帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)【知識建構(gòu)+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(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)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(fù)習(xí)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(jì)算？左手定則新課引入

問題與思考：

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，常常要研究帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)。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(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)徑跡，你猜想的依據(jù)是什么？新課引入一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)新課講授思考與討論：1.帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)？勻速直線運(yùn)動(dòng)2.帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)？

新課講授

洛倫茲力的方向始終與運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)

一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)重力不計(jì)，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(yùn)動(dòng)的半徑和周期

電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供由牛頓第二定律得：做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑：1.保持磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度，電子束徑跡如何變化？二、帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)電子在磁場中的偏轉(zhuǎn)新課講授二、帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期

電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供由牛頓第二定律得：做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：B↑r↓v↑r↑二、帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期1．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供：2．帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)周期：；帶電粒子的周期與軌道半徑和速度無關(guān)，而與成反比。新課講授新課講授【例題】一個(gè)質(zhì)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(yīng)強(qiáng)度為0.2T的勻強(qiáng)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(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（3）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的周期：3．圓周運(yùn)動(dòng)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(diǎn)的速度方向，則可根據(jù)洛倫茲力F⊥v，分別確定兩點(diǎn)處洛倫茲力F的方向，其交點(diǎn)即為圓心，如圖(a)；方法2：若已知粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)和其中某一點(diǎn)的速度方向，則可作出此兩點(diǎn)的連線(即過這兩點(diǎn)的圓弧的弦)的中垂線，中垂線與垂線的交點(diǎn)即為圓心，如圖(b)。新課講授(2)半徑的計(jì)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(xué)知識

(勾股定理、三角函數(shù)等)計(jì)算來確定。(3)時(shí)間的計(jì)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(guān)系兩個(gè)重要結(jié)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(yīng)的圓心角α，即α＝φ，如圖所示。(2)圓弧PM所對應(yīng)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(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)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(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動(dòng)時(shí)間相聯(lián)系，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與周期相聯(lián)系。③用規(guī)律：運(yùn)用牛頓第二定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(jié)構(gòu)示意圖，演示儀中有一對彼此平行且共軸的勵(lì)磁圓形線圈，通入電流I后，能夠在兩線圈間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場；玻璃泡內(nèi)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(diǎn)正下方的S點(diǎn)水平向左射出，電子通過玻璃泡內(nèi)稀薄氣體時(shí)能夠顯示出電子運(yùn)動(dòng)的徑跡。則下列說法正確的是（）A．若要正常觀察電子徑跡，勵(lì)磁線圈的電流方向應(yīng)為逆時(shí)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(shí)減小I和U，則電子運(yùn)動(dòng)的周期減小D．若保持I不變，減小U，則電子運(yùn)動(dòng)的周期將不變D課堂練習(xí)課堂練習(xí)2．如圖，甲、乙兩個(gè)帶電粒子沿著垂直于磁感線的方向從某點(diǎn)射入同一勻強(qiáng)磁場中，它們在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡重合，兩粒子的質(zhì)量m乙=2m甲，兩粒子的電量q乙=q甲。它們在磁場中運(yùn)動(dòng)，大小相等的物理量是（）A．時(shí)間 B．加速度 C．動(dòng)量 D．動(dòng)