物理选择性必修 第二册带电粒子在匀强磁场中的运动课文内容课件ppt

这是一份物理选择性必修 第二册带电粒子在匀强磁场中的运动课文内容课件ppt，共47页。PPT课件主要包含了知识结构导图，课堂互动合作探究，探究总结，随堂演练达标检测等内容，欢迎下载使用。
核心素养目标物理观念：洛伦兹力的性质．科学思维：通过洛伦兹力性质与平面几何知识的结合，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹．科学探究：采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素．科学态度与责任：研究洛伦兹力在质谱仪、回旋加速器中的应用原理. 
知识点一　带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子(不计重力)以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场时：1．当v∥B时，带电粒子将做________运动．2．当v⊥B时，带电粒子将做________运动．
基础导学,研读教材
知识点二　带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期1．由 得：轨道半径r＝________.2． ＝________，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与________和________无关． 
【思考辨析】(1)在同一匀强磁场中做匀速圆周运动的同一带电粒子的轨道半径跟粒子的运动速率成正比．(　　)(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与轨道半径成正比．(　　)(3)运动电荷在匀强磁场中做圆周运动的周期随速度增大而减小．(　　)
要点一　带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
问题探究:观察洛伦兹力的演示实验，当不存在磁场时观察电子
(1)不加磁场时，电子束的径迹有什么特点？(2)给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心轴线方向、由内指向外的匀强磁场时，电子束的径迹有什么特点？原因是什么？(3)保持电子束进入磁场的速度不变，改变磁感应强度的大小，电子束的径迹有什么变化？说明了什么？(4)保持磁感应强度的大小不变，改变电子束进入磁场的速度，电子束的径迹有什么变化？说明了什么？
提示：(1)不加磁场时，电子枪射出的电子做匀速直线运动，径迹是一条直线．(2)径迹为圆周，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，只改变速度的方向，洛伦兹力提供向心力，所以电子做匀速圆周运动．(3)磁感应强度越大，半径越小，说明匀速圆周运动的半径与磁感应强度的大小有关．(4)速度越大，半径越大，说明匀速圆周运动的半径与速度的大小有关．
1．由轨道半径 可知，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，轨道半径与粒子的运动速率、粒子的质量成正比，与电荷量、磁感应强度成反比．2．由周期公式 可知，带电粒子的运动周期与粒子的质量成正比，与电荷量、磁感应强度成反比，与轨道半径和运动速率无关．
[例1]　两个粒子，带电荷量相等，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力而做匀速圆周运动．则下列说法正确的是(　　)A．若速率相等，则半径必相等　B．若质量相等，则周期必相等C．若质量相等，则半径必相等 D．若动能相等，则周期必相等
如图所示为洛伦兹力演示仪的结构图．励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直于纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直．电子速度大小可通过电子枪的加速电压来控制，磁场强弱可通过励磁线圈的电流来调节．下列说法正确的是(　　)A．仅增大励磁线圈的电流，电子束轨迹的半径变大B．仅提高电子枪的加速电压，电子束轨迹的半径变大C．仅增大励磁线圈的电流，电子做圆周运动的周期将变大D．仅提高电子枪的加速电压，电子做圆周运动的周期将变大
点拨①在同一磁场中，如果带电粒子的速率相等，则比荷 越大，运动半径越小．②在磁场一定的情况下，比荷 越大的带电粒子其周期越小． 
要点二　带电粒子在有界匀强磁场中运动问题分析1．圆心的确定．(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点)．(2)已知入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示，图中P为入射点，M为出射点)．
拓展圆心角与偏向角、圆周角的关系：
(1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角φ叫作偏向角，偏向角等于圆弧 所对应的圆心角α，即α＝φ，如图所示．(2)圆弧 所对应圆心角α等于弦与切线的夹角(弦切角)θ的2倍，即α＝2θ，如图所示．
[例2]　如图所示，在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场．一个不计重力的带电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120°角，若粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是(　　)A. 正电荷 B.　 正电荷C. 　 负电荷 D.　 负电荷 
解析：从“粒子穿过y轴正半轴后……”可知粒子向右侧偏转，洛伦兹力指向运动方向的右侧，由左手定则可判定粒子带负电，作出粒子运动轨迹示意图如图．根据几何关系有r＋rsin 30°＝a，再结合半径表达式 可得 .
题型2　三角形边界的磁场[例3]　(多选) 如图所示，直角三角形ABC中存在一匀强磁场，比荷相同的两个粒子沿AB方向射入磁场，分别从AC边上的P、Q两点射出，则(　　)A．从P射出的粒子速度大B．从Q射出的粒子速度大C．从P射出的粒子，在磁场中运动的时间长D．两粒子在磁场中运动的时间一样长
拓展直线边界：进出磁场具有对称性，如图所示．
点拨带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法——三步法(1)画轨迹：即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹．(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期、圆心角相联系．(3)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式．题型1　直线边界的磁场
题型4　圆形边界的磁场[例5]　(多选)如图所示，分布在半径为r的圆形区域内的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从磁场边缘A点沿圆的半径AO方向射入磁场，离开磁场时速度方向偏转了60°.则(不计粒子的重力)(　　)A．粒子做圆周运动的半径为B．粒子的入射速度为C．粒子在磁场中运动的时间为D．粒子在磁场中运动的时间为
题型5　组合磁场[例6]　如图，在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为 和B、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场．一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子垂直于x轴射入第二象限，随后垂直于y轴进入第一象限，最后经过x轴离开第一象限．粒子在磁场中运动的时间为(　　)
解析：由 得粒子在第二象限内运动的轨迹半径r ，当粒子进入第一象限时，由于磁感应强度减为 ，故轨迹半径变为2r，轨迹如图所示. 由几何关系可得cs θ＝ ， θ＝60°，则粒子运动时间 ，选项B正确．
带电粒子以某一速度射入圆形边界匀强磁场时，粒子进出磁场具有对称性．①粒子沿径向对准磁场圆心射入粒子一定沿径向射出，如图(a)所示．
②粒子不沿径向射入如图(b)所示，处理这类问题时一定要分清磁场圆和轨迹圆，并要注意区分轨迹圆的圆心和匀强磁场的圆形边界所在圆的圆心．
练2　(多选)如图所示，在Oxy平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场．一带电粒子从y轴上的M点射入磁场，速度方向与y轴正方向的夹角θ＝45°.粒子经过磁场偏转后在N点(图中未画出)垂直穿过x轴．已知OM＝a，粒子电荷量为q，质量为m，重力不计．则(　 )A．粒子带负电荷B．粒子速度大小为C．粒子在磁场中运动的轨道半径为aD．N与O点相距
由左手定则可知，带电粒子带负电荷，A正确；做出粒子的轨迹示意图，如图所示，假设轨迹的圆心为O′，则由几何关系得粒子的轨道半径为 ，则由 得 ，BC错误；由以上分析可知，ON＝R＋a＝ ，D正确．
练3　如图所示，匀强磁场宽 m，磁感应强度大小B＝1.67×10－3 T，方向垂直纸面向里，一质子以水平速度v＝1.6×105 m/s垂直磁场边界从小孔C射入磁场，打到照相底片上的A点．已知质子的质量m＝1.67×10－27 kg，带电荷量e＝1.6×10－19 C．不计质子的重力．求： (1)质子在磁场中运动的轨迹半径r； (2)A点距入射线方向上的O点的距离H； (3)质子从小孔C射入至到达A点所需的时间．
1．粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍与2倍，两粒子均带正电．让它们在匀强磁场中同一点以大小相等、方向相反的速度开始运动．以下四幅图中，磁场方向垂直纸面向里，大圆的半径是小圆半径的两倍，能正确表示两粒子运动轨迹的是(　　)
解析：因为粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍与2倍，由Bqv＝ ，得R＝ ，所以甲的半径为乙的2倍，A、B错误；两粒子均带正电，以大小相等的速度在磁场中向相反的方向运动，都是由洛伦兹力充当粒子做圆周运动的向心力，根据左手定则知，图中两粒子应均沿逆时针方向做圆周运动，所以C正确，D错误． 
2．如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方电子的初速度方向与电流I的方向相同，均平行于纸面水平向左．下列四幅图是描述电子运动轨迹的示意图，正确的是(　　)
3. 如图，MN是匀强磁场中的一块薄金属板，带电粒子(不计重力)在匀强磁场中运动并穿过金属板(粒子速率变小)，虚线表示其运动轨迹，由图可知(　　)A．粒子带正电B．粒子运动方向是abcdeC．粒子运动方向是edcbaD．粒子在上半周所用时间比在下半周所用时间长
4．两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子a、b，以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入圆形匀强磁场区域，其运动轨迹如图所示．若不计粒子的重力，则下列说法正确的是(　　)
A．a粒子带正电，b粒子带负电B．a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大C．b粒子动能较大D．b粒子在磁场中运动时间较长
如图所示，正方形区域内存在垂直纸面的匀强磁场．一带电粒子垂直磁场边界从a点射入，从b点射出．下列说法正确的是(　　)A．粒子带正电B．粒子在b点速率大于在a点速率C．若仅减小磁感应强度，则粒子可能从b点右侧射出D．若仅减小入射速率，则粒子在磁场中运动时间变短