1.3帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第3節(jié)

帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第一章人教版（2019）選擇性必修二CONTENTS目錄帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)01帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期02帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中圓心、半徑及時(shí)間確定方法03帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況研究04情景一：帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)做什么運(yùn)動(dòng)？

情景二：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)將會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)？

勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是變速圓周運(yùn)動(dòng)？新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)隨堂練習(xí)布置作業(yè)

一個(gè)質(zhì)量為1.67×10-27kg、電荷量為1.6×10-l9C的帶電粒子，以5×105m/s的初速度沿與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。求∶粒子所受的重力和洛倫茲力的大小之比；

（1）粒子所受的重力

G=mg=1.67×10-27kg×9.8N=1.64×10-26N

粒子所受的洛倫茲力

F=qvB=1.6×10-19×5×105×0.2N=1.6×10-14N重力與洛倫茲力之比特殊說明，帶電粒子在磁場(chǎng)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。一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)結(jié)論：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)將會(huì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)

－v洛倫茲力的方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中速度大小如何變化，運(yùn)動(dòng)軌跡如何？vv-F

v-Fv-Fv-F洛倫茲力只改變速度方向不改變速度大小洛倫茲力始終與速度方向垂直FF新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)情形三：帶電粒子的初速度以任意角進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)軌跡如何？如何分析？等距螺旋運(yùn)動(dòng)

當(dāng)v與B呈一定夾角時(shí)，由于可以將v正交分解為v∥和v⊥（分別平行于和垂直于）B，因此電荷一方向以v∥的速度在平行于B的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，另一方向以v⊥的速度在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。高中階段重點(diǎn)研究帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)情景，如何用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一結(jié)論？新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：帶電粒子在垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)勵(lì)磁線圈電子槍加速電壓選擇擋洛倫茲力演示儀洛倫茲力演示儀示意圖作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)作用是改變電子束出射的速度新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)實(shí)驗(yàn)演示：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)不加磁場(chǎng)，帶電粒子的徑跡是一條直線加磁場(chǎng)，帶電粒子的徑跡是為圓帶電粒子的在磁場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑和周期什么規(guī)律？實(shí)驗(yàn)結(jié)論新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)二、帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)

帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供由向心力公式可得：做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑：規(guī)律：1.當(dāng)電子束出射速度不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度變大時(shí)，這個(gè)圓的半徑變??；2.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，電子束出射速度變大時(shí)，這個(gè)圓的半徑變大。做一做：根據(jù)以前所學(xué)的知識(shí)，推導(dǎo)一下帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)的周期規(guī)律由此看出周期由磁場(chǎng)和粒子的荷質(zhì)比決定，而與粒子的速度和軌道半徑無關(guān)。方法一：方法二：現(xiàn)象分析新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)

【課堂練習(xí)】一個(gè)質(zhì)量為1.67×10-27kg、電荷量為1.6×10-l9C的帶電粒子，以5×105m/s的初速度沿與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。（1）粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（2）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。由此得到粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑（1）洛倫茲力提供向心力，故（2）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)三、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中圓心、半徑及時(shí)間確定方法問題：當(dāng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)如何確定其運(yùn)動(dòng)軌跡？常見粒子的分類帶電的基本粒子：

如電子，質(zhì)子，α粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和洛侖磁力相比在小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2.帶電微粒：

如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡及時(shí)間確定方法1.找圓心：（1）已知兩點(diǎn)速度方向：速度垂線的交點(diǎn)（2）已知一點(diǎn)速度方向及另一點(diǎn)位置：速度垂線與弦中垂線的交點(diǎn)新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)2.定半徑：（1）物理方法：（2）幾何方法：直角三角形、圓的特點(diǎn)新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)3.運(yùn)動(dòng)時(shí)間：找圓心角新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)【課堂練習(xí)】如圖，一個(gè)邊長(zhǎng)為a的正方形區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電量為－q的粒子以某一速度從AB的中點(diǎn)平行于BC邊射入磁場(chǎng)，粒子恰好從C點(diǎn)射出，不計(jì)粒子重力．則粒子入射磁場(chǎng)的速度大小為(

)【答案】B隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)四、帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況研究1.直線邊界（情形1）：（1）對(duì)稱；

（2）怎樣進(jìn)怎樣出；新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)1.直線邊界（情形2）：新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)2.平行邊界：有臨界，軌跡與磁場(chǎng)邊界相切,常用伸縮圓。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)3.圓形邊界：徑向入徑向出新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)（1）如圖所示，速度的偏向角β等于圓心角α。（2）圓心角α等于AB弦與速度方向的夾角（弦切角θ）的2倍（β＝α＝2θ＝ωt）。（3）相對(duì)的弦切角θ相等，與相鄰的弦切角φ互補(bǔ)，即θ＋φ＝180°。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)三個(gè)常用角度關(guān)系新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)【學(xué)以致用1】在y＜0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xy平面并指向紙里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一帶負(fù)電的粒子(質(zhì)量為m、電荷量為q)以速度v從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)，入射方向在xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為θ.求：(1)該粒子射出磁場(chǎng)的位置；(2)該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．θθ解：（1）設(shè)從A點(diǎn)射出磁場(chǎng)，O、A間的距離為L(zhǎng)，由牛頓第二定律得解得隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)θθ由幾何關(guān)系得解得粒子離開磁場(chǎng)的位置坐標(biāo)為(2)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)【學(xué)以致用2】如圖所示，虛線圓所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場(chǎng)，電子束經(jīng)過磁場(chǎng)區(qū)后，其運(yùn)動(dòng)方向與原入射方向成θ角。設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為e，不計(jì)電子之間相互作用力及所受的重力，求：(1)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑R；(2)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；(3)圓形磁場(chǎng)區(qū)域