高中物理带电粒子在匀强磁场中的运动教学ppt课件

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在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果在磁场中发射一束带电粒子，判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向。
带电粒子平行射入匀强磁场----匀速直线运动。
带电粒子垂直射入匀强磁场----带电粒子将会做什么运动？
带电粒子在匀强磁场中的运动
一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 的带电粒子，以 5×105m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 0.2 T 的匀强磁场。求出粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比。
粒子所受的重力G ＝ mg ＝ 1.67×10-27×9.8 N ＝ 1.64×10-26 N所受的洛伦兹力F ＝ qvB ＝ 1.6×10-19×5×105×0.2 N ＝ 1.6×10-14 N重力与洛伦兹力之比
带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。
洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直，所以带电粒子在运动过程中速度大小如何变化，运动轨迹如何？
洛伦兹力只改变速度方向不改变速度大小
洛伦兹力始终与速度方向垂直
电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动。
如何用实验验证这一结论？
作用是改变电子束出射的速度
作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场
不加磁场，电子束的径迹是一条直线
加磁场，电子束的径迹是为圆
电子束的在磁场中匀速圆周运动半径和周期什么规律？
带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
因带电粒子只受洛伦兹力下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：
1.当电子束出射速度不变，磁感应强度变大时，这个圆的半径变小；2.当磁感应强度不变，电子束出射速度变大时，这个圆的半径变大。
你能根据以前所学的知识，推导一下带电粒子在匀强磁场做圆周运动的周期规律吗？
方法一：根据匀速圆周运动规律：
方法二：根据向心力与周期关系：
由此看出周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。
【典例1】一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 的带电粒子，以 5×105m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 0.2 T 的匀强磁场。求：（1）粒子在磁场中运动的轨道半径；（2）粒子做匀速圆周运动的周期。
解：（1）带电粒子所受的洛伦兹力为
由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径
洛伦兹力提供向心力，故
（2）粒子做匀速圆周运动的周期
若磁场区域有限，带电粒子做不了完整圆周运动，该如何分析？
带电粒子在磁场中运动情况研究
弦线的中垂线与半径方向重合
弦切角等于圆心角的一半
两条切线与半径方向重合
两条切线与两条半径方向夹角相等
情景一：如图，若已知入射点P、出射点M及其两点的速度方向，如何确定带电粒子运动轨迹圆心？
情景二：如图，若已知入射点P及速度方向、出射点M的位置，如何确定带电粒子运动轨迹圆心？
情景一：如图，若已知入射点P、出射点M及其两点的速度方向，且已知粒子到M点后速度偏转角为θ，磁场宽度为L,则带电粒子在磁场中运动轨迹半径为多少？
根据直角三角形的三边关系可以知道：
情景二：如图，若粒子在P点垂直于磁场左边界入射，且从M点飞出，若已知M点距P点粒子入射线方向上的Q点距离为H，磁场宽度为L,则带电粒子在磁场中运动轨迹半径为多少？
练习：请根据圆的知识积极和关系做出带电粒子在磁场中运动的轨迹图，并利用几何关系求出半径(已知PM=L,圆的半径为R)。
粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时，其运动时间为多少？
利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等计算出圆心角的大小，由公式可求出运动时间。
1.(2020河南三市联考)如图所示,一电荷量为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1.5×10-6 s后到达直线上另一点P。(1)求粒子做圆周运动的周期。 (2)求磁感应强度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?
答案:(1)1.8×10-6 s　(2)0.314 T(3)3.49×105 m/s
解析:(1)作出粒子轨迹,如图所示,由图可知粒子由O到P的大圆弧所对的圆心角为300°,
第一章 安培力与洛伦兹力
专题 带电粒子在复合场中的运动
带电粒子在组合场中的运动
如图所示，一带电粒子垂直x轴从P点进入第二象限，一段时间后从y轴上的某点进入第一象限的匀强中。在电场中带电粒子做什么运动；在磁场中做什么运动？
提示：在电场中做类平抛运动，垂直电场方向做匀速直线运动，沿电场方向做匀加速直线运动；在磁场中做匀速圆周运动。
组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现。
带电粒子在叠加场中的运动
图甲中带电小球做匀速圆周运动说明了什么问题；图乙中带电小球沿虚线做匀速直线运动说明了什么问题？
提示：图甲中小球做圆周运动说明了洛伦兹力充当向心力，除洛伦兹力外其它力的合力为零，即此时重力与电场力二力平衡；图乙中小球做匀速直线运动，说明小球受到的合力为零，即重力和电场力及洛伦兹力三力处于平衡状态。
叠加场：电场、磁场、重力场叠加，或其中某两场叠加。
带电粒子在组合场中的运动
带电粒子在叠加场中的运动