高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册带电粒子在匀强磁场中的运动导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册带电粒子在匀强磁场中的运动导学案，共6页。学案主要包含了带电粒子在匀强磁场中的运动等内容，欢迎下载使用。
1．掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式及应用．
2．结合能量的观点，理解洛伦兹力做功的特点.
3．能够用学过的知识分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动问题.
学习过程：
小组讨论：带电粒子在磁场中的运动
已知带电粒子质量为m，电荷量为q，速度大小为v，磁感应强度为B，以下列不同方式进入磁场将做什么运动？（不计重力）
（1）v∥B进入磁场： ；
（2）v⊥B进入磁场： ；
（3）斜射入磁场： ；
探究二：实验验证：用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的运动
洛伦兹力演示仪
（1）励磁电流：________________________________
（2）偏转电压：________________________________
（3）加速电压：________________________________
（4）旋转瓶颈：________________________________
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1．洛伦兹力的特点
(1)洛伦兹力总是与粒子的运动方向 ，只改变粒子速度方向，不改变粒子速度的 .
(2)洛伦兹力对粒子起到了 的作用．
2．带电粒子在匀强磁场中的运动特点
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 运动．
例：安德森利用云室照片观察到宇宙射线垂直进入匀强磁场时运动轨迹发生弯曲。如图照片所示，在垂直于照片平面的匀强磁场（照片中未标出）中，高能宇宙射线穿过铅板时，有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全相同，但弯曲的方向反了。这种前所未知的粒子与电子的质量相同，但电荷却相反。安德森发现这正是狄拉克预言的正电子。正电子的发现，开辟了反物质领域的研究，安德森获得1936年诺贝尔物理学奖。关于照片中的信息，下列说法正确的是（ ）
A．粒子的运动轨迹是抛物线 B．粒子在铅板上方运动的速度大于在铅板下方运动的速度
C．粒子从上向下穿过铅板 D．匀强磁场的方向垂直照片平面向里
讨论与复习：匀速圆周运动的特性
半径： ；周期： ；向心力： 。
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
1．半径和周期公式
质量为m、带电荷量为q、速率为v的带电粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力．
(1)半径：由qvB＝meq \f(v2,r)得r＝ .
(2)周期：由T＝eq \f(2πr,v)得T＝ .
2．周期特点：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟速率v和半径r .
例：如图所示，在中有一垂直纸面向里匀强磁场，质量和电荷量都相等的带电粒子、、c以不同的速率从点沿垂直于的方向射入磁场，图中实线是它们的轨迹。已知是的中点，不计粒子重力，下列说法中正确的是（ ）
A．粒子带负电，粒子、c带正电 B．粒子c在磁场中运动的时间最短
C．粒子b在磁场中运动的周期最长 D．射入磁场时粒子c的速率最小
巩固练习：
1.如图所示,有界匀强磁场边界线SP∥MN,速率不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场。其中穿过a点的粒子速度v1与MN垂直,穿过b点的粒子速度v2与MN成60°角,设粒子从S到a、b所需时间分别为t1和t2,粒子重力不计,则t1∶t2为( )
A.1∶3B.4∶3 C.1∶1D.3∶2
2.有三束粒子，分别是质子(eq \\al(1,1)H)、氚核(eq \\al(3,1)H)和α(eq \\al(4,2)He)粒子束，如果它们均以相同的速度垂直射入匀强磁场(磁场方向垂直于纸面向里)，下列图中能正确表示这三束粒子的运动轨迹的是( )
3.如图所示，在空间中存在垂直纸面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场，其边界a1b1、a2b2足够长且宽度为d，P为边界a1b1上的一点。一带负电的粒子以初速度v0沿与上边界成30°角的方向由P点射入磁场，恰好能垂直下边界射出磁场，不计粒子重力。若改变粒子的发射速度，使同一粒子从P点沿a1b1方向以某一速度发射出去，粒子运动中恰好与a2b2相切，则粒子第1次与第2次的发射速度大小之比为（ ）
A．2:3B．4:3C．2：1D．4：1
4如图，在xOy平面第一象限有一匀强电场，电场方向平行y轴向下。在第四象限内存在一有界匀强磁场，左边界为y轴，右边界为x＝3L的直线（边界上均有磁场）。磁场方向垂直纸面向外。一质量为m、带电量为q的正粒子从y轴上P点以初速度v0垂直y轴射入匀强电场，在电场力作用下从x轴上Q点以与x轴正方向45°角进入匀强磁场。已知OP＝L，不计粒子重力。求：
（1）粒子进入磁场时的速度v；
（2）Q与O点的距离x；
（3）要使粒子能再进入电场，磁感应强度B的范围。
课后作业：
1、两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行．一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力)，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后，粒子的( )
A．轨道半径减小，角速度增大 B．轨道半径减小，角速度减小
C．轨道半径增大，角速度增大 D．轨道半径增大，角速度减小
2、如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将( )
A．沿路径a运动，轨迹是圆 B．沿路径a运动，轨迹半径越来越大
C．沿路径a运动，轨迹半径越来越小 D．沿路径b运动，轨迹半径越来越小
3、如图所示，带负电的粒子以速度v从离子源P处射出，若图中匀强磁场范围足够大(方向垂直纸面向里)，则带电粒子的可能轨迹是( )
A．a B．b C．c D．d
4、如图所示，一个静止的质量为m、带电荷量为q的粒子（不计重力），经电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁感中，粒子打至P点。设OP＝x，能够正确反应x与U之间的函数关系的图象是（ ）
A．B．C．D．
5、如图，有带正电粒子A在匀强磁场中做匀速圆周运动，当它运动到圆周上某一点时，与静止在该处的一不带电的粒子C碰撞后合并为一个粒子D，那么合并后的粒子D（所有粒子均不计重力，碰撞中电荷量不损失） （ ）
A．脱离原来的轨道做离心运动
B．脱离原来的轨道做向心运动
C．仍在原来的轨道上做匀速圆周运动，且周期不变
D．仍在原来的轨道上做匀速圆周运动，且周期变长
6、如图所示,粒子源P会发出电荷量相等的带电粒子。这些粒子经装置M加速并筛选后,能以相同的速度从A点(垂直磁场方向)沿AB射入正方形匀强磁场ABCD,磁场方向如图所示。粒子1、粒子2分别从AD中点和C点射出磁场。不计粒子重力,则粒子1和粒子2( )
A.均带正电,质量之比为4∶1 B.均带负电,质量之比为1∶4
C.均带正电,质量之比为2∶1 D.均带负电,质量之比为2∶1
7、如图所示，一带电荷量为2.0×10－9 C、质量为1.8×10－16 kg的粒子，在直线上一点O沿与直线夹角为30°方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，经过1.5×10－6s后到达直线上另一点P，求：
(1)粒子做圆周运动的周期；
(2)磁感应强度B的大小；
(3)若O、P之间的距离为0.1 m，则粒子的运动速度多大？
8、带电粒子的质量m＝1.7×10－27 kg，电荷量q＝1.6×10－19 C，以速度v＝3.2×106 m/s沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B＝0.17 T，磁场的宽度L＝10 cm，如图所示。求：（g取10 m/s2，计算结果均保留两位有效数字）
（1）带电粒子离开磁场时的速度大小；
（2）带电粒子在磁场中运动的时间；
（3）带电粒子在离开磁场时偏离入射方向的距离d为多大？