高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 带电粒子在匀强磁场中的运动背景图ppt课件

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在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹，你猜想的依据是什么？
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1.粒子质量很小，因此重力与洛伦兹力相比可以忽略。
洛伦兹力与速度方向始终垂直。
洛伦兹力提供向心力，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
只改变速度的方向，不改变速度的大小
垂直射入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，那我们该如何确定该圆周运动的半径以及周期？
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的周期和半径
推论：半径r跟质量m、速率v成正比；跟电荷量q、磁感应强度B成反比
推论：周期T跟质量m成正比；跟电荷量q、磁感应强度B成反比；与速率v无关
分别预测下列情况下带电粒子的运动径迹，然后用洛伦兹力演示仪进行检验。1.不加磁场2.在玻璃泡中施加沿两线圈中心连线方向、由纸面指向读者的磁场。3.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度。4.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度的大小和方向。
三、观察带电粒子的径迹
不加磁场时，电子束的径迹是一条直线
加磁场后，电子束的径迹是一个圆
V不变，B变大，r变小
B不变，v变大，r变大
解：（1）洛伦兹力F＝qvB＝1.6×10﹣19×5×105×0.2N＝1.6×10﹣14N， 粒子的重力G＝mg＝1.67×10﹣27×10N＝1.67×10﹣26N， 则
＝1.04×10﹣12
即G＜＜F，所以研究粒子在磁场中的运动时可以忽略粒子所受的重力。
（2）由洛伦兹力提供向心力有：qvB＝
＝2.61×10﹣2m
则半径r＝ ＝
1．如图重力不计初速度为v的正电荷，从a点沿水平方向射入有明显左边界的匀强磁场，磁场方向水平向里，若边界右侧的磁场范围足够大，该电荷进入磁场后（　　）A．动能发生改变B．运动轨迹是一个完整的圆，正电荷始终在磁场中运动C．运动轨迹是一个半圆，并从a点上方某处穿出边界向左射出D．运动轨迹是一个半圆，并从a点下方某处穿出边界向左射出
2.一带电粒子以垂直于磁场方向的初速度飞入匀强磁场后做圆周运动，磁场方向和运动轨迹如图所示，下列情况可能的是（　　）①粒子带正电，沿逆时针方向运动②粒子带正电，沿顺时针方向运动③粒子带负电，沿逆时针方向运动④粒子带负电，沿顺时针方向运动．A．①③B．①④C．②③D．②④
3、电子以1.6×106m/s的速度沿着与磁场垂直的方向射入B＝2.0×10﹣3T的匀强磁场中．求电子做匀速圆周运动的轨道半径和周期．（q＝1.6×10﹣19C，m＝9.1×10﹣31Kg）
解：根据 得， ＝4.55×10﹣3m 周期 ＝1.8×10﹣8s．答：电子做匀速圆周运动的半径为4.55×10﹣3m，周期为1.8×10﹣8s．
1、已知氚核的质量约为质子的3倍，带正电荷，电荷量为一个元电荷；α粒子即氦原子核，质量约为质子的4倍，带正电荷，电荷量为元电荷的2倍。现在质子、氚核和α粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动。求以下情况下它们运动半径之比：（1）它们的速度大小相等；（2）它们的动能相等；（3）它们由静止经过相同的加速电场加速后进入磁场。
解：质子、氚核和α粒子的质量数分别是1、3、4；电荷数分别是：e、e、2e；（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝m
则：rH：r氚：rα＝1：3：2
（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得： qvB＝m
（3）粒子在电场中加速，由动能定理得：qU＝
1/2mv2，解得：v＝
由牛顿第二定律得：qvB＝m
答：（1）它们的速度大小相等，质子、氚核和α粒子的轨道半径之比为1：3：2；（2）它们的动能相等，质子、氚核和α粒子的轨道半径之比为1： ：1
3、如图所示，一个质量为m、带负电粒子的电荷量为q、不计重力的带电粒子从x轴上的P点以速度v0沿与x轴成30°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。已知OP＝a，求：（1）匀强磁场的磁感应强度B的大小；（2）带电粒子穿过第一象限所用的时间t；（3）只改变入射速度大小，其他条件不变，若要使带电粒子从x轴正半轴某处射出，带电粒子从P点射入的速度至多是多少？
解：（1）粒子进入磁场受洛伦兹力作用偏转，由射入、射出点的半径可找到圆心，粒子在磁场中运动情况如图：
由几何关系得出半径为R＝ ＝2a
根据洛伦兹力提供向心力可得：
（2）根据几何关系可得粒子运动轨迹对应的圆心角θ＝150°，粒子在磁场中运动周期
（3）带电粒子的轨迹恰好与y轴相切时，设粒子轨迹半径为r，由几何关系知：r+rsin30°＝a根据洛伦兹力提供向心力可得：
答：（1）匀强磁场的磁感应强度B的大小为
（2）带电粒子穿过第一象限所用的时间为
（3）带电粒子从P点射入的速度至多是
带电粒子在匀强磁场中的运动
平行磁感线进入：做匀速直线运动
垂直磁感线进入：做匀速圆周运动