高中人教版 (2019)第一章 安培力与洛伦兹力3 带电粒子在匀强磁场中的运动优秀ppt课件

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物理观念： 洛伦兹力的性质科学思维： 通过洛伦兹力性质与平面几何知识的结合，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹科学探究： 采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素。科学态度与责任： 研究洛伦兹力在质谱仪、回旋加速器中的应用原理。
磁场对运动电荷的作用力
　　在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。 猜想：如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，这束粒子在匀强磁场中的运动径迹怎样？你猜想的依据是什么？
电荷在磁场中只受洛伦兹力
洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直
只改变速度方向不改变速度大小
电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动
提供电荷做匀速圆周运动的向心力
重力与洛伦兹力相比可以忽略
一、带电粒子在匀强磁场中运动的轨迹分析
②励磁线圈能够在两个线圈之间产生匀强磁场，磁场的方向与两个线圈中心的连线平行。
①电子枪可以发射电子束
1.若不加磁场，电子做什么运动？
由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。
2.若电子以垂直于磁场方向的速度射入，做什么运动？
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供
周期跟轨道半径和运动速度无关
实验：轨迹半径r与粒子速度v、磁感强度B的关系
在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度一半的匀强磁场，则(　　)A．粒子的速率加倍，周期减半B．粒子的速率不变，轨道半径减半C．粒子的速率不变，周期变为原来的2倍D．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的2倍
(多选)如图所示，在x>0，y>0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里，大小为B，现有四个相同的带电粒子，由x轴上的P点以不同初速度平行于y轴射入此磁场，其出射方向如图所示，不计重力影响，则(　　)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.在磁场中运动经历时间最长的是沿③方向出射的粒子D.在磁场中运动经历时间最长的是沿④方向出射的粒子
(多选)如图所示，左、右边界分别为PP′、QQ′的匀强磁场的宽度为d，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里.一个质量为m、电荷量为q的微观粒子，沿图示方向以速度v0垂直射入磁场.欲使粒子不能从边界QQ′射出，粒子入射速度v0的最大值可能是(　　)
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.重力不计、电荷量一定的带电粒子以速度v正对着圆心O射入磁场，若粒子射入、射出磁场点间的距离为R，则粒子在磁场中的运动时间为(　　)
如图所示，质量均为m，电荷量大小均为q的正、负离子均从磁场边界上的一点A以与磁场边界夹角为30°的初速度v0射入到磁场中，然后分别从边界上的B点和C点射出，已知磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，正、负离子重力不计.求：(1)AB、AC的长度；(2)正、负离子在磁场中运动时间之比.
带电粒子在匀强磁场中的三种运动形式：
除洛仑兹力外其他力均忽略不计(或平衡)
(2)当v⊥B时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动；
(3)当v与B不平行、不垂直时，将v分解为平行B和垂直B的v∥和v⊥，则电荷在平行于B的方向上做匀速直线运动，在垂直于B的平面内做匀速圆周运动 。合运动为等距螺线运动。
(1)当v∥B时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；
(周期与速度无关，只与其比荷有关)
处理带电粒子在磁场中的运动问题时通常要按以下三步进行：(1)画轨迹：即确定圆心，画出轨迹并通过几何方法求半径；(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，运动的时间与周期相联系；(3)用规律：运用牛顿第二定律和匀速圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式．
1.如图所示，MN为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于纸面的匀强磁场(未画出)．一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出，从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O.已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变．不计重力．铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为(　　)A．1∶2 B．2∶1 C.2∶2 D.2∶1
2.如图所示，一束电荷量为e的电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来的射入方向的夹角为θ＝60°，求电子的质量和穿越磁场的时间．
3. 如图所示，一个质量为m、电荷量为－q、不计重力的带电粒子从x轴上的P(a,0)点以速度v，沿与x轴正方向成60°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，求：(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小；(2)穿过第一象限的时间．
4.如图，空间存在方向垂直于纸面(xOy平面)向里的磁场．在x≥0 区域，磁感应强度的大小为B0；x＜0区域，磁感应强度的大小为λB0(常数λ＞1)．一质量为m、电荷量为q(q＞0)的带电粒子以速度v0从坐标原点O沿x轴正向射入磁场，此时开始计时，当粒子的速度方向再次沿x轴正向时，求：(不计重力) (1)粒子运动的时间； (2)粒子与O点间的距离．