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课文配套课件ppt

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1．洛伦兹力的特点：由于洛伦兹力的方向总是与速度方向__________，故洛伦兹力对粒子__________．2．带电粒子在匀强磁场中运动．(1)若v∥B，洛伦兹力F＝____，带电粒子以速度v做_________运动．(2)若v⊥B，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做__________运动．
洛伦兹力的特点与带电粒子在匀强磁场中的运动
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道半径跟粒子的速率是什么关系？【答案】成正比．
(多选)带电粒子飞入匀强磁场后，下列说法正确的是(　　)A．一定做匀速圆周运动B．做匀速圆周运动时，速度一定不变C．做匀速圆周运动时，洛伦兹力的方向总和运动方向垂直D．做匀速圆周运动时，动能一定保持不变【答案】CD　
【解析】带电粒子飞入匀强磁场的速度方向不同，将做不同种类的运动．速度方向与磁场方向平行做匀速直线运动，速度方向与磁场方向垂直进入做匀速圆周运动．做匀速圆周运动时，速度的大小不变，但方向时刻在变化，所以只有C、D正确．
带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示．下列表述正确的是(　　)A．M带负电，N带正电B．M的速率小于N的速率C．洛伦兹力对M、N做正功D．M的运行时间大于N的运行时间【答案】A　
带电粒子在匀强磁场中的运动：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，由洛伦兹力提供向心力．
带电粒子在匀强磁场中的运动
例1　关于带电粒子在匀强磁场中的运动，下列说法正确的是(　　)A．带电粒子飞入匀强磁场后，一定做匀速圆周运动B．静止的带电粒子在匀强磁场中将会做匀加速直线运动C．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时洛伦兹力的方向总是和运动方向垂直D．当洛伦兹力方向和运动方向垂直时，带电粒子在匀强磁场中的运动一定是匀速圆周运动
【答案】C　【解析】若带电粒子的速度方向与磁场方向平行(同向或反向)，此时洛伦兹力为零，带电粒子做匀速直线运动，A错误．静止的带电粒子不受洛伦兹力，仍将静止，B错误．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力方向总跟速度方向垂直，C正确．当洛伦兹力方向和运动方向垂直，且带电粒子在匀强磁场中不受其他力作用时，才能做匀速圆周运动，D错误．
变式1　如图所示，平行放置的长直导线分别通以等大反向的电流I.某带正电粒子以一定速度从两导线的正中间射入，第一次如图甲所示沿平行导线方向，第二次如图乙所示沿垂直导线方向．不计粒子重力，下列说法正确的是(　　)
A．第一次粒子做匀速直线运动B．第二次粒子做匀速圆周运动C．第一次粒子将向上偏转，且速度大小保持不变D．第二次粒子做直线运动，且速度先增大后减小【答案】C　
【解析】由安培定则可知，题图甲中，与两导线共面、平行、等距的直线上磁感应强度垂直纸面向里，根据左手定则，带正电的粒子向上偏转，由于洛伦兹力不做功，粒子速率不变，故A错误，C正确．由安培定则可知，题图乙中，两导线连线的中垂线上的磁感应强度水平向右，粒子速度方向与磁场方向平行，粒子不受洛伦兹力，所以粒子将做匀速直线运动，故B、D错误．
2．粒子在磁场中运动时间的确定．
例2　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　　　　　　
变式2　(多选)极光是由太阳发射的高速带电粒子受地磁场的影响，进入两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的．假如在北极地区仰视，发现正上方如图所示的弧状极光，则关于这一现象中高速粒子的说法正确的是(　　)A．高速粒子带正电B．粒子轨迹半径逐渐增大C．仰视时，粒子沿逆时针方向运动D．仰视时，粒子沿顺时针方向运动
带电粒子在磁场中的运动
带电粒子在有界磁场中运动问题的求解1．画轨迹．根据题意分析带电粒子在磁场中的受力情况，确定它在磁场中的运动轨迹是圆还是一段圆弧，根据粒子射入、射出磁场时的方向，粗略画出粒子在磁场中的运动轨迹．
2．找圆心．在画出粒子在磁场中的运动轨迹的基础上，找出圆心的位置，圆心一定在与速度方向垂直的直线上，找圆心通常有两个方法：(1)已知入射方向和出射方向时，过入射点和出射点分别作入射方向和出射方向的垂线，其交点就是圆心，如图甲．
(2)已知入射方向和出射点位置时，利用弦的中垂线必过圆心的特点找圆心．通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线．这两条垂线的交点就是偏转圆弧的圆心，如图乙．
3．确定半径．主要利用平面几何关系，求出轨迹圆的可能半径(或圆心角)，求解时注意以下几个重要的几何特点．(1)粒子速度的偏向角(φ)等于轨迹圆弧对应的圆心角(α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图所示)，即φ＝α＝2θ＝ωt.(2)直角三角形的应用(勾股定理)：找到AB的中点C，连接OC，则△AOC、△BOC都是直角三角形．
5．带电粒子在三类有界磁场中的运动轨迹特点．(1)直线边界：进出磁场具有对称性．
(2)平行边界：存在临界条件．
(3)圆形边界：等角进出，沿径向射入必沿径向射出．
1．(多选)电子e以垂直于匀强磁场的速度v，从a点进入长为d、宽为L的磁场区域，偏转后从b点离开磁场，如图所示．若磁场的磁感应强度为B，那么(　　)C．洛伦兹力对电子做的功是W＝BevLD．电子在b点的速度大小也为v
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，带电量为－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．由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪的原理图如图所示，它曾由航天飞机携带升空，安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电量与正粒子相等但电性相反，例如反质子即为H.假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，以相同的速度通过OO′进入匀强磁场B2而形成4条径迹，则(　　)A．1、3为反粒子径迹　　　　B．2、4为反粒子径迹
C．1、2为反粒子径迹　　　　D．4为反α粒子径迹【答案】C　【解析】两种反粒子都带负电，根据左手定则可判定带电粒子在磁场中的偏转方向，从而确定1、2为反粒子径迹．故C正确．
4．处在匀强磁场内部的两个电子A和B分别以速率v和2v垂直于磁场开始运动，经磁场偏转后，哪个电子先回到原来的出发点(　　)A．条件不够无法比较　　B．A先到达C．B先到达　　D．同时到达【答案】D　
5．(多选)如图所示，有一混合正离子束先后通过正交的匀强电场、匀强磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径r相同，则它们一定具有相同的(　　)A．速度　　　　　　B．质量C．电荷量　　D．比荷【答案】AD　
6．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(　　)