帶電粒子在勻強磁場中的運動【知識建構+高效助教】 高二物理 課件 （人教版2019選擇性必修第二冊）

§3帶電粒子在勻強磁場中的運動高二物理（人教版2019）選擇性必修第二冊第一章

安培力與洛倫茲力復習與回顧：1、洛倫茲力的方向如何判斷？2、洛倫茲力的大小如何計算？左手定則新課引入

問題與思考：

在現(xiàn)代科學技術中，常常要研究帶電粒子在磁場中的運動。如果沿著與磁場垂直的方向發(fā)射一束帶電粒子，請猜想這束粒子在勻強磁場中的運動徑跡，你猜想的依據(jù)是什么？新課引入一、帶電粒子在勻強磁場中的運動新課講授思考與討論：1.帶電粒子平行射入勻強磁場會做什么運動？勻速直線運動2.帶電粒子垂直射入勻強磁場會做什么運動？

新課講授

洛倫茲力的方向始終與運動方向垂直洛倫茲力對電荷不做功電荷的速度大小不變，洛倫茲力大小不變洛倫茲力提供向心力，電荷做勻速圓周運動

一、帶電粒子在勻強磁場中的運動重力不計，電荷在磁場中只受洛倫茲力新課講授二、帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期

電荷做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供由牛頓第二定律得：做圓周運動的半徑：1.保持磁感應強度不變，改變出射電子的速度，電子束徑跡如何變化？2.保持出射電子的速度不變，改變磁感應強度，電子束徑跡如何變化？二、帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期觀察與思考：新課講授新課講授用洛倫茲力演示儀觀察運動電子在磁場中的偏轉新課講授二、帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期

電荷做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供由牛頓第二定律得：做圓周運動的半徑：實驗現(xiàn)象：B↑r↓v↑r↑二、帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期1．帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供：2．帶電粒子做圓周運動的軌道半徑和周期：(1)軌道半徑：;粒子的軌道半徑與粒子的速率成正比.(2)運動周期：；帶電粒子的周期與軌道半徑和速度無關，而與成反比。新課講授新課講授【例題】一個質量為1.67×10-27kg、電荷量為1.6×10-19C的帶電粒子，以5×105m/s的初速度沿與磁場垂直的方向射入磁感應強度為0.2T的勻強磁場。求：（1）粒子所受的重力和洛倫茲力的大小之比（2）粒子在磁場中運動的軌道半徑；（3）粒子做勻速圓周運動的周期。解：(1)粒子所受的重力：G＝mg＝1.67×10-27×9.8N＝1.64×10-26N所受的洛倫茲力：F＝qvB＝1.6×10-19×5×105×0.2N＝1.6×10-14N重力與洛倫茲力之比：帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲力遠大于重力，重力作用的影響可以忽略。新課講授（2）帶電粒子所受的洛倫茲力為：由此得到粒子在磁場中運動的軌道半徑：洛倫茲力提供向心力，故：F＝qvB（3）粒子做勻速圓周運動的周期：3．圓周運動分析：(1)圓心的確定方法：兩線定一“心”方法1：若已知粒子軌跡上的兩點的速度方向，則可根據(jù)洛倫茲力F⊥v，分別確定兩點處洛倫茲力F的方向，其交點即為圓心，如圖(a)；方法2：若已知粒子運動軌跡上的兩點和其中某一點的速度方向，則可作出此兩點的連線(即過這兩點的圓弧的弦)的中垂線，中垂線與垂線的交點即為圓心，如圖(b)。新課講授(2)半徑的計算方法方法1：由物理方法求：半徑；方法2：由幾何方法求：一般由數(shù)學知識

(勾股定理、三角函數(shù)等)計算來確定。(3)時間的計算方法方法1：由圓心角求：；方法2：由弧長求：t＝s/v。新課講授(4)圓心角與偏向角、圓周角的關系兩個重要結論：(1)帶電粒子射出磁場的速度方向與射入磁場的速度方向之間的夾角φ叫作偏向角，偏向角等于圓弧PM對應的圓心角α，即α＝φ，如圖所示。(2)圓弧PM所對應圓心角α等于弦PM與切線的夾角(弦切角)θ的2倍，即α＝2θ，如圖所示。新課講授(5)帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的解題三步法：新課講授①畫軌跡：即確定圓心，畫出軌跡并通過幾何方法求半徑。②找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應強度、運動速度相聯(lián)系，偏轉角度與圓心角、運動時間相聯(lián)系，運動的時間與周期相聯(lián)系。③用規(guī)律：運用牛頓第二定律和勻速圓周運動的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式。1．如圖所示為洛倫茲力演示儀的結構示意圖，演示儀中有一對彼此平行且共軸的勵磁圓形線圈，通入電流I后，能夠在兩線圈間產(chǎn)生勻強磁場；玻璃泡內有電子槍，通過加速電壓U對初速度為零的電子加速并連續(xù)發(fā)射。電子剛好從球心O點正下方的S點水平向左射出，電子通過玻璃泡內稀薄氣體時能夠顯示出電子運動的徑跡。則下列說法正確的是（）A．若要正常觀察電子徑跡，勵磁線圈的電流方向應為逆時針（垂直紙面向里看）B．若保持U不變，增大I，則圓形徑跡的半徑變大C．若同時減小I和U，則電子運動的周期減小D．若保持I不變，減小U，則電子運動的周期將不變D課堂練習課堂練習2．如圖，甲、乙兩個帶電粒子沿著垂直于磁感線的方向從某點射入同一勻強磁場中，它們在磁場中的運動軌跡重合，兩粒子的質量m乙=2m甲，兩粒子的電量q乙=q甲。它們在磁場中運動，大小相等的物理量是（）A．時間 B．加速度 C．動量 D．動