物理人教版高中选择性必修二（2019年新编）1-3带电粒子在匀强磁场中的运动 课件

第3节带电粒子在匀强磁场中的运动第一章安培力与洛伦兹力如图是一台粒子回旋加速器，它的直径长达2km，请你探究分析回旋加速器直径为什么要这样大？新知探究知识点带电粒子在匀强磁场中的运动洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说，洛伦兹力对带电粒子不做功。(2)洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。1新知探究知识点带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动（1）运动特点：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。1新知探究知识点带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动1新知探究无关名师指点带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题1．圆心的确定(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图a所示，图中P为入射点，M为出射点)。名师指点带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题1．圆心的确定(2)已知入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图b所示，图中P为入射点，M为出射点)。名师指点带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题2.带电粒子在不同边界磁场中的运动(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)名师指点带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题2.带电粒子在不同边界磁场中的运动(2)平行边界(存在临界条件，如图所示)名师指点带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题2.带电粒子在不同边界磁场中的运动(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)名师指点带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题名师指点带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法——三步法1．画轨迹即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹。2．找联系轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期、圆心角相联系。3．用规律即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式。知识点带电粒子在复合场中的运动复合场一般是指电场、磁场和重力场并存，或其中两种场并存，或分区域存在。2新知探究知识点带电粒子在复合场中的运动重力：若为基本粒子（如电子、质子、粒子、离子等）一般不考虑重力；若为带电颗粒（如液滴、油滴、小球、尘埃等）一般需要考虑重力。2新知探究知识点带电粒子在复合场中的运动电场力：带电粒子在电场中一定受到电场力的作用，在匀强电场中，电场力为恒力，大小为F=qE。电场力的方向与电场的方向相同或相反。电场力做功与路径无关，只与初末位置的电势差有关，电场力做工一定伴随着电势能的变化。2新知探究知识点带电粒子在复合场中的运动洛伦兹力：带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力与运动的速度（大小、方向）有关，洛伦兹力的方向始终和磁场方向垂直，又和速度方向垂直，故洛伦兹力不做功，也不会改变带电粒子的动能。2新知探究知识点带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的几种运动形式（1）在复合场中受到洛伦兹力的带电粒子，作直线运动时，所受的合力必为0，且一定做匀速直线运动。（2）当带电粒子所受重力和电场力等大、反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子做匀速圆周运动。（3）当带电粒子连续通过几个不同的场区时，带电粒子的受力情况和运动情况会发生相应的变化，其运动过程分别由几个不同的运动阶段组成。2新知探究知识点带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路(1)正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析。(2)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。2新知探究知识点带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路(3)电荷在复合场中的运动一般有两种情况——直线运动和圆周运动。①电荷在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动时，一定是做匀速直线运动。②电荷在上述复合场中如果做匀速圆周运动，只能是除洛伦兹力以外的所有恒力的合力为零才能实现。2新知探究1．如图所示，在x轴上方存在垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。在xOy平面内，从原点O处沿与x轴正方向成θ角（0<θ<π）以速率v发射一个带正电的粒子（重力不计）。则下列说法正确的是（）A．若v一定，θ越大，则粒子在磁场中运动的时间越短B．若v一定，θ越大，则粒子离开磁场的位置距O点越远C．若θ一定，v越大，则粒子在磁场中运动的角速度越大D．若θ一定，v越大，则粒子在磁场中运动的时间越短课堂训练【答案】A【详解】正粒子从磁场边界入射做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力，有：从而当θ为锐角时，画出正粒子运动轨迹如图所示：课堂训练由几何关系可知，入射点与出射点：而粒子在磁场的运动时间与速度无关。当θ为钝角时，画出正粒子运动轨迹如图所示：由几何关系入射点与出射点：而粒子在磁场中运动时间与第一种情况相同。A．若v一定，θ越大，从时间公式可以看出运动时间越短，故A正确；课堂训练B．若v一定，θ为锐角越大时，则Oa就越大，但θ为钝角越大时，由上式可以看出Oa却越小，故B错误；C．粒子运动的角速度显然与速度无关，即v越大时，ω不变，故C错误；D．运动时间无论是锐角还是钝角，时间均为，与速度无关。即若θ一定，无论v大小如何，则粒子在磁场中运动的时间都保持不变，故D错误。故选A。课堂训练2．如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，质量为m、带电荷量为q的正电荷（重力忽略不计）以速度v沿正对着圆心O的方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向改变了θ角。则磁场的磁感应强度大小为（）A． B． C． D．课堂训练【答案】B【详解】设电荷运动的轨道半径为r，由几何关系可得由洛伦兹力做为向心力可得联立可得，B正确。故选B。课堂训练3.有三束粒子，分别是质子（p）、氚核（H）和α粒子（He）束，如果它们以相同的速度沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场（磁场方向垂直纸面向里），在下面所示的四个图中，能正确表示出这三束粒子运动轨迹的是（）A． B． C． D．课堂训练【答案】C【详解】由公式得由题，速度v、磁感应强度相同，则半径与比荷成反比。三个粒子中质子的比荷最大，氚核的比荷最小，则质子的轨迹最小，氚核的轨迹半径最大故选C。课堂训练4.高纬度地区的高空，大气稀薄，常出现美丽的彩色“极光”。极光是由太阳发射的高速带电粒子受地磁场的影响，进入两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的。假如我们在北极地区仰视，发现正上方如图所示的弧状极光，则关于这一现象中高速粒子的说法正确的是（）A．高速粒子带负电 B．粒子轨迹半径逐渐增大C．仰视时，粒子沿逆时针方向