磁场中的带电粒子运动

《带电粒子在磁场中的运动》说课稿尊敬的各位评委、老师：大家好！今天我说课的题目是“带电粒子在磁场中的运动”。

下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程、板书设计以及教学反思这几个方面来展开我的说课。

一、教材分析“带电粒子在磁场中的运动”是高中物理选修 3-1 第三章第六节的内容。

这部分知识是磁场这一章的重点和难点，也是高考的热点之一。

它不仅在电磁学中有着重要的地位，还为后续学习带电粒子在复合场中的运动以及现代科技中的应用奠定了基础。

本节课的主要内容包括：带电粒子在匀强磁场中的运动规律，如匀速圆周运动的半径和周期公式；带电粒子在有界磁场中的运动轨迹分析。

教材在编排上，先通过实验引入，让学生观察带电粒子在磁场中的运动现象，然后从理论上进行分析推导，得出运动规律。

这种从感性认识到理性认识的过程，符合学生的认知规律，有助于学生对知识的理解和掌握。

二、学情分析学生已经学习了电场、磁场的基本概念和性质，掌握了牛顿运动定律、圆周运动的相关知识，具备了一定的分析和解决问题的能力。

但是，对于带电粒子在磁场中的运动这一较为抽象的内容，学生可能会感到理解困难。

在学习过程中，学生可能会遇到以下几个问题：一是对洛伦兹力的方向判断不够熟练；二是难以将牛顿运动定律和圆周运动的知识灵活应用到带电粒子在磁场中的运动分析中；三是对于有界磁场中带电粒子运动轨迹的分析，空间想象力不足。

三、教学目标基于以上对教材和学情的分析，我制定了以下教学目标：1、知识与技能目标（1）理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件和规律。

（2）掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能熟练应用。

（3）学会分析带电粒子在有界磁场中的运动轨迹。

2、过程与方法目标（1）通过实验观察和理论推导，培养学生的观察能力、分析推理能力和逻辑思维能力。

（2）通过对带电粒子在有界磁场中运动轨迹的分析，提高学生的空间想象力和应用数学知识解决物理问题的能力。

带电粒子在磁场中运动的半径公式引言：带电粒子在磁场中运动的半径公式是物理学中的一个重要公式，它描述了带电粒子在磁场中受力的情况，是磁场中粒子运动的基础。

本文将从理论和实践两个方面，详细介绍带电粒子在磁场中运动的半径公式。

理论分析：带电粒子在磁场中运动的半径公式是由洛伦兹力和向心力共同作用得出的。

洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力，它的大小与粒子的电荷量、速度和磁场的强度有关。

向心力是指粒子在磁场中受到的向心力，它的大小与粒子的速度和半径有关。

根据牛顿第二定律，带电粒子在磁场中的运动可以用以下公式表示：F = ma其中，F是带电粒子在磁场中受到的合力，m是粒子的质量，a是粒子的加速度。

由于带电粒子在磁场中只受到洛伦兹力和向心力的作用，因此可以将F表示为：F = F_L + F_c其中，F_L是洛伦兹力，F_c是向心力。

洛伦兹力的大小可以用以下公式表示：F_L = qvB其中，q是粒子的电荷量，v是粒子的速度，B是磁场的强度。

向心力的大小可以用以下公式表示：F_c = \frac{mv^2}{r}其中，r是粒子在磁场中运动的半径。

将F_L和F_c代入F = ma中，可以得到：qvB = \frac{mv^2}{r}整理得到带电粒子在磁场中运动的半径公式：r = \frac{mv}{qB}实践应用：带电粒子在磁场中运动的半径公式在实践中有着广泛的应用。

例如，在粒子加速器中，带电粒子需要在磁场中运动，以达到加速的目的。

在核磁共振成像中，磁场可以使带电粒子的运动轨迹发生变化，从而实现对物质的成像。

此外，在电子显微镜中，磁场也可以用来控制电子的运动轨迹，从而实现对样品的观察和分析。

结论：带电粒子在磁场中运动的半径公式是物理学中的一个重要公式，它描述了带电粒子在磁场中受力的情况，是磁场中粒子运动的基础。

理论分析表明，带电粒子在磁场中运动的半径公式是由洛伦兹力和向心力共同作用得出的。

实践应用表明，带电粒子在磁场中运动的半径公式在粒子加速器、核磁共振成像和电子显微镜等领域有着广泛的应用。

带电粒子在磁场中的运动因为洛伦兹力F始终与速度v垂直，即F只改变速度方向而不改变速度的大小，所以运动电荷非平行与磁感线进入匀强磁场且仅受洛伦兹力时，一定做匀速圆周运动，由洛伦磁力提==2/。

带电粒子在磁场中运动问题大致可分两种情况：1. 做供向心力，即F qvB mv R完整的圆周运动（在无界磁场或有界磁场中）；2. 做一段圆弧运动（一般在有界磁场中）。

无论何种情况，其关键均在圆心、半径的确定上。

1. 找圆心方法1：若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力F⊥v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心。

方法2：若已知粒子轨迹上的两点和其中一点的速度方向，则可作出此两点的连线（即过这两点的圆弧的弦）的中垂线，再画出已知点v的垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心。

2. 求半径圆心确定下来后，半径也随之确定。

一般可运用平面几何知识来求半径的长度。

3. 画轨迹在圆心和半径确定后可根据左手定则和题意画出粒子在磁场中的轨迹图。

4. 应用对称规律带电粒子如果从一直线边界进入又从该边界射出，则其轨迹关于入射点和出射点线段的中垂线对称，入射速度方向与出射速度方向与边界的夹角相等，利用这一结论可以轻松画出粒子的轨迹。

临界点是粒子轨迹发生质的变化的转折点，所以只要画出临界点的轨迹就可以使问题得解。

一、由两速度的垂线定圆心例1. 电视机的显像管中，电子（质量为m，带电量为e）束的偏转是用磁偏转技术实现的。

电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图1所示，磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为O，半径为r。

当不加磁场时，电子束将通过O点打到屏幕的中心M点。

为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感强度B应为多少？图1解析：如图2所示，电子在匀强磁场中做圆周运动，圆周上的两点a、b分别为进入和射出的点。

做a、b点速度的垂线，交点O1即为轨迹圆的圆心。

图2设电子进入磁场时的速度为v，对电子在电场中的运动过程有=22/eU mv对电子在磁场中的运动（设轨道半径为R）有=2/evB mv R由图可知，偏转角θ与r、R的关系为θ2=r Rtan(/)/联立以上三式解得θ122=(/)/tan(/)B r mU e二、由两条弦的垂直平分线定圆心例2. 如图3所示，有垂直坐标平面的范围足够大的匀强磁场，磁感应强度为B，方向向里。

带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动1．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。

2．带电粒子的运动规律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。

洛伦兹力总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。

公式：q v B ＝m v 2rr ＝m vqBT ＝2πm qB3．圆心、半径、运动时间的分析思路(1)圆心的确定：带电粒子垂直进入磁场后，一定做圆周运动，其速度方向一定沿圆周的切线方向，因此圆心的位置必是两速度方向垂线的交点，如图(a)所示，或某一速度方向的垂线与圆周上两点连线中垂线的交点，如图(b)所示．(2)运动半径大小的确定：一般先作入射点、出射点对应的半径，并作出相应的辅助三角形，然后利用三角函数求解出半径的大小．(3)运动时间的确定：首先利用周期公式T ＝2πm qB ，求出运动周期T ，然后求出粒子运动的圆弧所对应的圆心角α，其运动时间t ＝α2πT .(4)圆心角的确定：①带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向间的夹角φ叫偏向角．偏向角等于圆心角即φ＝α，如图所示．②某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍，即α＝2θ.[特别提醒]带电粒子(不计重力)以一定的速度v 进入磁感应强度为B 的匀强磁场时的运动轨迹：(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．(3)当带电粒子斜射入磁场时，带电粒子将沿螺旋线运动．4、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：沿径向射入必沿径向射出。

【例题1】如图所示，一束电荷量为e 的电子以垂直于磁场方向(磁感应强度为B )并垂直于磁场边界的速度v 射入宽度为d 的磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ＝60°.求电子的质量和穿越磁场的时间．答案：23dBe 3v 23πd 9v解析：过M 、N 作入射方向和出射方向的垂线，两垂线交于O 点，O 点即电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，过N 作OM 的垂线，垂足为P ，如图所示．由直角三角形OPN 知，电子的轨迹半径r ＝d sin 60°＝233d ①由圆周运动知e v B ＝m v 2r②解①②得m ＝23dBe 3v.电子在无界磁场中运动周期为T ＝2πeB ·23dBe 3v ＝43πd 3v.电子在磁场中的轨迹对应的圆心角为θ＝60°，故电子在磁场中的运动时间为t ＝16T ＝16×43πd 3v ＝23πd 9v.带电粒子在磁场中的圆周运动问题处理方法(1)定圆心：圆心一定在与速度方向垂直的直线上，也在弦的中垂线上，也是圆的两个半径的交点．(2)求半径的两种方法：一是利用几何关系求半径，二是利用r ＝m v Bq 求半径．(3)求时间：可以利用T ＝2πr v 和t ＝Δl v 求时间，也可以利用t ＝θ2πT 求时间．【例题2】如图所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以速度v从A 点沿直径AOB 方向射入磁场，经过t 时间从C 点射出磁场，OC 与OB 成60°角。

磁场中粒子运动方向
在磁场中,带电粒子的运动方向由洛伦兹力决定。

洛伦兹力是作用在带电粒子上的一种力,由磁场和电场共同产生。

1. 垂直于磁场方向的运动
当带电粒子的运动方向垂直于磁场方向时,洛伦兹力的方向垂直于粒子的运动方向和磁场方向。

在这种情况下,粒子在磁场中做圆周运动,轨迹呈圆形。

2. 平行于磁场方向的运动
当带电粒子的运动方向平行于磁场方向时,洛伦兹力为零,粒子沿直线运动,磁场对其运动方向没有影响。

3. 倾斜于磁场方向的运动
如果带电粒子的运动方向与磁场方向成一定角度,粒子的运动轨迹将呈螺旋形。

在这种情况下,粒子的运动可以分解为垂直于磁场方向的圆周运动和平行于磁场方向的直线运动。

需要注意的是,除了粒子的电荷量和速度外,磁场强度也会影响洛伦兹力的大小,从而影响粒子的运动轨迹。

在实际应用中,磁场中粒子的运动原理被广泛应用于质谱仪、粒子加速器等设备中。