江苏省南京市金陵中学河西分校高中物理《3.15 带电粒子在匀强磁场中的运动》教案 新人教版选修3-1VIP免费

江苏省南京市金陵中学河西分校高中物理《3.15带电粒子在匀强磁场中的运动》教案新人教版选修3-1【基本内容】一、带电粒子在磁场中的运动规律（不计粒子重力，以V0进入匀强磁场B）1．V0∥B时，做匀速直线运动。2．V0⊥B时，做匀速圆周运动。（1）基本公式：（2）轨道半径公式：（3）周期公式：（4）运动特征：运动周期仅与电荷(q、m)和磁场(B)有关，与运动速度无关。二、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的研究研究带电粒子在有界磁场中运动时，画轨迹是首要任务。而圆心位置的确定是画图中的点睛之笔。3．圆心的确定：因为洛仑兹力总与速度垂直，指向圆心，所以画出粒子运动轨迹上任意两点（一般是射入和射出磁场的两点）的速度矢量的垂线，两垂线的交点即为圆心。4．半径的分析：一般是利用几何知识通过解三角形的方法求得。5．运动时间的研究：利用几何关系（圆心角与弦切角）计算圆心角θ的大小，再由公式（为运动周期），求出时间。三、磁偏转与电偏转的区别磁偏转（匀强磁场）电偏转（匀强电场）受力特征V0⊥B时：f=qvBV0与B成θ角时：f=qvBsinθf是变力。无论V0与E成何种角度，F=qEF是恒力。力的作用效果产生向心加速度，只改变速度方向。不改变速度大小产生运动的加速度。只改变与E平行方向的速度，不改变与E垂直方向的速度。运动规律（不计粒子重力）①V0∥B时无偏转。②V0⊥B时，做匀速圆周运动。③非上述两种情况时，做螺旋运动①以V0∥E时无偏转。②以V0⊥E时做类平抛运动。③非上述两种情况时，做斜抛运动偏转情况①若磁场没有边界，粒子偏转角度不受限制。②相等时间内的偏转角相等。①偏转角小于900②相等时间内的偏转角不相等。动能变化动能不变不断增大，且增速加快。研究方法运用圆的几何关系及半径、周期公式运动和合成与分解四、带电粒子在复合场中的运动规律分析6．复合场：是指点重力场、电场和磁场。可能是三场共存，也可能是其中的两个场共存。7．三种场力特点：（1）重力：G=mg。方向竖直向下；做功与路径无关，其数值与质量和始末位置有关。（2）电场力：F=qE。方向与场强及电荷的性质有关；电场力做功与路径无关，其数值与电荷时及始末位置的电势差有关。（3）洛伦兹力：f=qvBsinθ（其中θ是运动的速度v与磁感应强度B的夹角）。洛伦兹力不做功。8．带电粒子在复合场中的运动规律分析（1）正确分析带电粒子在复合场中的受力及运动情况是解决问题的前提。（2）灵活选用力学规律是解决问题的关键。【典例分析】例1．如图所示，一个带电粒子，质量为m，电量为q，以某一速度垂直磁场及其边界射人磁感应强度为B，宽度为L的矩形匀强磁场区域，带电粒子穿过矩形磁场区域的偏角θ＝30°，试求带电粒子射入磁场时的速度及射出磁场的侧移和在磁场区域的时间．[解析]电子在磁场中运动，只受洛伦兹力作用，故其轨迹是圆周的一部分．因半径与速度方向垂直，故圆心在两速度垂线的交点上，如图所示的O点，由几何知识，在RtΔOCB中，OB为半径，所以，又由，所以有，所以粒子进入磁场时的速度设侧移AC＝y，由几何关系又因AB弧所对的圆心角为30°，所以穿出磁场的时间例2．如图1甲所示，在y＞0的空间中存在匀强电场．场强沿y轴负方向；在y＜0的空间中，存在匀强磁场．磁场方向垂直xy平面（纸面）向外．一电荷量为q、质量为m的带正电的运动粒子，经过y轴上y＝h处的点P1时速率为v0．方向沿x轴正方向；然后经过x轴上x＝2h处的P2点进入磁场，并经过y轴上y＝－2h处的P3点．不计重力．求⑴电场强度的大小．⑵粒子到达P2时速度的大小和方向．⑶磁感应强度的大小．[解析]⑴粒子轨迹如图1乙，从P1到P2作类平抛运动，因而有、、由上三式有图1甲⑵粒子到达点时速度分解，水平的v0和竖直的v1，速度方向与x轴成角，则有、、，联立有，⑶设磁感应强度为B，由牛顿定律有，r为圆轨道半径，由图可见，圆周与x轴、y轴的交点分别为P2和P3，OP2＝OP3＝2h，，由几何关系知，P2P3连线为圆的直径，所以，所以例3．如图甲所示，在x轴上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E，一质量为m，电量为－q的粒子从坐标原点O沿y轴正方向射出。射出后第...