《新教材2023高中物理第一章安培力与洛伦兹力1.3带电粒子在匀强磁场中的运动课件新人教版选择性必修第二册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材2023高中物理第一章安培力与洛伦兹力1.3带电粒子在匀强磁场中的运动课件新人教版选择性必修第二册（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章第一章安培力与洛伦兹力安培力与洛伦兹力学习目标学习目标1.结合实验和理论分析结合实验和理论分析,知道带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动知道带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,会根据洛伦兹力提供向心力推导带电粒子在匀强磁场中做圆周运动会根据洛伦兹力提供向心力推导带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径和周期的半径和周期,培养综合分析能力培养综合分析能力.2.经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动及其运经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动及其运动半径与磁感应强度大小和入射速度大小关系有关的过程动半径与磁感应强度大小和入射速度大小关系有关的过程,体会物理体会物理理论必须经
2、过实验检验理论必须经过实验检验.3.知道带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的周期和速度无知道带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的周期和速度无关关,能够联想其可能的应用能够联想其可能的应用.能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的运动的运动.了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用.3带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动知识点一知识点一 带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动1.洛伦兹力总是与粒子的运动方向洛伦兹力总是与粒子的运动方向 ,只改变粒子只改变粒子速速度的度的 ,不改变粒子速度的
3、不改变粒子速度的 .2.如图所示如图所示,带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场,它它在匀强磁场中做什么运动在匀强磁场中做什么运动?为什么为什么?垂直垂直方向方向大小大小答案答案:做匀速圆周运动做匀速圆周运动.因为洛伦兹力总是与粒子运动的方向垂直因为洛伦兹力总是与粒子运动的方向垂直,粒子速度不变粒子速度不变,洛伦兹力的大小不变洛伦兹力的大小不变,洛伦兹力对粒子起到了向心洛伦兹力对粒子起到了向心力的作用力的作用.所以带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动所以带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.知识点二带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期知识点二带电粒子在磁
4、场中做圆周运动的半径和周期1.如图所示如图所示,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.qvB2.粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的质量、速度粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的质量、速度成成 ,与电荷量、磁感应强度成与电荷量、磁感应强度成 .3.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速度运动速度 .正比正比反比反比无关无关小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的打错误的打“”).).1.带电粒子初速度的方向和洛伦兹
5、力的方向都在与匀强磁场方向垂直的带电粒子初速度的方向和洛伦兹力的方向都在与匀强磁场方向垂直的平面内平面内,所以粒子在这个平面内运动所以粒子在这个平面内运动.()2.垂直射入匀强磁场的带电粒子在匀强磁场中一定做匀速圆周运动垂直射入匀强磁场的带电粒子在匀强磁场中一定做匀速圆周运动.()3.洛伦兹力既能改变粒子速度的方向洛伦兹力既能改变粒子速度的方向,又能改变粒子速又能改变粒子速度度的大小的大小.()4.洛伦兹力对带电粒子不做功洛伦兹力对带电粒子不做功.()5.当磁感应强度不变当磁感应强度不变,做匀速圆周运动的带电粒子速度变大时做匀速圆周运动的带电粒子速度变大时,粒子运动粒子运动的轨道半径变小的轨道
6、半径变小.()6.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速度带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速度有关有关.()探究一探究一带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动问题情境问题情境洛伦兹力演示仪的示意图如图所示洛伦兹力演示仪的示意图如图所示.电子枪可以发射电子束电子枪可以发射电子束.玻玻璃泡内充有稀薄的气体璃泡内充有稀薄的气体,在电子束通过时能够显示电子的径迹在电子束通过时能够显示电子的径迹.励磁线圈能够在两个线圈之间产生匀强磁场励磁线圈能够在两个线圈之间产生匀强磁场,磁场的方向与两个磁场的方向与两个线圈中心的连线平行线圈中心的连线平行.1.
7、不加磁场时不加磁场时,电子束的运动径迹是什么电子束的运动径迹是什么?答案答案:不加磁场时不加磁场时,电子枪射出的电子做匀速直线运动电子枪射出的电子做匀速直线运动,径迹是一径迹是一条直线条直线.2.给励磁线圈通逆时针方向的电流给励磁线圈通逆时针方向的电流,电子束的运动径迹有什么特电子束的运动径迹有什么特点点?原因是什么原因是什么?答案答案:给励磁线圈通逆时针方向的电流时给励磁线圈通逆时针方向的电流时,在玻璃泡中会产生沿在玻璃泡中会产生沿两线圈中心连线方向、垂直于纸面向外的匀强磁场两线圈中心连线方向、垂直于纸面向外的匀强磁场,电子束的运电子束的运动径迹为圆动径迹为圆.原因是电子所受洛伦兹力的方向与
8、速度方向垂直原因是电子所受洛伦兹力的方向与速度方向垂直,不改变速度的大小不改变速度的大小,只改变速度的方向只改变速度的方向,洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向心力,电电子做匀速圆周运动子做匀速圆周运动.3.保持出射电子的速度不变保持出射电子的速度不变,增大磁感应强度的大小增大磁感应强度的大小,电子束的运电子束的运动径迹有什么变化动径迹有什么变化?说明了什么说明了什么?答案答案:磁感应强度越大磁感应强度越大,电子束的运动径迹半径越小电子束的运动径迹半径越小,说明匀速圆说明匀速圆周运动的半径与磁感应强度的大小有关周运动的半径与磁感应强度的大小有关.4.保持磁感应强度不变保持磁感应强度不变,只改变电子
9、束进入磁场时的速度大小只改变电子束进入磁场时的速度大小,电电子束的运动径迹有什么变化子束的运动径迹有什么变化?说明了什么说明了什么?只改变电子束进入磁只改变电子束进入磁场时的速度方向场时的速度方向(速度方向始终垂直于磁场方向速度方向始终垂直于磁场方向),电子束的运动电子束的运动径迹有什么变化径迹有什么变化?答案答案:电子束的速度越大电子束的速度越大,运动径迹半径越大运动径迹半径越大,速度越小速度越小,运动径迹运动径迹半径越小半径越小,说明匀速圆周运动的半径与速度的大小有关说明匀速圆周运动的半径与速度的大小有关.只改变电只改变电子束进入磁场的速度方向子束进入磁场的速度方向,电子束的运动径迹还是同
10、样大小的圆电子束的运动径迹还是同样大小的圆,只是位置随着电子束的速度方向改变而改变只是位置随着电子束的速度方向改变而改变.过程建构过程建构1.确定带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹的圆心确定带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹的圆心有两种方法有两种方法.(1)已知粒子运动轨迹上两点的速度方向时已知粒子运动轨迹上两点的速度方向时,作两速度的垂线作两速度的垂线,交交点即为圆心点即为圆心,如图所示如图所示.(2)已知粒子轨迹上的两点和其中一点的速度方向时已知粒子轨迹上的两点和其中一点的速度方向时,作出两点连作出两点连线线(即过这两点的圆的弦即过这两点的圆的弦),作它的中垂线作它的中垂线,并
11、作出已知点的速度的并作出已知点的速度的垂线垂线,则弦的中垂线与速度的垂线的交点即为圆心则弦的中垂线与速度的垂线的交点即为圆心,如图所示如图所示.3.四种角度关系四种角度关系.(1)如图所示如图所示,速度的偏向角速度的偏向角()等于圆心角等于圆心角(),即即=.(2)圆心角圆心角等于弦等于弦AB与速度方向的夹角与速度方向的夹角(弦切角弦切角)的的2倍倍,即即=2=t.(3)相对的弦切角相对的弦切角()相等相等,与相邻的弦切角与相邻的弦切角()互补互补,即即+=180.(4)进出同一直边界时速度方向与该直边界的夹角相等进出同一直边界时速度方向与该直边界的夹角相等.【典例【典例1】如图所示】如图所示
12、,一电荷量为一电荷量为2.010-9 C、质量、质量为为1.810-16 kg的正粒子的正粒子,在直线上一点在直线上一点O沿与直线夹角为沿与直线夹角为30方向进入磁感应强方向进入磁感应强度为度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,经过经过1.510-6 s后到达直线上另一点后到达直线上另一点P,粒子重粒子重力不力不计计.(1)求粒子做圆周运动的周期求粒子做圆周运动的周期.(2)求磁感应强度求磁感应强度B的大小的大小.(3)若若O、P之间的距离为之间的距离为0.1 m,则粒子的运动速度大小是多少则粒子的运动速度大小是多少?答案答案:(1)1.810-6 s(2)0.314 T (3)3.49105 m/
13、s分析带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题的思路分析带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题的思路探究探究二带电粒子在有界磁场中的运动二带电粒子在有界磁场中的运动问题情境问题情境有界磁场主要包括单边界的有界磁场有界磁场主要包括单边界的有界磁场(图甲图甲)、双边界的有界磁场、双边界的有界磁场(图乙图乙)、圆形有界磁场、圆形有界磁场(图丙图丙)等等.甲甲乙乙丙丙1.在图甲中在图甲中,带电粒子垂直射入磁场带电粒子垂直射入磁场,试画出垂直和斜射入边界试画出垂直和斜射入边界的示意图的示意图,并总结存在的规律并总结存在的规律.答案答案:示意图如图甲、乙、丙所示示意图如图甲、乙、丙所示.存在的规律存在的规律:从一直
14、边界射入磁场的粒子从一直边界射入磁场的粒子,又从同一直边界射出又从同一直边界射出,射射入磁场时速度与边界的夹角等于射出磁场时速度与边界的夹角入磁场时速度与边界的夹角等于射出磁场时速度与边界的夹角.甲甲乙乙丙丙2.图乙中图乙中,若磁场宽度为若磁场宽度为l,磁感应强度为磁感应强度为B,一质量为一质量为m、电荷量、电荷量为为-q的粒子的粒子,以某一速度以某一速度(方向如图丁所示方向如图丁所示)射入磁场射入磁场.不计粒子不计粒子重力重力,若使其不从右边界飞出若使其不从右边界飞出,则粒子的速度应为多大则粒子的速度应为多大?3.图丙中图丙中,若磁场半径为若磁场半径为R,粒子轨迹半径为粒子轨迹半径为r,带电
15、粒子从带电粒子从P点对准点对准磁场圆心磁场圆心O射入射入,试画出带电粒子在圆形磁场中的运动轨迹示意试画出带电粒子在圆形磁场中的运动轨迹示意图图,并说明粒子的速度方向的特点并说明粒子的速度方向的特点.答案答案:带电粒子在磁场中运动的轨迹示意图如下图所示带电粒子在磁场中运动的轨迹示意图如下图所示.粒子从粒子从Q点飞出时的速度方向的反向延长线必过磁场圆心点飞出时的速度方向的反向延长线必过磁场圆心O点点.过程建构过程建构1.有有单平面边界的磁场问题单平面边界的磁场问题.从单平面边界垂直于磁场射入的正、负粒子回到边界时的速度从单平面边界垂直于磁场射入的正、负粒子回到边界时的速度大小、速度方向和边界的夹角
16、与射入磁场时的相大小、速度方向和边界的夹角与射入磁场时的相同同.甲甲乙乙丙丙2.有有两个平行的平面边界的磁场问题两个平行的平面边界的磁场问题.带电粒子由边界上带电粒子由边界上P点以垂直于磁场点以垂直于磁场边界的方向进入磁场边界的方向进入磁场.3.圆圆形边界的磁场问题形边界的磁场问题.如图所示如图所示,带电粒子从带电粒子从A点沿半径方向射入圆形磁场点沿半径方向射入圆形磁场,从从B点射点射出磁场时出磁场时,速度的反向延长线过磁场的圆心速度的反向延长线过磁场的圆心.简单地说简单地说,沿径向沿径向射入必沿径向射出射入必沿径向射出.【典例【典例2】(多选多选)长为长为l的水平极板间有垂直于纸面向里的匀强的水平极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场磁场,磁感应强度为磁感应强度为B,板间距离也为板间距离也为l,两极板不带电两极板不带电.现有质量为现有质量为m、电荷量为、电荷量为+q的带电粒子的带电粒子(不计重力不计重力),从左边极板间中点处垂从左边极板间中点处垂直于磁感线以速度直于磁感线以速度v水平射入磁场水平射入磁场.欲使粒子不打在极板上欲使粒子不打在极板上,可采可采用的办法是用的办法是()答案答案:A
