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 第二册带电粒子在匀强磁场中的运动教学课件ppt，共16页。PPT课件主要包含了匀变速直线运动，匀速直线运动，类平抛运动，匀速圆周运动，半径公式，周期公式，⑴找圆心，⑵求半径，⑶定时间，a确定圆心角等内容，欢迎下载使用。
1.什么是洛伦兹力？它与安培力的关系？
洛伦兹力是指运动电荷在磁场中受到的作用力；通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。
2.洛伦兹力的方向如何判定？此力是否对带电粒子做功？
利用左手定则判断方向；洛伦兹力总是垂直于ν，所以洛伦兹力不做功。
3.带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？
4.带电粒子在电场和磁场中受力情况有何不同？
带电粒子置于电场中必受电场力，与运动状态无关；在磁场中洛伦兹力的大小和方向与运动状态有关。
当V平行于B时不受洛伦兹力，当V垂直于B时所受洛伦兹力最大。
情景1：在不计重力的情况下，带电粒子 平行电场方向进入匀强电场时会 做什么运动呢？
情景2：在不计重力的情况下，带电粒子 平行磁场方向进入匀强磁场时会 做什么运动呢？
情景3：在仅受电场力的情况下，带电粒 子垂直电场方向进入匀强电场时 会做什么运动呢？
情景4：在仅受磁场力的情况下，带电粒 子垂直磁场方向进入匀强磁场时 会做什么运动呢？
思考：带电粒子垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动的半径与哪些因素有关呢？
粒子速度越大——半径越大
磁感应强度越大——半径越小
例1.电子、质子、氘核、氚核以同样的速度垂直射入同一匀强磁场做匀速圆周运动，其中 轨道半径最大的是（ ） A．电子 B．质子 C．氘核 D．氚核
例2.同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知： （1）带电粒子进入磁场的速度值有______个。 （2）这些速度的大小关系为_______________。 （3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为_______________。
a.已知入射方向和出射方向时，作两速度的垂线，交点即为圆心。
b.已知入射方向和出射点时，作入射点速度的垂线和入射点与出射 点连线的中垂线，交点即为圆心。
a.利用相关的几何知识求半径。
——以θ角（锐角）射入即以θ角射出，圆心角为2θ或2π-2θ。
——以θ角射入即以θ角射出，圆心角为2θ或2π-2θ。
例1.如图所示，在y＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸里，磁感 应强度为B.一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，入射方 向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ。求： （1）该粒子射出磁场的位置； （2）该粒子在磁场中运动的时间。（所受重力不计）
变式1.上述问题中，若速度方向不变,使速度的大小增大,则该粒子射出点的位置、方向以 及在磁场中运动时间是否变化?
变式2.若磁场的下边界为y=-L则为使粒子能从磁场下边界射出，则v0至少多大？
2.平行直线边界的临界问题
例2.长为L的水平极板间有如图所示的匀强磁场，磁感强度为B，板间距离也为L。现有一 质量为m、带电量为+q的粒子从左边板间中点处沿垂直于磁场的方向以速度 V0射入磁 场，不计重力。要想使粒子不打在极板上，则粒子进入时的速度V0 应满足什么条件?
3.垂直直线边界的临界问题
例3.如图所示，将截面为正方形的真空腔abcd放置在一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向 里。若有一束具有不同速率的电子由小孔a沿ab方向射入磁场，打在腔壁上被吸收， 求由小孔c和d射出的电子的速率之比和通过磁场的时间之比。
5.带电粒子在圆形边界磁场中的运动
⑴沿半径方向射入一定沿半径方向射出。
⑵轨迹圆与边界圆共一条弦，两圆心连线为弦的中垂线。
例4.如图所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以速度v从A点沿 直径AOB方向射入磁场，经过Δt时间从C点射出磁场，OC与OB成60°角。现将带电粒 子的速度变为v/3，仍从A点射入磁场，不计重力，求粒子在磁场中的运动时间。
例5.如图所示，在圆形区域内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，ab是圆的一条直径。一带 电粒子从a点射入磁场，速度大小为2v，方向与ab成30°角时恰好从b点飞出磁场，粒 子在磁场中运动的时间为t，若仅将速度大小改为v，求粒子在磁场中运动的时间。(不 计带电粒子所受重力)
粒子射入磁场时的速度方向不变而大小变化
粒子射入磁场时的速度大小、方向都不变但比荷不确定
——一个圆在射入点不动的情况下不断缩放
粒子射入磁场时的速度大小、方向都不变但磁感应强度不确定
例6.如图所示，在边长为2a的正三角形区域内存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，一个 质量为m、电荷量为－q的带电粒子(重力不计)从AB边的中点O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AB边的夹角为60°，若要使粒子能从AC边穿出 磁场，则匀强磁场磁感应强度B的大小需满足什么条件。
变式1.若要使粒子能从BD边穿出磁场，则匀强磁场磁感应强度B的大小需满足什么条件。
粒子射入磁场时的速度不变而方向不确定
——绕射入点旋转的一系列圆
例7.如图，一粒子发射源P位于足够大绝缘板AB的上方d处，能够在纸面内向各个方向发射 速率为v、电荷量为q质量为m的带正电的粒子，空间存在垂直纸面的匀强磁场，不考 虑粒子间的相互作用和粒子重力．已知粒子做圆周运动的半径大小恰好为d，则能打 在板上的区域长度为多少？同一时刻发出了粒子到达板上的时间差最大为多少？
注意：圆周运动的半径不变时，最长的弦为直径，常对应着粒子打在屏幕上的最远距离； 最短的弦在轨迹小于半圆的情况下对应最短的运动时间，轨迹大于半圆的情况下对 应最长的运动时间。
3.圆形边界磁场中的磁聚焦与磁发散问题
(1)带电粒子从圆形边界磁场中的某一点，以相同的速率沿不同方向射入磁场，若 轨迹圆的半径与边界圆的半径相等，则粒子射出磁场时速度方向平行。
(2)带电粒子以相同的速率平行射入圆形磁场区域，若轨迹圆的半径与边界圆的半 径相等，则粒子从磁场中的同一点射出。
例8.在真空中，半径为R 的圆形区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为 B，一束质子在纸面内以相同的速度射向磁场区域，质子的电量为e，质量为m，速度 为eBR/m，则以下说法正确的是（　　） A．对着圆心入射的质子，其出射方向的反向延长线不一定过圆心 B．沿a 点比沿b 点进入磁场的质子在磁场中运动时间长 C．所有质子都在磁场边缘同一点射出磁场 D．若质子以相等的速率从同一点沿各个方向射人磁场， 则他们离开磁场的出射方向可能垂直