資源簡介

(共71張PPT)
第一章　安培力與洛倫茲力
3.帶電粒子在勻強磁場中的運動
核心素養：
1. 運用所學知識，能夠解釋帶電粒子在勻強磁場中的運動.（物理觀念）
2. 通過理論分析掌握帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期、圓心角 等物理量.（科學思維）
3. 探究帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動的半徑、周期與哪些物理量有關.（科 學探究）
4. 通過先實驗探究，再理論分析與推導的順序，既有豐富的感性材料，又有清晰的 理論依據，在理論與實踐結合的過程中體會成功的喜悅.（科學態度與責任）
第*頁
研習任務一　帶電粒子在勻強磁場中運動規律
合作　討論
1. 你還記得物體做勻速圓周運動的條件嗎？試著總結一下.
提示：①物體要受到一個始終與運動方向垂直的向心力作用；②向心力與物體的運動 方向在同一個平面內；③向心力與物體的運動方向垂直，不做功，不改變物體速度的 大小.
2. 如果沿著與磁場垂直的方向發射帶電粒子，帶電粒子受到的洛倫茲力的方向怎 樣？洛倫茲力與帶電粒子的運動方向是否處于同一平面內？帶電粒子做什么運動？
提示：如圖所示，洛倫茲力垂直速度方向，也垂直磁場方向，洛倫 茲力與粒子的運動方向在同一平面內，帶電粒子在這個平面內做勻 速圓周運動.
教材　認知
1. 帶電粒子在勻強磁場中的運動
（1）若v∥B，帶電粒子以速度v做勻速直線運動，其所受洛倫茲力F＝0.
（2）若v⊥B，此時初速度方向、洛倫茲力的方向均與磁場方向 ，粒子在垂 直于 方向的平面內運動.
①洛倫茲力與粒子的運動方向 ，只改變粒子速度的 ，不改變粒子速 度的 .
②帶電粒子在垂直于磁場的平面內做 運動， 提供向心力.
垂直　
磁場　
垂直　
方向　
大小　
勻速圓周　
洛倫茲力　
無關　
要點　歸納
1. 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑公式
2. 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期公式
研習　經典
A. T增大 B. T減小
C. R增大 D. R減小
D
名師點評
　　做這類題目時一定要牢記半徑公式和周期公式，看清楚帶電粒子的質量和電荷 量，善用控制變量法，抓住不變量判斷變化量，必要時把相關公式寫在題目空白處.
對應　訓練
B
第*頁
研習任務二　觀察帶電粒子的運動徑跡
合作　討論
如圖所示，可用洛倫茲力演示儀觀察運動電子
在勻強磁場中的偏轉.
（1）不加磁場時，電子束的運動軌跡如何？加上磁場時，電子束的運動軌跡如何？
提示：（1）不加磁場時電子束的軌跡為一條直線，加磁場后電子束的徑跡是一個圓.
（2）如果保持出射電子的速度不變，增大磁感應強度，軌跡圓半徑如何變化？如果 保持磁感應強度不變，增大出射電子的速度，圓半徑如何變化？
提示：（2）當電子束出射速度不變，磁感應強度變大時，這個圓的半徑變小；當磁 感應強度不變，電子束出射速度變大時，這個圓的半徑變大.
要點　歸納
1. 洛倫茲力演示儀的構造
（1）電子槍：可以發射電子束.
（2）玻璃泡：內部充有稀薄的氣體，在電子束通過時能夠顯示電子的徑跡.
（3）勵磁線圈：能夠在兩個線圈之間產生勻強磁場，磁場的方向與兩個線圈中心的 連線平行.
2. 實驗現象
（1）不加磁場時，電子束的徑跡是一條直線（圖甲）.加磁場后電子束的徑跡是一個 圓（圖乙）.
（2）當電子束出射速度不變，磁感應強度變大時，這個圓的半徑變小.
（3）當磁感應強度不變，電子束出射速度變大時，這個圓的半徑變大.
3. 實驗結論
帶電粒子以垂直磁場的方向射入，在磁場中做勻速圓周運動，其運動規律與理論推導 相吻合.
研習　經典
A. 甲圖中的電子束不受洛倫茲力
B. 乙圖中的電子束不受洛倫茲力
C. 甲圖中的電子束處在垂直紙面的磁場中
D. 乙圖中的電子束處在平行紙面的磁場中
A
解析：甲圖中的電子束的軌跡沒有偏轉，說明不受洛倫茲力，故A正確；乙圖中的電 子束的軌跡發生偏轉，說明受洛倫茲力，故B錯誤；甲圖中的電子束的軌跡沒有偏 轉，說明不受洛倫茲力，電子束處在平行紙面的磁場中或處于磁感應強度為零的位 置，故C錯誤；乙圖中的電子束的軌跡是圓周，說明受洛倫茲力，電子束處在垂直紙 面的磁場中，故D錯誤.
名師點評
　　解決此類問題時一定要清楚洛倫茲力演示儀的構造，洛倫茲力演示儀的兩個勵磁 線圈會產生垂直紙面的磁場，只要明確電子束的運動軌跡就可以確定電子束是否偏 轉，是否受力.
對應　訓練
B
A. 勵磁線圈通以逆時針方向的電流，則能形成結構示意圖中的電子運動徑跡
B. 勵磁線圈通以順時針方向的電流，則能形成結構示意圖中的電子運動徑跡
C. 保持勵磁電壓不變，增加加速電壓，電子束形成圓周的半徑減小
D. 保持加速電壓不變，增加勵磁電壓，電子束形成圓周的半徑增大
第*頁
研習任務三　帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動
合作　討論
我們知道，在幾何中，只要確定了一個圓的圓心和半徑，這個圓就唯一確定了.帶電 粒子在勻強磁場中做圓周運動，我們應該如何確定粒子運動的軌跡呢？
提示：要想確定粒子的運動軌跡，需要確定粒子做圓周運動的圓心和半徑.圓心在入 射速度的垂線、出射速度的垂線和軌跡弦的垂直平分線上，以上三條線中任意兩條線 的交點就是軌跡的圓心.粒子做圓周運動的半徑可以根據幾何關系或半徑公式求解.
要點　歸納
在研究帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動問題時，可以按照“找圓心，求半徑， 求角度，解未知”的思路進行.
1. 找圓心——兩線定一“心”
（1）圓心一定在垂直于速度的直線上.
如圖甲所示，已知入射點P（或出射點M）的速度方向，可通過入射點和出射點作速 度的垂線，兩條直線的交點就是圓心.
（2）圓心一定在弦的中垂線上.
如圖乙所示，作P、M連線的中垂線，
與任一速度的垂線的交點為圓心.
（2）根據幾何知識求解，如圖所示.
3. 求角度
如圖所示，
（1）帶電粒子射出磁場的速度方向與射入磁場的速度方向之間的夾角φ叫作偏向角， 偏向角等于圓弧AB對應的圓心角α，即α＝φ.
（2）圓弧AB所對應圓心角α等于弦AB與切線的夾角（弦切角）θ的2倍，即α＝2θ.
（3）相對的弦切角相等；相鄰的弦切角互補，即θ＋θ'＝180°.
（4）進出同一直邊界時速度方向與該邊界的夾角相等，如圖所示.
研習　經典
B
名師點評
　　在解決此類問題時要熟悉“找圓心，求半徑，解未知”三步曲，這三步要根據具 體情況來靈活使用，不一定每步都用到，也不一定有嚴格的先后順序.
對應　訓練
C. 2∶1
B
知識　構建
第*頁
課后提素養 深刻剖析 提升能力
基礎　題組
1. 判斷正誤.
√
×
×
×
×
×
A. 1∶1∶2 B. 1∶3∶4
C. 1∶1∶1
D
A. 若速率相等，則半徑必相等
B. 若質量相等，則周期必相等
C. 若動量大小相等，則半徑必相等
D. 若動能相等，則周期必相等
BC
中檔　題組
A. 運動軌跡的半徑是Ⅰ中的k倍
B. 加速度的大小是Ⅰ中的k倍
C. 做圓周運動的周期是Ⅰ中的k倍
D. 做圓周運動的角速度與Ⅰ中的相等
AC
A
3. 如圖所示，一個質量為m、帶負電荷、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.
第*頁
課時作業（三）
[基礎訓練]
A. 它所受的洛倫茲力是恒定不變的
B. 它的速度是恒定不變的
C. 它的速度與磁感應強度B成正比
D. 它的運動周期與速度的大小無關
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A. 1∶2，1∶2 B. 2∶1，2∶1
C. 2∶1，1∶2 D. 1∶2，2∶1
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A. 1∶2 B. 2∶1
D. 1∶1
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：畫出正、負電子在磁場中運動的軌跡如圖所示：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：根據題意作出正電荷運動的軌跡如圖所示：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A. 粒子帶正電，從B點射入
B. 粒子帶負電，從B點射入
C. 粒子帶正電，從A點射入
D. 粒子帶負電，從A點射入
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A. 粒子帶正電
C. 粒子做圓周運動的半徑為L
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
8. 一個帶電荷量為＋q，質量為m的粒子在磁感應強度為B的勻強磁場中以初速度v0垂 直于磁場自A點開始運動，如圖所示，經時間t，粒子到達C點，求：
（1）畫出粒子軌跡示意圖；
答案：（1）見解析圖　
解析：（1）軌跡示意圖如圖所示
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
（2）粒子在磁場中運動的周期和加速度大小a；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
（3）連接AC與v0所在直線間的夾角θ.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
[能力提升]
　　
A. 兩個電子在磁場中運動的軌跡半徑一定相同
B. 兩個電子在磁場中運動的時間有可能相同
C. 進入圓形區域的電子一定先飛離磁場
D. 進入圓形區域的電子一定不會后飛離磁場
ABD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A. 電子將向右偏轉
B. 電子打在MN上的點與O'點的距離為d
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A. a、b兩帶電粒子的運動軌跡半徑之比為1∶2
B. a、b兩帶電粒子的速度大小之比為2∶3
C. a、b兩帶電粒子的質量之比為2∶3
D. a、b兩帶電粒子的比荷之比為2∶3
AC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12. 在如圖所示的平面直角坐標系Oxy中，有一個圓形區域的勻強磁場（圖中未畫 出），磁場方向垂直于Oxy平面，坐標原點為該圓形磁場區域的圓心.現有一質量為 m，帶電荷量為＋q的帶電粒子（重力不計）從O點開始以初速度v沿x軸正方向進入磁 場，粒子經過y軸上P點時速度方向與y軸正方向夾角為θ＝30°，已知OP＝L，求：
（1）磁感應強度的大小；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：（1）依題意，粒子運動軌跡如圖所示
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
（2）該圓形磁場區域的面積.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

展開更多......

收起↑