1.3带电粒子在匀强磁场中的运动 课件(共36张PPT) 2024-2025学年人教版高中物理选择性必修第二册

(课件网) 人教版2019 高中物理选择性必修第二册 第一章 安培力与洛伦兹力 第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动（1） 学习目标： 1.知道带电粒子的初速度方向和磁场方向垂直时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 2.会应用动力学方法推导半径公式和周期公式。 3.会分析带电粒子在匀强磁场中运动的基本问题。 目录： 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 三、带电粒子在磁场中运动情况分析 四、巩固提高 导入新课：在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。 讨论交流：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。 v∥B v与B的夹角为θ v⊥B (1)当v∥B时，F洛=0，带电粒子将以入射速度v做匀速直线运动。 (2)当v⊥B时，F洛=qvB，由于洛伦兹力始终与粒子运动方向垂直，因此不改变粒子速度的大小，只改变粒子速度的方向，洛伦兹力对粒子起到了向心力作用，粒子做匀速圆周运动。 （3）当v与B间有夹角时，将速度v分解为v1和v2，则v1=vsin θ，v2=vcos θ，带电粒子在垂直磁场方向以分速度v1做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，在平行于磁场方向以分速度v2做匀速直线运动，合运动为螺旋形运动(旋进运动)。 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 1.带电粒子的受力分析 讨论交流：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 G ＝ mg ＝ 1.67×10-27×9.8 N ＝ 1.64×10-26 N F ＝ qvB ＝ 1.6×10-19×5×105×0.2 N ＝ 1.6×10-14 N 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？ v － v v - F v - F 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？ F F 2.探究带电粒子在磁场中运动轨迹 v - F v - F 励磁线圈 电子枪 加速电压选择挡 洛伦兹力演示仪 洛伦兹力演示仪示意图 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 3.实验验证 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？ 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 由此可知，半径r与速度成正比，周期T与速度无关，与轨道半径r无关。 （1）当电子束出射速度不变，磁感应强度变大时，圆周半径变小； （2）当磁感应强度不变，电子束出射速度变大时，圆周半径变大。 1.带电粒子在磁场中做圆周运动的半径 由洛伦兹力提供向心力，即:qvB=mv2/r 得：r=mv/Bq 讨论交流： 1.带电粒子垂直进入非匀强磁场后做半径不断变化的圆周运动，这时公式r=mv/Bq是否成立？ 提示：公式r=mv/Bq仍然成立。在非匀强磁场中，随着B的变化，粒子轨迹的圆心、半径不断变化，但粒子运动到某位置的半径仍由B、q、v决定，仍满足r=mv/Bq。 2.一个带正电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场。粒子的一段径迹如图所示。径迹上的每一小段都可近似看成圆弧。由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电荷量、质量不变)。从图中情况可以作出何种判断？ (1)粒子的运动轨迹方向由a→b，还是b→a (2)粒子在磁场中运动的半径随速度的减小是增大还是减小？ 提示：(1)由左手定则，洛伦兹力指向轨迹凹的一侧，如图。可判定粒子轨迹方向为b→a。 （2）由于粒子的能量变小，由EK=1/2 mv2知，速率变小，所 ... ...