高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力3 带电粒子在匀强磁场中的运动多媒体教学课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力3 带电粒子在匀强磁场中的运动多媒体教学课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，洛伦兹力，向心力，匀速圆周运动，匀速直线，课内互动探究，探究，探究，课堂小结等内容，欢迎下载使用。

3．带电粒子在匀强磁场中的运动
第1课时　半径和周期公式的理解及简单应用
 1．能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。2．了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。3．掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析方法，会推导带电粒子做匀速圆周运动的半径公式和周期公式。
 1．物理观念：知道带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，会确定圆心、半径和运动时间。2．科学思维：会分析带电粒子在匀强磁场中的运动性质，会应用牛顿第二定律推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期、运动时间。3．科学探究：通过实验探究带电粒子在匀强磁场中的运动性质及匀速圆周运动的轨道半径与哪些因素有关。4．科学态度与责任：理论推导与实验验证互相印证，养成严谨的学习习惯。
1．带电粒子速度垂直于磁场方向进入磁场后，在磁场中运动要受到_______________的作用，带电粒子初速度的方向和洛伦兹力的方向都在与磁场方向_________的平面内，粒子在这个平面内运动。2．带电粒子速度垂直于磁场方向进入磁场后，洛伦兹力总是与粒子的运动方向_________，只改变粒子速度的　_________，不改变粒子速度的_________。由于粒子的速度大小不变，粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力的大小也不改变，洛伦兹力对粒子起到了____________的作用。所以，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做_____________________。如果带电粒子速度与磁场方向平行进入磁场，粒子在磁场中做_______________运动。
『判一判』(1)带电粒子在匀强磁场中一定做匀速圆周运动。(　 　)(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时洛仑兹力是恒力。(　 　)
『选一选』(2022·山西高二开学考试)仅受洛伦兹力或电场力的作用，带正电的点电荷在下列磁场或电场中能做匀速圆周运动的是(　 　)
解析：依题意结合物体做匀速圆周运动的条件，可知当点电荷受到指向圆心的洛伦兹力或电场力充当向心力，且洛伦兹力或电场力的大小不变，方向时刻改变时，电荷可以做匀速圆周运动。A图中匀强磁场对带正电的点电荷的洛伦兹力可以充当向心力，带正电的点电荷可以做匀速圆周运动，A正确；B图中的匀强电场对带正电的点电荷的恒定电场力不能充当向心力，电荷不可以做匀速圆周运动，B错误；C图中的通电直导线周围的环状磁场对带正电的点电荷的洛伦兹力不能充当向心力，电荷不可以做匀速圆周运动，C错误；D图中的真空中孤立的带正电点电荷周围的电场对带正电的点电荷的电场力是库仑斥力，不能充当向心力，电荷不可以做匀速圆周运动，D错误。
1．带电粒子在磁场中做圆周运动的半径一个电荷量为q的粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中垂直于磁场方向以速度v运动，那么带电粒子所受的洛伦兹力为F＝qvB，洛伦兹力提供向心力得________________________，由此可解得圆周运动的半径r＝_________。从这个结果可以看出，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_________，与电荷量、磁感应强度成_________。
『判一判』(3)带电粒子在磁场中做圆周运动时，速度越大，半径越大。(　 　)(4)带电粒子在磁场中做圆周运动时，速度越大，周期越大。(　 　)(5)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径与粒子的质量和电荷量无关。(　 　)
『想一想』如图所示，可用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转。(1)不加磁场时，电子束的运动轨迹如何？加上磁场时，电子束的运动轨迹如何？(2)如果保持出射电子的速度不变，增大磁感应强度，轨迹圆半径如何变化？如果保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，圆半径如何变化？
答案：(1)一条直线；一个圆周。(2)减小；增大。
带电粒子在匀强磁场中的运动
要|点|提|炼两种常见的运动情况1．匀速直线运动：带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受洛伦兹力为零，带电粒子将以速度v做匀速直线运动。2．匀速圆周运动：带电粒子垂直射入匀强磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直，因此不改变速度大小，但是不停地改变速度方向，所以带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力。
当带电粒子斜射入磁场时，带电粒子将沿螺旋线运动。
典|例|剖|析 一质子在匀强磁场中运动，不考虑其他场力(重力)作用，下列说法正确的是(　 　)A．可能做类平抛运动B．一定做匀变速直线运动C．可能做匀速直线运动D．只能做匀速圆周运动解析：质子在匀强磁场中的运动形式有三种：当质子的速度方向与磁场方向平行时，质子不受洛伦兹力，做匀速直线运动；当质子的速度方向与磁场方向垂直时，质子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力；当质子的速度方向与磁场方向有一定夹角(不垂直)时，质子做螺旋运动。综上可知，本题应选C。
(2023·江苏徐州高二期末)如图所示为洛伦兹力演示仪，当电子枪水平向左发射电子，电子在洛伦兹力作用下做圆周运动。则可判断两励磁线圈中电流方向(从读者目前的视角观察)(　 　)
A．均为顺时针方向B．均为逆时针方向C．靠近观察者的线圈中电流为顺时针方向、另一线圈电流为逆时针方向D．靠近观察者的线圈中电流为逆时针方向、另一线圈电流为顺时针方向
解析：因为电子枪水平向左发射电子，电子在洛伦兹力作用下做圆周运动，故受到竖直向上的洛伦兹力，所以由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，且两线圈应产生相同方向的磁场，由安培定则知，两线圈电流方向都为顺时针方向，故选A。
带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径和周期
要|点|提|炼匀速圆周运动的轨道半径和周期质量为m电荷量为q的带电粒子垂直磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中。
典|例|剖|析 如图所示，在区域MNQP中有一垂直纸面向里的匀强磁场。质量和电荷量都相等的带电粒子a、b、c以不同的速率从O点沿垂直于PQ的方向射入磁场，图中实线是它们的轨迹。已知O是PQ的中点，不计粒子重力。下列说法中正确的是(　 　)A．射入磁场时粒子a的速率最小B．粒子a带负电，粒子b、c带正电C．射出磁场时粒子b的动能最小D．粒子b在磁场中运动的时间最短
(2023·江苏高二期中)如图所示，将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以大小相同的速度喷入云雾室里，观察到有两个粒子的径迹弯曲程度相同，但弯曲方向相反。已知云雾室中匀强磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的是(　 　)A．粒子①受到的洛伦兹力可能指向右侧B．粒子②一定带正电C．粒子①和②的质量一定相等D．粒子①和②的电荷量一定相等
一、带电粒子在匀强磁场中的运动1．(多选)(2023·云南玉溪第三中高二考阶段练习)在磁场中，电荷除磁场作用不受外力的运动情况，下列说法正确的是(　 　)A．可能做匀速直线运动B．可能做匀变速直线运动C．可能做匀速圆周运动D．可能做类平抛运动(匀变速曲线运动)
解析：若带电粒子在匀强磁场中，且其速度方向与磁场方向平行，则粒子不受力，粒子做匀速直线运动，A正确；带电粒子进入磁场后，若速度方向与磁场方向不平行时，则会受到磁场作用，设粒子速度与磁场方向成θ，由f洛＝Bqvsin θ，可知粒子所受作用力大小与粒子运动的速度有关，故而粒子的加速度时刻改变，粒子不可能做匀变速运动，故B、D错误；若带电粒子在匀强磁场中，且其速度方向与磁场方向垂直时，带电粒子受到与速度方向垂直的洛伦兹力，由于洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子做匀速圆周运动，故C正确。
2．(2023·江苏常州高二期末)如图所示，从同一粒子源O发出的粒子以相同的速度垂直射入某磁场中，结果分成了a、b、c三束，下列说法正确的是(　 　)A．a粒子带负电，b粒子不带电，c粒子带正电B．a粒子带正电，b粒子不带电，c粒子带负电C．qa＞qcD．qa＜qc
4．(2022·宁夏银川高二期末)薄铝板将同一匀强磁场分成Ⅰ、Ⅱ两个区域，高速带电粒子可穿过铝板一次，在两个区域内运动的轨迹如图所示，半径R1>R2。假定穿过铝板前后粒子电荷量保持不变，但速率减小，则该粒子(　 　)A．带正电B．在Ⅰ、Ⅱ区域的运动速度大小相同C．在Ⅰ、Ⅱ区域的运动时间相同D．从Ⅱ区域穿过铝板运动到Ⅰ区域
5．(2022·安徽省高二期中)如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图，演示仪中有一对彼此平行且共轴的励磁圆形线圈，通入电流I后，能够在两线圈间产生匀强磁场；玻璃泡内有电子枪，通过加速电压U对初速度为零的电子加速并连续发射。电子刚好从球心O点正下方的S点水平向左射出，电子通过玻璃泡内稀薄气体时能够显示出电子运动的径迹。则下列说法正确的是(　 　)
A．若要正常观察电子径迹，励磁线圈的电流方向应为逆时针(垂直纸面向里看)B．若保持U不变，增大I，则圆形径迹的半径变大C．若同时减小I和U，则电子运动的周期减小D．若保持I不变，减小U，则电子运动的周期将不变