新教材高中物理安培力與洛倫茲力3帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件新人教版選擇性必修

第一章安培力與洛倫茲力3．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動(dòng)探究課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升目標(biāo)體系構(gòu)建【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)。2．了解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)及其應(yīng)用。3．掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法，會(huì)推導(dǎo)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反響1．帶電粒子速度垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)后，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)要受到__________的作用，帶電粒子初速度的方向和洛倫茲力的方向都在與磁場(chǎng)方向______的平面內(nèi)，粒子在這個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。2．帶電粒子速度垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)后，洛倫茲力總是與粒子的運(yùn)動(dòng)方向______，只改變粒子速度的______，不改變粒子速度的______。由于粒子的速度大小不變，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的大小也不改變，洛倫茲力對(duì)粒子起到了________的作用。所以，沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做______________。如果帶電粒子速度與磁場(chǎng)方向平行進(jìn)入磁場(chǎng)，粒子在磁場(chǎng)中做__________運(yùn)動(dòng)。洛倫茲力知識(shí)點(diǎn)1帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)垂直垂直方向大小向心力勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速直線1．帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑一個(gè)電荷量為q的粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以速度v運(yùn)動(dòng)，那么帶電粒子所受的洛倫茲力為F＝qvB，洛倫茲力提供向心力得__________，由此可解得圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r＝____。從這個(gè)結(jié)果可以看出，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與它的質(zhì)量、速度成______，與電荷量、磁感應(yīng)強(qiáng)度成______。知識(shí)點(diǎn)2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期正比反比速度思考辨析『判一判』(1)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

(

)(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度越大，半徑越大。

(

)(3)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度越大，周期越大。

(

)(4)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與粒子的質(zhì)量和電量無(wú)關(guān)。

(

)×

√

×

×

『選一選』速率相同的電子垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入四個(gè)不同的磁場(chǎng)，其軌跡如下圖，那么磁場(chǎng)最強(qiáng)的是 ()D

『想一想』如下圖，可用洛倫茲力演示儀觀察運(yùn)動(dòng)電子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)。(1)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡如何？加上磁場(chǎng)時(shí)，電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡如何？(2)如果保持出射電子的速度不變，增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，軌跡圓半徑如何變化？如果保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，增大出射電子的速度，圓半徑如何變化？答案：(1)一條直線；一個(gè)圓周。(2)減?。辉龃?。課內(nèi)互動(dòng)探究探究

如下圖，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，什么力提供向心力？提示：洛倫茲力。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情景導(dǎo)入兩種常見的運(yùn)動(dòng)情況：1．勻速直線運(yùn)動(dòng)：帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行(相同或相反)，此時(shí)帶電粒子所受洛倫茲力為零，帶電粒子將以速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng)。2．勻速圓周運(yùn)動(dòng)：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，由于洛倫茲力始終和運(yùn)動(dòng)方向垂直，因此不改變速度大小，但是不停地改變速度方向，所以帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。要點(diǎn)提煉當(dāng)帶電粒子斜射入磁場(chǎng)時(shí)，帶電粒子將沿螺旋線運(yùn)動(dòng)。特別提醒典例1典例剖析(1)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡方向由a→b，還是b→a；(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑隨速度的減小是增大還是減小。思路引導(dǎo)：認(rèn)真觀察圖中粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡，由左手定那么判定。解析：(1)由左手定那么，可判定粒子軌跡方向?yàn)閎→a。(2)由于粒子的能量變小，由Ek＝mv2，知速率變小，所以可判定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑隨速度的減小而減小。1．一質(zhì)子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，不考慮其他場(chǎng)力(重力)作用，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ()A．可能做類平拋運(yùn)動(dòng)B．一定做勻變速直線運(yùn)動(dòng)C．可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．只能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練C

解析：質(zhì)子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)形式有三種：當(dāng)質(zhì)子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，質(zhì)子不受洛倫茲力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)質(zhì)子的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，質(zhì)子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力；當(dāng)質(zhì)子的速度方向與磁場(chǎng)方向有一定夾角(不垂直)時(shí)，質(zhì)子做螺旋運(yùn)動(dòng)。綜上可知，此題應(yīng)選C。探究

同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，只受洛倫茲力作用，其運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖，觀察圖片，請(qǐng)思考：這三個(gè)軌跡都是圓嗎？對(duì)應(yīng)的粒子的速度大小相等嗎？對(duì)應(yīng)的粒子運(yùn)動(dòng)周期相等嗎？提示：是圓；速度不相等；周期相等。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期情景導(dǎo)入要點(diǎn)提煉2．有界磁場(chǎng)內(nèi)局部圓周軌跡的分析方法：(1)圓心確實(shí)定①入射方向和出射方向時(shí)，可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)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(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖甲所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。②入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖乙所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。(2)半徑確實(shí)定半徑的計(jì)算一般利用幾何知識(shí)解直角三角形。做題時(shí)一定要做好輔助線，由圓的半徑和其他幾何邊構(gòu)成直角三角形。(3)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間確實(shí)定①粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為T，當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為α?xí)r，其運(yùn)動(dòng)時(shí)間由下式表示：典例2典例剖析D

對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練AC

核心素養(yǎng)提升帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1．解題程序——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(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動(dòng)時(shí)間相聯(lián)系，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)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(yùn)動(dòng)的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式。2．帶電粒子在不同邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡(1)直線邊界(進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性，如下圖)(2)平行邊界(存在臨界條件，如下圖)(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如下圖)平面OM和平面ON之間的夾角為30°，其橫截面(紙面)如下圖，平面OM上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外。一帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q(q>0)。粒子沿紙面以大小為v的速度從OM的某點(diǎn)向左上方射入磁場(chǎng)，速度與OM成30°角。粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡與ON只有一個(gè)交點(diǎn)，并從OM上另一點(diǎn)射出磁場(chǎng)。不計(jì)重力。粒子離開磁場(chǎng)的出射點(diǎn)到兩平面交線O的距離 ()D

案例解析：如下圖為帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，設(shè)出射點(diǎn)為P，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與ON的交點(diǎn)為Q，粒子入射方向與OM成30°角，那么射出磁場(chǎng)時(shí)速度方向與MO成30°角，由幾何關(guān)系可知，PQ⊥ON，故出射點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為軌跡圓直徑的2倍，即4R，又粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R＝，所以D正確。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)D

2.(多項(xiàng)選擇)(2021·江蘇省南通市高二上學(xué)期期中)如下圖為洛倫茲力演示儀的結(jié)構(gòu)圖。勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，電子束由電子槍產(chǎn)生，其速度方向與磁場(chǎng)方向垂直。電子速度的大小和磁場(chǎng)強(qiáng)弱可分別由通過電子槍的加速電壓和勵(lì)磁線圈的電流來(lái)調(diào)節(jié)。以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ()A．僅增大勵(lì)磁線圈中電流，電子束徑跡的半徑變大B．僅提高電子槍加速電壓，電子束徑跡的半徑變大C．僅增大勵(lì)磁線圈中電流，電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期將變小D．僅提高電子槍加速電壓，電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期將變大BC

增大勵(lì)磁線圈中的電流，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)增強(qiáng)，由③式可得，電子束的軌道半徑變小。由④式知周期變小，故A錯(cuò)誤，C正確；提高電