高中物理人教版 (2019)選擇性必修第二冊3 帶電粒子在勻強磁場中的運動背景圖ppt課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，常常要研究帶電粒子在磁場中的運動。如果沿著與磁場垂直的方向發(fā)射一束帶電粒子，請猜想這束粒子在勻強磁場中的運動徑跡，你猜想的依據(jù)是什么？
一、帶電粒子在勻強磁場中的運動
1.粒子質(zhì)量很小，因此重力與洛倫茲力相比可以忽略。
洛倫茲力與速度方向始終垂直。
洛倫茲力提供向心力，帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動
只改變速度的方向，不改變速度的大小
垂直射入磁場的帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，那我們該如何確定該圓周運動的半徑以及周期？
二、帶電粒子在磁場中做圓周運動的周期和半徑
推論：半徑r跟質(zhì)量m、速率v成正比；跟電荷量q、磁感應(yīng)強度B成反比
推論：周期T跟質(zhì)量m成正比；跟電荷量q、磁感應(yīng)強度B成反比；與速率v無關(guān)
分別預(yù)測下列情況下帶電粒子的運動徑跡，然后用洛倫茲力演示儀進行檢驗。1.不加磁場2.在玻璃泡中施加沿兩線圈中心連線方向、由紙面指向讀者的磁場。3.保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強度。4.保持磁感應(yīng)強度不變，改變出射電子的速度的大小和方向。
三、觀察帶電粒子的徑跡
不加磁場時，電子束的徑跡是一條直線
加磁場后，電子束的徑跡是一個圓
V不變，B變大，r變小
B不變，v變大，r變大
解：（1）洛倫茲力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，則
＝1.04×10﹣12
即G＜＜F，所以研究粒子在磁場中的運動時可以忽略粒子所受的重力。
（2）由洛倫茲力提供向心力有：qvB＝
＝2.61×10﹣2m
則半徑r＝＝
1．如圖重力不計初速度為v的正電荷，從a點沿水平方向射入有明顯左邊界的勻強磁場，磁場方向水平向里，若邊界右側(cè)的磁場范圍足夠大，該電荷進入磁場后（　　）A．動能發(fā)生改變B．運動軌跡是一個完整的圓，正電荷始終在磁場中運動C．運動軌跡是一個半圓，并從a點上方某處穿出邊界向左射出D．運動軌跡是一個半圓，并從a點下方某處穿出邊界向左射出
2.一帶電粒子以垂直于磁場方向的初速度飛入勻強磁場后做圓周運動，磁場方向和運動軌跡如圖所示，下列情況可能的是（　?。倭Ｗ訋д姡啬鏁r針方向運動②粒子帶正電，沿順時針方向運動③粒子帶負(fù)電，沿逆時針方向運動④粒子帶負(fù)電，沿順時針方向運動．A．①③B．①④C．②③D．②④
3、電子以1.6×106m/s的速度沿著與磁場垂直的方向射入B＝2.0×10﹣3T的勻強磁場中．求電子做勻速圓周運動的軌道半徑和周期．（q＝1.6×10﹣19C，m＝9.1×10﹣31Kg）
解：根據(jù) 得，＝4.55×10﹣3m 周期＝1.8×10﹣8s．答：電子做勻速圓周運動的半徑為4.55×10﹣3m，周期為1.8×10﹣8s．
1、已知氚核的質(zhì)量約為質(zhì)子的3倍，帶正電荷，電荷量為一個元電荷；α粒子即氦原子核，質(zhì)量約為質(zhì)子的4倍，帶正電荷，電荷量為元電荷的2倍?，F(xiàn)在質(zhì)子、氚核和α粒子在同一勻強磁場中做勻速圓周運動。求以下情況下它們運動半徑之比：（1）它們的速度大小相等；（2）它們的動能相等；（3）它們由靜止經(jīng)過相同的加速電場加速后進入磁場。
解：質(zhì)子、氚核和α粒子的質(zhì)量數(shù)分別是1、3、4；電荷數(shù)分別是：e、e、2e；（1）粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝m
則：rH：r氚：rα＝1：3：2
（2）粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得： qvB＝m
（3）粒子在電場中加速，由動能定理得：qU＝
1/2mv2，解得：v＝
由牛頓第二定律得：qvB＝m
答：（1）它們的速度大小相等，質(zhì)子、氚核和α粒子的軌道半徑之比為1：3：2；（2）它們的動能相等，質(zhì)子、氚核和α粒子的軌道半徑之比為1：：1
3、如圖所示，一個質(zhì)量為m、帶負(fù)電粒子的電荷量為q、不計重力的帶電粒子從x軸上的P點以速度v0沿與x軸成30°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強磁場中，并恰好垂直于y軸射出第一象限。已知OP＝a，求：（1）勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小；（2）帶電粒子穿過第一象限所用的時間t；（3）只改變?nèi)肷渌俣却笮?，其他條件不變，若要使帶電粒子從x軸正半軸某處射出，帶電粒子從P點射入的速度至多是多少？
解：（1）粒子進入磁場受洛倫茲力作用偏轉(zhuǎn)，由射入、射出點的半徑可找到圓心，粒子在磁場中運動情況如圖：
由幾何關(guān)系得出半徑為R＝＝2a
根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得：
（2）根據(jù)幾何關(guān)系可得粒子運動軌跡對應(yīng)的圓心角θ＝150°，粒子在磁場中運動周期
（3）帶電粒子的軌跡恰好與y軸相切時，設(shè)粒子軌跡半徑為r，由幾何關(guān)系知：r+rsin30°＝a根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得：
答：（1）勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小為
（2）帶電粒子穿過第一象限所用的時間為
（3）帶電粒子從P點射入的速度至多是
帶電粒子在勻強磁場中的運動
平行磁感線進入：做勻速直線運動
垂直磁感線進入：做勻速圓周運動