高中人教版 (2019)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)優(yōu)秀ppt課件

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物理觀念： 洛倫茲力的性質(zhì)科學(xué)思維： 通過洛倫茲力性質(zhì)與平面幾何知識(shí)的結(jié)合，分析帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡科學(xué)探究： 采用洛倫茲力演示儀，通過控制變量法，研究影響電子束運(yùn)動(dòng)軌跡的因素?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任： 研究洛倫茲力在質(zhì)譜儀、回旋加速器中的應(yīng)用原理。
磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力
　　在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，常常要研究帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。 猜想：如果沿著與磁場(chǎng)垂直的方向發(fā)射一束帶電粒子，這束粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡怎樣？你猜想的依據(jù)是什么？
電荷在磁場(chǎng)中只受洛倫茲力
洛倫茲力的方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直
只改變速度方向不改變速度大小
電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
提供電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力
重力與洛倫茲力相比可以忽略
一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡分析
②勵(lì)磁線圈能夠在兩個(gè)線圈之間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向與兩個(gè)線圈中心的連線平行。
①電子槍可以發(fā)射電子束
1.若不加磁場(chǎng)，電子做什么運(yùn)動(dòng)？
由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。
2.若電子以垂直于磁場(chǎng)方向的速度射入，做什么運(yùn)動(dòng)？
二、帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期
電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供
周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)
實(shí)驗(yàn)：軌跡半徑r與粒子速度v、磁感強(qiáng)度B的關(guān)系
在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來磁感應(yīng)強(qiáng)度一半的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則(　　)A．粒子的速率加倍，周期減半B．粒子的速率不變，軌道半徑減半C．粒子的速率不變，周期變?yōu)樵瓉淼?倍D．粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?倍
(多選)如圖所示，在x>0，y>0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B，現(xiàn)有四個(gè)相同的帶電粒子，由x軸上的P點(diǎn)以不同初速度平行于y軸射入此磁場(chǎng)，其出射方向如圖所示，不計(jì)重力影響，則(　　)A.初速度最大的粒子是沿①方向出射的粒子B.初速度最大的粒子是沿②方向出射的粒子C.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)的是沿③方向出射的粒子D.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)的是沿④方向出射的粒子
(多選)如圖所示，左、右邊界分別為PP′、QQ′的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的寬度為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里.一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的微觀粒子，沿圖示方向以速度v0垂直射入磁場(chǎng).欲使粒子不能從邊界QQ′射出，粒子入射速度v0的最大值可能是(　　)
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(qiáng)磁場(chǎng).重力不計(jì)、電荷量一定的帶電粒子以速度v正對(duì)著圓心O射入磁場(chǎng)，若粒子射入、射出磁場(chǎng)點(diǎn)間的距離為R，則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為(　　)
如圖所示，質(zhì)量均為m，電荷量大小均為q的正、負(fù)離子均從磁場(chǎng)邊界上的一點(diǎn)A以與磁場(chǎng)邊界夾角為30°的初速度v0射入到磁場(chǎng)中，然后分別從邊界上的B點(diǎn)和C點(diǎn)射出，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，正、負(fù)離子重力不計(jì).求：(1)AB、AC的長(zhǎng)度；(2)正、負(fù)離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比.
帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的三種運(yùn)動(dòng)形式：
除洛侖茲力外其他力均忽略不計(jì)(或平衡)
(2)當(dāng)v⊥B時(shí)，所受洛侖茲力提供向心力，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；
(3)當(dāng)v與B不平行、不垂直時(shí)，將v分解為平行B和垂直B的v∥和v⊥，則電荷在平行于B的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 。合運(yùn)動(dòng)為等距螺線運(yùn)動(dòng)。
(1)當(dāng)v∥B時(shí)，所受洛侖茲力為零，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
(周期與速度無(wú)關(guān)，只與其比荷有關(guān))
處理帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)通常要按以下三步進(jìn)行：(1)畫軌跡：即確定圓心，畫出軌跡并通過幾何方法求半徑；(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，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與周期相聯(lián)系；(3)用規(guī)律：運(yùn)用牛頓第二定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式．
1.如圖所示，MN為鋁質(zhì)薄平板，鋁板上方和下方分別有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(未畫出)．一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點(diǎn)垂直于鋁板向上射出，從Q點(diǎn)穿越鋁板后到達(dá)PQ的中點(diǎn)O.已知粒子穿越鋁板時(shí)，其動(dòng)能損失一半，速度方向和電荷量不變．不計(jì)重力．鋁板上方和下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為(　　)A．1∶2 B．2∶1 C.2∶2 D.2∶1
2.如圖所示，一束電荷量為e的電子以垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B并垂直于磁場(chǎng)邊界的速度v射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向和原來的射入方向的夾角為θ＝60°，求電子的質(zhì)量和穿越磁場(chǎng)的時(shí)間．
3. 如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為－q、不計(jì)重力的帶電粒子從x軸上的P(a,0)點(diǎn)以速度v，沿與x軸正方向成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并恰好垂直于y軸射出第一象限，求：(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?2)穿過第一象限的時(shí)間．
4.如圖，空間存在方向垂直于紙面(xOy平面)向里的磁場(chǎng)．在x≥0 區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B0；x＜0區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為λB0(常數(shù)λ＞1)．一質(zhì)量為m、電荷量為q(q＞0)的帶電粒子以速度v0從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸正向射入磁場(chǎng)，此時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)粒子的速度方向再次沿x軸正向時(shí)，求：(不計(jì)重力) (1)粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間； (2)粒子與O點(diǎn)間的距離．