高二物理带电粒子在匀强磁场中的运动2(1)

第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动核心素养导学一、带电粒子在匀强磁场中的运动1．带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场，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 的平面内。

所以，粒子只能在该平面内运动。

2．洛伦兹力总是与粒子运动方向垂直，只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。

3．粒子速度大小不变，粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力大小也不改变，洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力，粒子做 运动。

带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，带电粒子的重力忽略不计，洛伦兹力提供向心力。

二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期1．半径公式由洛伦兹力提供向心力q v B ＝m v 2r ，可得圆周运动的半径r ＝ 。

2．周期公式匀速圆周运动的周期T ＝2πr v ，将r ＝m v qB 代入，可得T ＝ 。

1.电子以某一速度进入洛伦兹力演示仪中。

(1)励磁线圈通电前后电子的运动情况相同吗？提示：①通电前，电子做匀速直线运动。

②通电后，电子做匀速圆周运动。

(2)电子在洛伦兹力演示仪中做匀速圆周运动时，什么力提供向心力？提示：洛伦兹力提供向心力。

2.如图，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。

判断下列说法的正误。

(1)运动电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度有关。

( )(2)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入匀强磁场时速度的大小有关。

( )(3)带电粒子若垂直进入非匀强磁场后做半径不断变化的运动。

( )新知学习(一)⎪⎪⎪带电粒子做圆周运动的半径和周期[任务驱动]美丽的极光是由来自太阳的高能带电粒子流进入地球高空大气层出现的现象。

科学家发现并证实，向地球两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这主要与哪些因素有关？提示：一方面磁场在不断增强，另一方面由于大气阻力粒子速度不断减小，根据r ＝m v qB，半径r 是不断减小的。

[重点释解]1．由公式r ＝m v qB 可知，带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径r 与比荷q m 成反比，与速度v 成正比，与磁感应强度B 成反比。

第03讲带电粒子在匀强磁场中的运动【学习目标】(1)知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，能推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式，能解释有关的现象，解决有关实际问题。

(2)经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动以及其运动半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关的过程，体会物理理论必须经过实验检验。

(3)知道洛伦兹力作用下带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关，能够联想其可能的应用。

能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。

了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。

【基础知识】【考点剖析】一.带电粒子在匀强磁场中的运动已知带电粒子质量为m，电荷量为q，速度大小为v，磁感应强度为B，以下列不同方式进入磁场将做什么运动？（不计重力）1.不加磁场时，观察带电粒子的运动轨迹为电子束沿直线运动。

2.施加垂直于纸面的磁场后，观察电子束的径迹为电子束沿圆轨迹运动。

3.保持入射电子的速度不变，增加磁感应强度，电子束圆周运动的半径减小。

4.保持磁感应强度不变，增加出射电子的速度，电子束圆周运动的半径变大总结：带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力，粒子做匀速直线运动；带电粒子垂直进入磁场时，粒子所受洛伦兹力总与速度方向垂直，所以洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，粒子做匀速圆周运动。

二.半径和周期的理论推导带电粒子以垂直磁感应强度方向的速度进入磁场时，带电粒子做匀速圆周运动.向心力由洛伦兹力提供，，根据向心力公式，，可得轨迹半径。

轨迹半径与带电粒子的质量和速度成正比，与带电粒子的电荷量和磁感应强度成反比。

由可知，磁感应强度增大，半径减小；速度增大，半径增大。

圆周运动的周期，把代入，可得：。

带电粒子的周期跟轨迹半径和运动速度无关。

总结：带电粒子的周期跟轨迹半径和运动速度无关，即同一带电粒子以不同的速度进入同一磁场，半径不同，但周期相同。

典题分析例1.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 的运行时间解析：根据左手定则可知N 带正电，M 带负电，选项A 正确；由qvB ＝m v 2r 得r ＝mv Bq，由题知m 、q 、B 相同，且r N ＜r M ，所以v M ＞v N ，选项B 错误；由于洛伦兹力的方向始终与带电粒子的运动方向垂直，故洛伦兹力不会对M 、N 做功，选项C 错误；又周期T ＝2πr v ＝2πmBq，两个带电粒子在磁场中运动的周期相等，由图可知两个粒子在磁场中均偏转了半个周期，故在磁场中运动的时间相等，选项D 错误. 答案：A三．带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动分析 1．轨迹圆心的两种确定方法（1）已知粒子运动轨迹上两点的速度方向时，如何确定圆心的位置？（提示：圆心一定在垂直于速度的直线上）作这两速度方向的垂线，交点即为圆心，如图所示。

带电粒子在磁场中的运动（重点）（1）运动的类型①匀速直线运动条件：带电粒子的垂直方向与磁感线平行，所受洛伦兹力为零。

②匀速圆周运动条件：带电粒子垂直进入匀强磁场，由于洛伦兹力大小不变，方向始终与运动方向垂直，洛伦兹力不变速度的大小，只改变速度方向，故洛伦兹力提供向心力，做匀速圆周运动。

1 等距螺旋线运动条件：带电粒子速度方向与磁感线成某一夹角θ。

将速度v按磁场方向和垂直方向分解为，。

沿磁场方向上做匀速直线运动，同时在垂直磁场方向上做匀速圆周运动。

故做等距螺旋线运动。

螺距（一个周期内沿着磁场方向位移），螺径（圆周运动的直径）。

（2）粒子做匀速运动的轨道半径和周期如图所示，电子以速度v垂直磁场方向入射，在磁场中做匀速圆周运动，设电子质量为m，电荷量为q，由于洛伦兹力提供向心力，则有，得到轨道半径。

由轨道半径与周期的关系，得，周期。

（3）处理匀速圆周运动的一般思路：①确定圆心。

方法：利用洛伦兹力提供向心力，在运动轨迹上找到两点，由左手定则判断受力方向，两条直线交点即圆心位置。

具体可分为两种情况：情景一、已知入射点、入射方向和出射点、出射方向时，可以通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图9-1所示，图中P为入射点，M为出射点）。

图8-2-1情景二、已知入射点、入射方向和出射点的位置时，可以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圆弧轨道的圆心（如9-2图所示，P为入射点，M为出射点）。

②作直角三角形。

③寻找圆心角，确定时间。

粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应圆心角为θ时，其运动时间（θ单位是弧度）。

拓展：对于带电粒子做匀速圆周运动问题主要是求速度v和时间t，转化为数学知识即求圆心角和半径。

用到相关的数学知识，如一段圆弧所对应的圆心角是其弦切角的2倍等。

带电粒子在有界匀强磁场中运动的问题有界匀强磁场是指在局部空间内存在着匀强磁场。

2019-2020学年人教版高二物理（选修3-1）期末备考：重点、难点、热点突破专题07 带电粒子在有界匀强磁场中的运动 主题一 带电粒子在直线边界匀强磁场中的运动1．有单平面边界的磁场问题从单平面边界垂直磁场射入的正、负粒子重新回到边界时的速度大小、速度方向和边界的夹角与射入磁场时相同。

2．有双平行平面边界的磁场问题带电粒子由边界上P 点以如图所示方向进入磁场。

(1)当磁场宽度d 与轨迹圆半径r 满足r ≤d 时(如图中的r 1)，粒子在磁场中做半圆周运动后从进入磁场时的边界上的Q 1点飞出磁场。

(2)当磁场宽度d 与轨迹圆半径r 满足r >d 时(如图中的r 2)，粒子将从另一边界上的Q 2点飞出磁场。

【例1】 如图所示，直线MN 上方存在着垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场，质量为m 、电荷量为－q (q ＞0)的粒子1在纸面内以速度v 1＝v 0从O 点射入磁场，其方向与MN 的夹角α＝30°；质量为m 、电荷量为＋q 的粒子2在纸面内以速度v 2＝3v 0也从O 点射入磁场，其方向与MN 的夹角β＝60°。

已知粒子1、2同时到达磁场边界的A 、B 两点(图中未画出)，不计粒子的重力及粒子间的相互作用。

求：(1)两粒子在磁场边界上的穿出点A 、B 之间的距离d ；(2)两粒子进入磁场的时间间隔Δt 。

【答案】 (1)4mv 0qB (2)πm 3qB【解析】(1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有qvB ＝m v 2r ，则r ＝mv qB故d ＝OA ＋OB ＝2r 1sin 30°＋2r 2sin 60°＝4mv 0qB。

(2)粒子1做圆周运动的圆心角θ1＝5π3粒子2圆周运动的圆心角θ2＝4π3粒子做圆周运动的周期T ＝2πr v ＝2πm qB粒子1在匀强磁场中运动的时间t 1＝θ12πT 粒子2在匀强磁场中运动的时间t 2＝θ22πT 所以Δt ＝t 1－t 2＝πm 3qB。

临清三中—物理—朱广明—盛淑贞选修3-1第三章带电粒子在匀强磁场中的运动一、教材分析本节课的内容是高考的热点之一，不仅要求学生有很强的分析力和运动关系的能力，还要求学生有必然的平面几何的知识，在教学中要多给学生思考的时间二、教学目标（一）知识与技术一、理解洛伦兹力对粒子不做功。

二、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。

3、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关。

4、了解回旋加速器的工作原理。

（二）进程与方式通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，灵活解决有关磁场的问题。

（三）情感、态度与价值观通过本节知识的学习，充分了解科技的庞大威力，体会科技的创新与应用历程。

三、教学重点难点教学重点带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹教学难点带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹四、学情分析本节教材的内容属于洛仑兹力知识的应用，采用先实验探讨，再理论分析与推导的方式。

先实验观察再理论论证比较符合一般学生的认知进程，也可降低学习的难度。

五、教学方式实验观察法、讲述法、分析推理法六、课前准备一、学生的准备：认真预习讲义及学案内容二、教师的准备：洛伦兹力演示仪、电源、多媒体课件制作，课前预习学案，课内探讨学案，课后延伸拓展学案七、课时安排：1课时八、教学进程（一）预习检查、总结疑惑（二）情景引入、展示目标提问：（1）什么是洛伦兹力？（2）带电粒子在磁场中是不是必然受洛伦兹力？（3）带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？（三）合作探讨、精讲点播一、带电粒子在匀强磁场中的运动介绍洛伦兹力演示仪。

如图所示。

引导学生预测电子束的运动情况。

（1）不加磁场时，电子束的径迹；（2）加垂直纸面向外的磁场时，电子束的径迹；（3）维持出射电子的速度不变，增大或减小磁感应强度，电子束的径迹；（4）维持磁感应强度不变，增大或减小出射电子的速度，电子束的径迹。

高二物理选修3-1第三章磁场第六节带电粒子在匀强磁场中的运动有界磁场向各个方向运动专题专项训练习题集【知识点梳理】在有界的磁场中从同一点向各个方向发射出去的相同的带电粒子在运动中，存在两种情况。

当它们的速度大小不同时，在磁场中运动的半径不同，相同的带电粒子，在相同的磁场中运动的半径与速度成正比。

当它们的速度大小相同时，在磁场中运动的半径相同，它们运动圆心的轨迹是在同一个圆周上。

这个圆是以发射点为圆心，以带电粒子在此磁场中运动的半径为半径的圆。

【典题强化】1．如图所示，在直角三角形abc区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，∠a=60°，∠b=90°，边长ab=L。

一个粒子源在b点将质量为m，电荷量为q的带负电粒子以大小和方向不同的速度射入磁场，在磁场中运动时间最长的粒子中，速度的最大值是（）A．qBL/3m B．√3qBL/3m C．√3qBL/2m D．√3qBL/m2．如图所示，在直角三角形abc区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，∠a=600，∠b=900，边长ac=L。

一个粒子源在a点将质量为m、电荷量为q的带正电粒子以大小和方向不同的速度射入磁场，在磁场中运动时间最长的粒子中，速度的最大值是（）A．qBL/2m B．√3qBL/6m C．√3qBL/4m D．qBL/6m3．如图所示，在xOy平面内有一半径为r的圆形磁场区域，其内分布着磁感应强度为B方向垂直纸面向里的匀强磁场，圆形区域边界上放有圆形的感光胶片，粒子打在其上会感光。

在磁场边界与x轴交点A处有一放射源A，发出质量为m，电量为q的粒子沿垂直磁场方向进入磁场，其方向分布在由AB和AC所夹角度内，B和C为磁区边界与y轴的两个交点．经过足够长的时间，结果光斑全部落在第Ⅱ象限的感光胶片上，则这些粒子中速度最大的是（）A．√2qBr/2m B．qBr/2m C．√2qBr/m D．(2+√2)qBr/m4．如图所示，在半径为R的圆形区域内，有匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于圆平面（未画出）。

高二物理带电粒子在匀强磁场中的运动教学目的：1．理解带电粒子在匀强磁场中的规律。

2．掌握带电粒子在有界磁场中运动轨迹的确定。

教学方法：讲、练结合教学重点、难点：带电粒子在磁场中运动轨迹的确定方法。

教学过程：一．电粒子在匀强磁场中的运动规律例1. 一束带电粒子以同一速度，并从同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的轨迹如下图.粒子q1的轨迹半径为r1，粒子q2的轨迹半径为r2，且r2＝2r1，q1、q2分别是它们的带电量.那么q1带___电、q2带____电，比荷之比为(q1/m1 ) : ( q2/m2 )＝________，运动时间之比。

二．确定带电粒子在有界磁场中运动轨迹的方法例2：如下图，一束电子〔电量为e〕以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30o，那么电子的质量是多少？穿透磁场的时间又是多少？拓展1：拓展2：例3：如下图，在y<0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感应强度为B。

一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ。

假设粒子射出磁场的位置与O点的距离为L，求该粒子的电量和质量之比q/m。

拓展1：拓展2：例4：一带电质点，质量为m、电量为q，以平行于Ox轴的速度v从y轴上的a点射入图中第一象限所示的区域，为了使该质点能从x轴上的b点以垂直于Ox轴的速度v射出，可在适当的地方加一个垂直于Oxy平面、磁感应强度为B的匀强磁场，假设此磁场仅分布在一个圆形区域内，试求这个圆形磁场区域的最小半径〔重力忽略不计〕。

课堂小结：布置作业：。

第6节带电粒子在匀强磁场中的运动学习目标核心提炼1.知道带电粒子沿着垂直于磁场的方向射入匀强磁场会做匀速圆周运动。

1种分析方法——洛伦兹力提供向心力q v B＝mv2r2个推论公式——r＝m vqB，T＝2πmqB2个应用——质谱仪和回旋加速器2.理解洛伦兹力对运动电荷不做功。

3.能够用学过的知识分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动问题。

4.知道回旋加速器、质谱仪的基本构造、原理及用途。

一、带电粒子在匀强磁场中的运动1.运动轨迹带电粒子(不计重力)以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场时：(1)当v∥B时，带电粒子将做匀速直线运动。

(2)当v⊥B时，带电粒子将做匀速圆周运动。

2.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动(1)运动条件：不计重力的带电粒子沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场。

(2)洛伦兹力作用：提供带电粒子做圆周运动的向心力，即q v B＝m v2r。

(3)基本公式①半径：r＝m vqB；②周期：T＝2πmqB。

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与粒子运动速率和半径无关。

3.洛伦兹力的作用效果洛伦兹力只改变带电粒子速度的方向，不改变带电粒子速度的大小，或者说洛伦兹力不对带电粒子做功，不改变粒子的能量。

二、质谱仪1.原理图：如图1所示。

图12.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得qU＝12m v2。

3.偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：q v B＝m v2 r。

4.结论：r＝1B2mUq。

测出粒子的轨迹半径r，可算出粒子的质量m或比荷qm。

5.应用：可以测定带电粒子的质量和分析同位素。

三、回旋加速器1.构造图：如图2所示。

图22.核心部件：两个半圆金属D形盒。

3.原理：高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期相同，粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，粒子做圆周运动的周期不变。

4.最大动能：由q v B＝m v2R和E k＝12m v2得E k＝q2B2R22m(R为D形盒的半径)，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、R有关，与加速电压无关。

人教版高二物理选修3《带电粒子在匀强磁场中的运动》说课稿一、教材分析本节课是高中物理选修3的一部分，主要讲解带电粒子在匀强磁场中的运动问题。

通过本节课的学习，学生将了解带电粒子在磁场中的受力情况以及运动规律，进一步加深对磁场和电荷之间相互作用的理解。

本节课的教学内容包括以下几个方面： - 带电粒子在匀强磁场中的受力分析 - 带电粒子在匀强磁场中的运动规律 - 带电粒子在匀强磁场中的轨迹分析 - 运动方程的推导与应用 - 带电粒子在匀强磁场中的速度、半径与磁感应强度、电荷量、质量之间的关系 - 带电粒子在匀强磁场中的能量变化和动量变化二、教学目标1. 知识目标•了解带电粒子在匀强磁场中的受力情况，掌握粒子受力的方向和大小；•理解带电粒子在匀强磁场中受力与速度、半径等因素之间的关系；•掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律，能够推导运动方程和计算轨迹；•掌握带电粒子在匀强磁场中的能量和动量变化。

2. 能力目标•能够利用运动方程计算带电粒子在匀强磁场中的速度、半径等物理量；•能够分析带电粒子在匀强磁场中的轨迹和受力情况；•能够通过实际问题应用磁场中粒子运动规律，解决相关物理问题。

3. 情感目标•培养学生的实验观察能力，加强对物理学习的兴趣；•培养学生的逻辑思维能力，提高解决问题的能力；•培养学生的合作意识和团队精神，通过小组合作完成实验和问题解答。

三、教学过程第一步：引入与导入（5分钟）•老师通过提问和学生互动来引发学生对带电粒子在磁场中运动的思考，并与上节课所学内容进行联系，激发学生的学习兴趣。

第二步：理论讲解（30分钟）•老师向学生介绍带电粒子在匀强磁场中的受力分析，解释粒子受力的方向和大小与速度、半径等因素之间的关系；•老师推导带电粒子在匀强磁场中的运动方程，并阐述计算方法；•老师解释带电粒子在匀强磁场中的轨迹分析，通过实例展示轨迹变化的规律。

第三步：实验操作（20分钟）•老师组织学生实施相关实验，通过调节磁感应强度、粒子电荷量和质量等参数，观察粒子运动的变化并记录数据；•学生分组进行实验操作，鼓励学生合作完成，提高实验操作和数据分析的能力。

为⼤家整理的⾼⼆物理说课稿带电粒⼦在磁场中的运动⽂章,供⼤家学习参考！更多最新信息请点击教材分析1.教材的地位和作⽤：《磁场》⼀章讲述电磁关系中基本概念之⼀的磁场以及磁场与带电物体之间的⼒学联系，是⾼⼆电磁部分的重点章节之⼀，⽽本节课则⼜是此章的重中之重，在历届⾼考命题中特别是综合计算题部分屡次出现，是本章教学中不可忽视的⼀个重要环节。

在教学⼤纲中“带电粒⼦在磁场中的运动”为B级要求，“质谱仪”为A级要求。

本节课的理论基础是⼒学部分曲线运动知识尤其是匀速圆周运动和向⼼⼒相关内容以及前⼀节洛仑兹⼒概念和特点等内容。

因此这⼀节既是⼒学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，⼜是将这两部分有机整合进⾏全新理论的构建过程。

通过本节学习，学⽣⼀⽅⾯加强了洛仑兹⼒作⽤特点的认识以及匀速圆周运动向⼼⼒概念的把握，另⼀⽅⾯将两者结合最终得出带电粒⼦在磁场中的运动规律，学⽣能够充分体会到物理知识的联系性和规律性，这不光有助于他们学会知识，⽽且使他们会学知识，学好本节内容将增强学⽣科学素质，能为今后进⼀步更好地掌握学习⽅法打下基础。

2.教学⽬标：知识⽬标①理解带电粒⼦的初速度⽅向与磁感应强度⽅向垂直时，做匀速圆周运动②会推导带电粒⼦在磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会⽤它们解决有关问题③知道质谱仪的⼯作原理能⼒⽬标：①通过回忆洛仑兹⼒⽅向与观察演⽰实验——带电粒⼦轨迹特点相结合分析培养学⽣透过现象抓住内在本质联系的洞察能⼒②通过引导学⽣建⽴向⼼⼒与洛仑兹⼒等量关系使其⾃⾏推导周期半径公式培养学⽣逻辑推理能⼒情感⽬标：质谱仪将基本的带电粒⼦在磁场中运动规律直接推⾄科研最前沿——同位素的分析测定，让学⽣亲⾝体会到物理知识对于⼈类认识与改造世界过程中所起的巨⼤作⽤，这将⿎励学⽣树⽴远⼤理想，使他们充满信⼼地在科学海洋中畅游。

3.教学重点与难点：重点：①带电粒⼦垂直进⼊匀强磁场作何种运动，以及此运动特点和产⽣原因②半径与周期公式在处理问题中的运⽤③质谱仪⼯作原理难点：本节难点为①确定垂直进⼊匀强磁场中的带电粒⼦运动是垂直磁场平⾯上的匀速圆周运动，②半径公式与周期公式和粒⼦动量、能量等结合应⽤。