物理人教版高中選擇性必修二（2019年新編）1-3帶電粒子在勻強磁場中的運動 課件

第3節(jié)帶電粒子在勻強磁場中的運動第一章安培力與洛倫茲力如圖是一臺粒子回旋加速器，它的直徑長達2km，請你探究分析回旋加速器直徑為什么要這樣大？新知探究知識點帶電粒子在勻強磁場中的運動洛倫茲力的特點(1)洛倫茲力不改變帶電粒子速度的大小，或者說，洛倫茲力對帶電粒子不做功。(2)洛倫茲力方向總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。1新知探究知識點帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的運動（1）運動特點：沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強磁場中做勻速圓周運動。1新知探究知識點帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的運動1新知探究無關(guān)名師指點帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動問題1．圓心的確定(1)已知入射方向和出射方向時，可通過入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖a所示，圖中P為入射點，M為出射點)。名師指點帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動問題1．圓心的確定(2)已知入射點和出射點的位置時，可以通過入射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖b所示，圖中P為入射點，M為出射點)。名師指點帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動問題2.帶電粒子在不同邊界磁場中的運動(1)直線邊界(進出磁場具有對稱性，如圖所示)名師指點帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動問題2.帶電粒子在不同邊界磁場中的運動(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖所示)名師指點帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動問題2.帶電粒子在不同邊界磁場中的運動(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖所示)名師指點帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動問題名師指點帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的程序解題法——三步法1．畫軌跡即確定圓心，幾何方法求半徑并畫出軌跡。2．找聯(lián)系軌道半徑與磁感應(yīng)強度、運動速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運動時間相聯(lián)系，在磁場中運動的時間與周期、圓心角相聯(lián)系。3．用規(guī)律即牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式。知識點帶電粒子在復(fù)合場中的運動復(fù)合場一般是指電場、磁場和重力場并存，或其中兩種場并存，或分區(qū)域存在。2新知探究知識點帶電粒子在復(fù)合場中的運動重力：若為基本粒子（如電子、質(zhì)子、粒子、離子等）一般不考慮重力；若為帶電顆粒（如液滴、油滴、小球、塵埃等）一般需要考慮重力。2新知探究知識點帶電粒子在復(fù)合場中的運動電場力：帶電粒子在電場中一定受到電場力的作用，在勻強電場中，電場力為恒力，大小為F=qE。電場力的方向與電場的方向相同或相反。電場力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置的電勢差有關(guān)，電場力做工一定伴隨著電勢能的變化。2新知探究知識點帶電粒子在復(fù)合場中的運動洛倫茲力：帶電粒子在磁場中受到的洛倫茲力與運動的速度（大小、方向）有關(guān)，洛倫茲力的方向始終和磁場方向垂直，又和速度方向垂直，故洛倫茲力不做功，也不會改變帶電粒子的動能。2新知探究知識點帶電粒子在復(fù)合場中的運動帶電粒子在復(fù)合場中的幾種運動形式（1）在復(fù)合場中受到洛倫茲力的帶電粒子，作直線運動時，所受的合力必為0，且一定做勻速直線運動。（2）當(dāng)帶電粒子所受重力和電場力等大、反向，洛倫茲力提供向心力時，帶電粒子做勻速圓周運動。（3）當(dāng)帶電粒子連續(xù)通過幾個不同的場區(qū)時，帶電粒子的受力情況和運動情況會發(fā)生相應(yīng)的變化，其運動過程分別由幾個不同的運動階段組成。2新知探究知識點帶電粒子在復(fù)合場中的運動帶電粒子在復(fù)合場中運動的分析方法和思路(1)正確進行受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意電場力和洛倫茲力的分析。(2)確定帶電粒子的運動狀態(tài)，注意運動情況和受力情況的結(jié)合。2新知探究知識點帶電粒子在復(fù)合場中的運動帶電粒子在復(fù)合場中運動的分析方法和思路(3)電荷在復(fù)合場中的運動一般有兩種情況——直線運動和圓周運動。①電荷在電場力、重力和洛倫茲力共同作用下做直線運動時，一定是做勻速直線運動。②電荷在上述復(fù)合場中如果做勻速圓周運動，只能是除洛倫茲力以外的所有恒力的合力為零才能實現(xiàn)。2新知探究1．如圖所示，在x軸上方存在垂直于xOy平面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。在xOy平面內(nèi)，從原點O處沿與x軸正方向成θ角（0<θ<π）以速率v發(fā)射一個帶正電的粒子（重力不計）。則下列說法正確的是（）A．若v一定，θ越大，則粒子在磁場中運動的時間越短B．若v一定，θ越大，則粒子離開磁場的位置距O點越遠C．若θ一定，v越大，則粒子在磁場中運動的角速度越大D．若θ一定，v越大，則粒子在磁場中運動的時間越短課堂訓(xùn)練【答案】A【詳解】正粒子從磁場邊界入射做勻速圓周運動，洛侖茲力提供向心力，有：從而當(dāng)θ為銳角時，畫出正粒子運動軌跡如圖所示：課堂訓(xùn)練由幾何關(guān)系可知，入射點與出射點：而粒子在磁場的運動時間與速度無關(guān)。當(dāng)θ為鈍角時，畫出正粒子運動軌跡如圖所示：由幾何關(guān)系入射點與出射點：而粒子在磁場中運動時間與第一種情況相同。A．若v一定，θ越大，從時間公式可以看出運動時間越短，故A正確；課堂訓(xùn)練B．若v一定，θ為銳角越大時，則Oa就越大，但θ為鈍角越大時，由上式可以看出Oa卻越小，故B錯誤；C．粒子運動的角速度顯然與速度無關(guān)，即v越大時，ω不變，故C錯誤；D．運動時間無論是銳角還是鈍角，時間均為，與速度無關(guān)。即若θ一定，無論v大小如何，則粒子在磁場中運動的時間都保持不變，故D錯誤。故選A。課堂訓(xùn)練2．如圖所示，半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的正電荷（重力忽略不計）以速度v沿正對著圓心O的方向射入磁場，從磁場中射出時速度方向改變了θ角。則磁場的磁感應(yīng)強度大小為（）A． B． C． D．課堂訓(xùn)練【答案】B【詳解】設(shè)電荷運動的軌道半徑為r，由幾何關(guān)系可得由洛倫茲力做為向心力可得聯(lián)立可得，B正確。故選B。課堂訓(xùn)練3.有三束粒子，分別是質(zhì)子（p）、氚核（H）和α粒子（He）束，如果它們以相同的速度沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場（磁場方向垂直紙面向里），在下面所示的四個圖中，能正確表示出這三束粒子運動軌跡的是（）A． B． C． D．課堂訓(xùn)練【答案】C【詳解】由公式得由題，速度v、磁感應(yīng)強度相同，則半徑與比荷成反比。三個粒子中質(zhì)子的比荷最大，氚核的比荷最小，則質(zhì)子的軌跡最小，氚核的軌跡半徑最大故選C。課堂訓(xùn)練4.高緯度地區(qū)的高空，大氣稀薄，常出現(xiàn)美麗的彩色“極光”。極光是由太陽發(fā)射的高速帶電粒子受地磁場的影響，進入兩極附近時，撞擊并激發(fā)高空中的空氣分子和原子引起的。假如我們在北極地區(qū)仰視，發(fā)現(xiàn)正上方如圖所示的弧狀極光，則關(guān)于這一現(xiàn)象中高速粒子的說法正確的是（）A．高速粒子帶負電 B．粒子軌跡半徑逐漸增大C．仰視時，粒子沿逆時針方向