带电粒子在匀强磁场中的运动教材分析课件-高二下学期物理人教版选择性

选修二第一章安培力与洛伦兹力第3节带电粒子在匀强磁场中的运动物理观念运用所学知识能够解释带电粒子在匀强磁场中的运动。科学思维通过理论分析，掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期、圆心角等物理量。科学探究通过洛伦兹力演示仪，采用控制变量的方法，探究影响电子束在匀强磁场中轨迹的因素有哪些。科学态度与责任通过先实验探究，再理论分析与推导的顺序，既有丰富的感性材料，又有清晰的理论依据，在理论与实践结合的过程中，体会成功的喜悦。一教学目标二教学重点、难点教学重点：理解轨道半径和周期教学难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动轨迹三教学过程思维引导：

（1）什么是洛伦兹力？

（2）带电粒子在磁场中一定会受到洛伦兹力吗？

（3）如果带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场，它将会做怎样的运动？环节一、问题导入问题猜想：(1)不加磁场时,电子束的运动轨迹有什么特点?(2)给励磁线圈通电,在玻璃泡中产生沿两线圈中心轴线方向、由内指向外的匀强磁场时,电子束的径迹有什么特点?原因是什么?(3)保持电子束进入磁场的速度不变,改变磁感应强度的大小,电子束的径迹有什么变化?说明了什么?(4)保持磁感应强度的大小不变,改变电子束进入磁场的速度,电子束的径迹有什么变化?说明了什么?环节二、情境呈现——洛伦兹力演示仪演示实验（1）答案:不加磁场时,电子枪射出的电子做匀速直线运动,径迹是一条直线。（2）答案:径迹为圆周,原因是电子所受洛伦兹力的方向与速度方向垂直,不改变速度的大小,只改变速度的方向,洛伦兹力提供向心力,所以电子做匀速圆周运动。（3）答案:磁感应强度越大,半径越小,磁感应强度越小,半径越大,说明匀速圆周运动的半径与磁感应强度的大小有关。（4）答案:速度越大,半径越大,速度越小,半径越小,说明匀速圆周运动的半径与速度的大小有关。实验验证：1、粒子的受力分析：重力与洛伦兹力相比可以忽略。电荷在磁场中只受洛伦兹力2、洛伦兹力的特点：洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直，即洛伦兹力永远不做功。

由得

深度剖析：方法一：根据匀速圆周运动规律：

又由

方法二：根据向心力与周期关系：

又由

由此看出周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。得

得

3、带电粒子在匀强磁场做圆周运动的周期规律3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定磁场中的带电粒子考不考虑受到的重力问题：1、带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛伦兹力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。小讨论(1)圆心的确定：因为洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，洛伦兹力为粒子做圆周运动提供了向心力，总是指向圆心。通常有两种方法：①画出粒子运动中的任意两点(一般是射入和射出磁场的两点)的洛伦兹力的方向，其延长线的交点即为圆心，如图甲所示。②通过入射点或出射点作速度方向的垂线，再连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图乙所示。“三找”，即一找圆心，二找半径，三找圆心角。环节三、洛伦兹力作用匀速圆周运动问题分析思路探究

几何知识(3)圆心角的确定：确定圆心角时，常用角度关系，如图丁所示。①速度的偏向角φ等于圆心角θ。②圆心角θ等于弦切角α的2倍。③相对的弦切角相等；相邻的弦切角互补，即α＋α′＝180°。④进出同一直边界时速度方向与该边界的夹角相等，如图戊所示。

(5)带电粒子在磁场中的运动时间①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。②当速率v变化时，必须看圆心角，圆心角越大的，运动时间越长。(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：沿径向射入必沿径向射出。带电粒子在三类有界磁场中的运动轨迹特点带电粒子在匀强磁场中运动多解问题的分析思路①带电粒子的电性不确定形成多解：受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电。当粒子具有相同速度时，正、负粒子在磁场中运动的轨迹不同，导致多解。如图甲所示，若带正电，其轨迹为a；若带负电，其轨迹为b。②磁场方向的不确定形成多解；磁感应强度是矢量，如果题述条件只给出磁感应强度的大小，而未说明磁感应强度的方向，则应考虑因磁场方向不确定而导致的多解。如图乙所示，带正电的粒子以速率v垂直进入匀强磁场，若B垂直纸面向里，其轨迹为a；若B垂直纸面向外，其轨迹为b。③临界状态不唯一形成多解：带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，它可能穿过去了，也可能转过180°从入射面边界反向飞出，如图丙所示，于是形成了多解。④运动的往复性形成多解：带电粒子在部分是电场、部分是磁场的空间中运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解，如图丁所示。环节四、巩固提升

A. B. C. D.答案：A

答案：C

3、如图所示，洛伦兹力演示仪由励磁线圈、电子枪、玻璃泡等部分组成，励磁线圈是一对彼此平行的共轴的圆形线圈，它能够在两线圈之间产生匀强磁场。电子枪可以产生电子束。玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。调节电子枪的加速电压可以改变电子的速度，调节励磁线圈的电流可以改变磁感应强度。下列说法正确的是（C

）A.只增大电子枪的加速电压，电子的运动周期变大B.只增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径不变C.只增大励磁线圈中的电流，电子的运动周期变小D.只增大励磁线圈中