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(共24張PPT)
問題：在現代科學技術中，常常要研究帶電粒子在磁場中的運動。如果沿著與磁場垂直的方向發射一束帶電粒子，請猜想這束粒子在勻強磁場中的運動徑跡，你猜想的依據是什么
新課導入
第3節 帶電粒子在勻強磁場中的運動
學習任務一
學習任務一 帶電粒子在勻強磁場中的運動
[實驗探究]
電子槍
玻璃泡
勵磁線圈
勵磁線圈(兩個)
無磁場
有磁場
在沒有磁場作用時，電子的軌跡是直線；
在管外加上垂直初速度方向的勻強磁場，電子的軌跡變彎曲成圓形。
學習任務一
學習任務一 帶電粒子在勻強磁場中的運動
1、垂直射入勻強磁場的帶電粒子，它的初速度和所受洛倫茲力的方向都在跟磁場方向垂直的平面內，粒子只能在這個平面內運動。
2、由于洛侖茲力永遠垂直于粒子的速度，對粒子不做功。它只改變粒子的運動方向，不改變其速度大小。
3、洛侖茲力總是與速度方向垂直，起到了向心力的作用。所以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。
















-
v
F洛
v
-
F洛
v
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F洛
v
-
F洛
學習任務一
學習任務一 帶電粒子在勻強磁場中的運動
[物理觀念]
例1 [2023·天津一中月考] 一質子在勻強磁場中運動,不考慮他重力作用,下列說法正確的是(　 )
學習任務一
C
[解析] 質子在磁場中若受到洛倫茲力的作用,因洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直,改變速度方向,因而同時也改變洛倫茲力的方向,故洛倫茲力是變力,質子不可能做勻變速運動,故A、B錯誤;
質子在勻強磁場中運動時所受的洛倫茲力跟速度方向與磁場方向的夾角有關,當速度方向與磁場方向平行時,它不受洛倫茲力作用,又不受其他力作用,這時它將做勻速直線運動,故C正確,D錯誤.
A.可能做勻變速直線運動 B.可能做勻變速曲線運動
C.可能做勻速直線運動 D.只能做勻速圓周運動
1.若v∥B,則帶電粒子以速度v做勻速直線運動.(此情況下洛倫茲力F=0)
2.若v⊥B,則帶電粒子在垂直于磁感線的平面內做勻速圓周運動.
學習任務一
[科學探究] 如圖所示,可用洛倫茲力演示儀觀察帶電粒子在勻強磁場中的運動軌跡.
學習任務二 帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期
學習任務二
(1)不加磁場時,電子束的運動軌跡為　 　　　.
(2)加上磁場時,電子束的運動軌跡為　　　　.
(3)如果保持出射電子的速度不變,增大磁感應強度,軌跡圓的半徑將　　　　;如果保持磁感應強度不變,增大出射電子的速度,軌跡圓的半徑將　　　　.
一條直線
圓
變小
變大
1、僅改變電子初速度的大小，電子運動有什么變化？
觀察帶電粒子的運動徑跡
B
v
初速度增大，電子運動軌跡的半徑增大。
學習任務二
觀察帶電粒子的運動徑跡
2、僅改變磁感應強度的大小，電子運動有什么變化？
B
v
磁感應強度增大，電子運動軌跡的半徑減小。
學習任務二
帶電粒子受到洛倫茲力
洛倫茲力提供向心力
圓周運動的半徑
粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑與它的質量、速度成正比，與電荷量、磁感應強度成反比。
學習任務二 帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期
學習任務二
[科學推理]
設電荷量為q的粒子，磁感應強度大小為B，運動速度為v，勻速圓周運動的軌道半徑為r
從公式可以看出周期由磁場和粒子的比荷決定，而與粒子的速度和軌道半徑無關。
學習任務二 帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期
學習任務二
[科學推理]
例2 在勻強磁場中,一個帶電粒子做勻速圓周運動,若該粒子又垂直于磁場方向進入另一磁感應強度是原來一半的勻強磁場,則 (　 )　　　　　　　　　　　　　　　　
A.粒子的速率加倍,周期減半
B.粒子的速率不變,軌跡半徑減半
C.粒子的速率不變,周期變為原來的2倍
D.粒子的速率減半,軌跡半徑變為原來的2倍
學習任務二
C
[解析] 因洛倫茲力對粒子不做功,故粒子的速率不變;當磁感應強度減半后,由R=可知,軌跡半徑變為原來的2倍;由T=可知,粒子的周期變為原來的2倍,故C正確,A、B、D錯誤.
1.分析帶電粒子在磁場中的勻速圓周運動,要緊抓洛倫茲力提供向心力,即qvB=m.
2.軌跡半徑:r=.同一粒子在同一磁場中,r與v成正比.
3.周期:T==.T與速度v無關,與半徑r無關
學習任務二
極光和地磁場
極光是在地球兩極常見的一種自然現象.地磁場向地球周圍的太空延伸很遠,它對太陽射出的帶電粒子(主要由質子、電子、α粒子等組成)具有阻擋作用,可使地球上的生物免受傷害.但在接近兩極的地區,有些高能粒子能射向地球的表面.它們通常以2000 km/s的速度擊穿大氣層,與大氣中的原子和分子碰撞并激發,產生光芒,形成極光.
素 養 提 升
素 養 提 升
極光和地磁場
地球周圍空間有地磁場，兩極強，中間弱
從太陽或其他星體上，時刻都有大量的高能粒子流放出，稱為宇宙射線
地磁場能改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向，對宇宙射線起了一定的阻擋作用
極光是來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極，當它們進入極地大于80千米的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞并激發，從而釋放能量，同時產生光芒，形成圍繞磁場的大圓圈，它是一種絢麗多彩的發光現象。
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極光和地磁場
素 養 提 升
示例 (多選)[2023·杭州高級中學月考] 高緯度地區的高空,大氣稀薄,常出現美麗的彩色“極光”.極光是由太陽發射的高速帶電粒子受地磁場的影響,進入兩極附近時,撞擊并激發高空中的空氣分子和原子引起的.假如我們在北極地區仰視,發現正
上方如圖所示的弧狀極光,則關于這一現象中的高速粒子,下列說法正確的是( 　 )
A.高速粒子帶正電
B.粒子的軌跡半徑逐漸增大
C.仰視時,粒子沿逆時針方向運動
D.仰視時,粒子沿順時針方向運動
AD
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[解析] 粒子在運動過程中受到空氣阻力作用,動能變小,速度減小,根據洛倫茲力提供向心力得qvB=m,解得r=,則軌跡半徑變小,故B錯誤.
在北極上空有豎直向下的磁場,帶電粒子運動的軌跡由地面向上看沿順時針方向,則由左手定則可知高速粒子帶正電,故C錯誤,A、D正確.
帶電粒子在勻強磁場中的運動
當帶電粒子速度與磁場方向垂直時：
勻速圓周運動
洛倫茲力提供向心力
圓周運動的半徑
帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的規律
圓周運動的周期
課 堂 小 結
課后習題
1.電子以1.6×106m/s的速度沿著與磁場垂直的方向射入B＝2.0×10-4T的勻強磁場中。求電子做勻速圓周運動的軌道半徑和周期。
課后習題
2.已知氚核的質量約為質子質量的3倍，帶正電荷，電荷量為一個元電荷；α粒子即氦原子核，質量約為質子質量的4倍，帶正電荷，電荷量為e的2倍。現在質子、氚核和α粒子在同一勻強磁場中做勻速圓周運動。求下列情況中它們運動的半徑之比：
（1）它們的速度大小相等；
（2）它們由靜止經過相同的加速電場加速后進入磁場。
課后習題
3.如圖1.3-5所示，一個質量為m、帶負電荷粒子電荷量為q、不計重力的帶電粒子從x軸上的P點以速度v沿與x軸成60°的方向射入第一象限內的勻強磁場中，并恰好垂直于y軸射出第一象限。已知OP＝a，求：
（1）勻強磁場的磁感應強度B的大小；
（2）帶電粒子穿過第一象限所用的時間。

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