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说课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 带电粒子在匀强磁场中的运动说课课件ppt，共48页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，模型方法·素养提升，随堂训练，知识概览，答案C，答案A等内容，欢迎下载使用。

目 标 素 养1.通过分析,知道带电粒子垂直射入匀强磁场会做匀速圆周运动。2.知道带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关。3.会推导匀速圆周运动的半径公式和周期公式。
一、带电粒子在匀强磁场中的运动1.如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子,由于带电粒子初速度的方向和洛伦兹力的方向都在与磁场方向垂直的平面内,所以粒子在这个平面内运动。2.洛伦兹力总是与粒子的运动方向垂直,只改变粒子速度的方向,不改变粒子速度的大小。3.沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做匀速圆周运动。
微判断(1)带电粒子进入匀强磁场后一定做匀速圆周运动。(　　)(2)运动电荷进入磁场后(无其他场)可能做匀速圆周运动,不可能做类平抛运动。(　　)(3)带电粒子以一定的速度垂直磁场方向射入匀强磁场,若只考虑洛伦兹力,则粒子的加速度不变。(　　)(4)带电粒子以一定速度垂直磁场方向射入匀强磁场,做匀速圆周运动时,洛伦兹力的方向总和运动方向垂直。(　　)
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
微思考(1)带电粒子若垂直磁场方向进入磁场方向相同的非匀强磁场后做半径不断变化的运动,这时公式 是否成立?(2)同一带电粒子,在同一匀强磁场中,做匀速圆周运动的半径r与它的速度大小有什么关系?
提示:(1)成立。在非匀强磁场中,随着B的变化,粒子轨迹的圆心、半径不断变化,但粒子运动到某位置的半径仍由B、q、v、m决定,所以仍满足 。(2)由 知,当磁感应强度不变时,同一带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r随它的速度的增大而增大。
一 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动
重难归纳在研究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动时,基本程序为“一找圆心,二求半径,三定时间”。具体说明如下表:
带电粒子进入匀强磁场时,速度方向v与匀强磁场方向成一夹角θ(θ≠90°),带电粒子将会怎样运动?提示:带电粒子的运动分解为:①在垂直于匀强磁场的平面内,以速度大小v⊥=vsin θ做匀速圆周运动;②在平行于磁场方向,以速度v∥=vcs θ做匀速直线运动。这两个运动的合运动是螺旋运动,如图所示,粒子的动能始终不变。
典例剖析【例1】一磁场宽度为l,磁感应强度大小为B,如图所示。一电荷质量为m、电荷量为-q,不计重力,以一速度(方向如图)射入磁场。若不使其从右边界飞出,则电荷的最大速度应为多大?
解析:若要使粒子不从右边界飞出,则粒子的运动轨迹如图所示,由几何知识可得r+rcs θ=l,
规律方法处理带电粒子在磁场中的运动问题时按“三”步进行。 (1)圆轨迹: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圆周运动的规律,特别是周期公式、半径公式。
学以致用1.如图所示,一电荷量为2.0×10-9 C、质量为1.8×10-16 kg的粒子,在直线上一点O沿与直线夹角为30°的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,经过1.5×10-6 s后到达直线上另一点P。(1)求粒子做圆周运动的周期。(2)求磁感应强度B的大小。(3)若O、P之间的距离为0.1 m,则粒子的运动速度多大?答案:(1)1.8×10-6 s　(2)0.314 T　(3)3.49×105 m/s
解析:(1)作出粒子轨迹,如图所示,由图可知粒子由O到P的大圆弧所对的圆心角为300°,
二 带电粒子在不同边界磁场中的运动
重难归纳1.带电粒子在有界磁场中运动的特点。(1)刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。(2)当速度v一定时,弧长越长,圆心角越大,则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长。(3)当速率v变化时,圆心角越大的,运动的时间越长。2.解题关键:找到粒子在磁场中运动的圆心位置、半径大小以及与偏转角等相关的几何关系是解题的关键。
3.常见的边界模型及特点。(1)直线边界。特点:进出磁场具有对称性,如图所示。
(2)平行边界。特点:存在临界条件,如图所示。
(3)圆形边界。①正对圆心射入圆形磁场区域。特点:沿径向射入必沿径向射出,如图所示。
结论:速度v越大→磁偏转半径r越大→圆心角α越小→时间t越短。若r=R,构成正方形。
②不正对圆心射入圆形磁场区域。
两个等腰三角形,一个共同的底边,若r=R,构成菱形。
如图所示,直线MN上方有垂直于纸面向里的匀强磁场,电子1从磁场边界上的a点垂直MN和磁场方向射入磁场,经t1时间从b点离开磁场。之后电子2也由a点沿图示方向以相同速率垂直磁场方向射入磁场,经t2时间从a、b连线的中点c离开磁场,则 为多少?
提示:电子1、2在磁场中都做匀速圆周运动,根据题意画出两电子的运动轨迹,如图所示:
典例剖析【例2】如图所示,在xOy平面内,y≥0的区域有垂直于xOy平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,一质量为m、电荷量大小为q的粒子从原点O沿与x轴正方向成60°角方向以v0射入,粒子的重力不计,求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置。
解析:当带电粒子带正电时,轨迹如图中OAC,对粒子,由于洛伦兹力提供向心力,则
思路方法解答边界问题的思路:
学以致用2.如图所示,竖直线MN∥PQ,MN与PQ间的距离为a,其间存在垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,O是MN上一点,O处有一粒子源,某时刻放出大量速率均为v(方向均垂直磁场方向)、比荷一定的带负电粒子(粒子重力及粒子间的相互作用力不计),已知沿图中与MN成θ=60°角射出的粒子恰好垂直PQ射出磁场,则粒子在磁场中运动的最长时间为(　　)
解析:与MN成θ=60°角射出的粒子恰好垂直PQ射出磁场,粒子运动轨迹如图所示。
由几何知识得α=30°粒子轨道半径r=2a
当θ=0°时,粒子运动轨迹如图所示。粒子打在PQ上的位置为O点水平线上方 处。
当θ增大时,粒子打在PQ上的位置下移,直到粒子的运动轨迹与PQ相切时,如图丙所示。
1.(多选)两个粒子电荷量相同,在同一匀强磁场中受磁场力而做匀速圆周运动,下列说法正确的是(　　)A.若速率相等,则半径必相等B.若动能相等,则周期必相等C.若质量相等,则周期必相等D.若质量与速度的乘积大小相等,则半径必相等答案:CD
2.边长为l的正方形区域ABCD内存在着垂直纸面向里的匀强磁场。质量为m、电荷量为-q的粒子以速度v从D点射入磁场,速度方向与CD边夹角为60°,垂直BC边射出磁场,如图所示,则磁场的磁感应强度为(　　)
3.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。则铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为(　　)
(1)电子做匀速圆周运动的轨迹半径;(2)电子做匀速圆周运动的速率。答案:(1)0.2 m　(2)3.2×107 m/s