初速度运动，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解。如图所示，带电粒子以速度v垂直匀强磁场进入，若带正电，其轨迹为a；若带负电，其轨迹为b
磁场方向不确定 只知道磁感应强度大小，而未具体指出磁感应强度方向，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成多解。如图所示，带正电粒子以速度v垂直匀强磁场进入，若磁感应强度垂直纸面向里，其轨迹为a；若磁感应强度垂直纸面向外，其轨迹为b
临界状态不唯一 带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧，因此，它可能穿过磁场飞出，也可能转过180°从入射界面一侧反向飞出，于是形成多解



课堂回眸
带电
粒子
在匀
强磁
场中
的运
动
带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径、周期公式有什么特点
怎样处理带电粒子在有界匀强磁场中的运动问题
怎样处理带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题