高中物理 第3章 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动课件 新人教版选修3-1
【重点推荐】2019高中物理 第三章 磁场 6 带电粒子在匀强磁场中的运动练习 新人教版选修3-1
1 6 带电粒子在匀强磁场中的运动
知识点一 带电粒子运动的周期和半径
1.在匀强磁场中,一个带电粒子做匀速圆周运动,如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场,则( )
A.粒子的速率加倍,周期减半
B.粒子的速率不变,轨道半径加倍
C.粒子的速率减半,轨道半径变为原来的
D.粒子的速率不变,周期减半
2.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L3-6-1中虚线所示,下列说法正确的是( )
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 图L3-6-1
3.图L3-6-2为云室中某粒子穿过铅板P前后的轨迹(粒子穿过铅板后电荷量、质量不变),云室中匀强磁场的方向与轨道所在平面垂直(图中垂直于纸面向内),由此可知此粒子 ( )
A.一定带正电
B.一定带负电
C.一定不带电
D.可能带正电,也可能带负电
知识点二 质谱仪和回旋加速器 图L3-6-2
4.图L3-6-3是质谱仪的工作原理示意图.带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器,速度选择器内存在相互正交的匀强磁场和匀强电场,匀强磁场的磁感应强度为B,匀强电场的电场强度为E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2,平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场.下列表述不正确的是(
)
图L3-6-3
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 2 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
5.回旋加速器D形盒中央为质子源,D形盒的交流电压为U.静止质子经电场加速后,进入D形盒,其最大轨道半径为R,磁场的磁感应强度为B,质子质量为m,电荷量为e.
(1)质子最初进入D形盒的动能为多大?
高中物理 第三章 磁场 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动学案 新人教版选修3-1
6 带电粒子在匀强磁场中的运动
答案：(1）匀速直线 (2）匀速圆周 (3）mvqB (4）2πmqB (5）金属盒 (6）交变电源
(7）qU (8）qvB (9）比荷 (10）质量 (11）磁感应强度 (12）同位素
1．带电粒子在匀强磁场中的运动
(1）带电粒子速度为零
v0＝0，f洛＝0，处于静止状态。
(2）带电粒子的运动方向与磁场方向平行
带电粒子在磁场中运动时，若速度方向与磁感线平行，则粒子不受磁场力，做匀速直线运动。
(3）带电粒子的运动方向与磁场方向垂直
洛伦兹力使带
电粒子做匀速圆周运动
①运动性质：洛伦兹力不改变速度大小，但是不停地改变速度方向，因此粒子在垂直于磁场方向的平面内做匀速圆周运动，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力，如图所示。
②半径公式：粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以根据牛顿第二定律有qvB＝mv2r，得r＝mvqB。
③周期公式：将半径r代入公式T＝2πrv中，得到周期公式T＝2πmqB。
谈重点 (1）在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，它的轨道半径跟粒子的运动速率成正比。
(2）带电粒子在匀强磁场中的转动周期T与带电粒子的质量和电荷量有关，与磁场的磁感应强度有关，而与轨道半径和运动速率无关。
(3）动能公式Ek＝12mv2＝(Bqr)22m。
(4）带电粒子的运动方向与磁场方向成θ角
把带电粒子的速度分解为垂直于B的分量v1和平行于B的分量v2，因为v1和B垂直，受到洛伦兹力为qv1B，此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，v2和B平行，不2 受洛伦兹力，故粒子在沿B方向上做匀速曲线运动，可见粒子的运动是一等距螺旋运动。
带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动形式有什么不同呢？
带电粒子在匀强电场中可能做变速直线运动，也可能做变速曲线运动，但不可能做匀速直线运动；在匀强磁场中，带电粒子可以做匀速直线运动，也可以做变速曲线运动，但不可能做变速直线运动。
高中物理第三章磁场第6节带电粒子在匀强磁场中的运动学案新人教版选修3_1
6 带电粒子在匀强磁场中的运动
答案：(1）匀速直线 (2）匀速圆周 (3）mvqB (4）2πmqB (5）金属盒 (6）交变电源
(7）qU (8）qvB (9）比荷 (10）质量 (11）磁感应强度 (12）同位素
1．带电粒子在匀强磁场中的运动
(1）带电粒子速度为零
v0＝0，f洛＝0，处于静止状态。
(2）带电粒子的运动方向与磁场方向平行
带电粒子在磁场中运动时，若速度方向与磁感线平行，则粒子不受磁场力，做匀速直线运动。
(3）带电粒子的运动方向与磁场方向垂直
洛伦兹力使带
电粒子做匀速圆周运动
①运动性质：洛伦兹力不改变速度大小，但是不停地改变速度方向，因此粒子在垂直于磁场方向的平面内做匀速圆周运动，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力，如图所示。
②半径公式：粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以根据牛顿第二定律有qvB＝mv2r，得r＝mvqB。
③周期公式：将半径r代入公式T＝2πrv中，得到周期公式T＝2πmqB。
谈重点 (1）在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，它的轨道半径跟粒子的运动速率成正比。
(2）带电粒子在匀强磁场中的转动周期T与带电粒子的质量和电荷量有关，与磁场的磁感应强度有关，而与轨道半径和运动速率无关。
(3）动能公式Ek＝12mv2＝(Bqr)22m。
(4）带电粒子的运动方向与磁场方向成θ角
把带电粒子的速度分解为垂直于B的分量v1和平行于B的分量v2，因为v1和B垂直，受到洛伦兹力为qv1B，此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，v2和B平行，不受洛伦兹力，故粒子在沿B方向上做匀速曲线运动，可见粒子的运动是一等距螺旋运动。
带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动形式有什么不同呢？
带电粒子在匀强电场中可能做变速直线运动，也可能做变速曲线运动，但不可能做匀速直线运动；在匀强磁场中，带电粒子可以做匀速直线运动，也可以做变速曲线运动，但不可能做变速直线运动。
2019-2020学年人教版高二物理(选修3-1)期末备考专题07 带电粒子在有界匀强磁场中的运动(解析版)
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r1)，粒子在磁场中做半圆周运动后从进入磁场时的边界上的Q1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r2)，粒子将从另一边界上的Q2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v1＝v0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v2＝3v0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)4mv0qB (2)πm3qB
【解析】(1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有
qvB＝mv2r，则r＝mvqB
故d＝OA＋OB＝2r1sin 30°＋2r2sin 60°＝4mv0qB。
(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＝2πrv＝2πmqB
粒子1在匀强磁场中运动的时间t1＝θ12πT
粒子2在匀强磁场中运动的时间t2＝θ22πT
所以Δt＝t1－t2＝πm3qB。
【例2】如图，直线OP上方分布着垂直纸面向里的匀强磁场，从粒子源O在纸面内沿不同的方向先后发射速率均为v的质子1和2，两个质子都过P点．已知OP＝a，质子1沿与OP成30°角的方向发射，不计质子的重力和质子间的相互作用力，则( )
高中物理(选修3-1)训练题：第三章第六节《带电粒子在匀强磁场中的运动》新人教版
带电粒子在匀强磁场中的运动
建议用时 实际用时 满分 实际得分
45分钟
100分
一、选择题（本题包括10小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共50分）
1．电子在匀强磁场中做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )
A．速率越大，周期越大
B．速率越小，周期越大
C．速度方向与磁场方向平行
D．速度方向与磁场方向垂直
2．1998年发射的“月球勘探者号”空间探测器，运用最新科技手段对月球进行近距离勘探，在研究月球磁场分布方面取得了新的成果．月球上的磁场极其微弱，探测器通过测量电子在月球磁场中的轨迹来推算磁场强弱的分布，图1中是探测器通过月球A、B、C、D四个位置时，电子运动的轨迹照片．设电子速率相同，且与磁场方向垂直，其中磁场最强的位置是( )
3．如图2所示，a和b带电荷量相同，以相同动能从A点射入磁场，在匀强磁场中做圆周运动的半径ra＝2rb，则可知(重力不计)( )
A．两粒子都带正电，质量比
ma/mb＝4
B．两粒子都带负电，质量比ma/mb＝4
C．两粒子都带正电，质量比ma/mb＝1/4
D．两粒子都带负电，质量比ma/mb＝1/4
4.图3是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是( )
A．质谱仪是分析同位素的重要工具
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
5．一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域．设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图4中的虚线所示．在图4所示的几种情况中，可能出现的是( ) 图1
带电粒子在匀强磁场中的运动-各个方向
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/m
2．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/6m
3．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/m
新课标高中物理选修第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动教案
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qvB＝mv2r
2个推论公式——r＝mvqB，T＝2πmqB
2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qvB＝mv2r。
(3)基本公式
①半径：r＝mvqB；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1
2.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得qU＝12mv2。
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：qvB＝mv2r。
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2
2.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。
2020--2021学年人教版高二物理选修3—1第3章 磁场附答案
1 / 11 2020--2021人教物理选修3—1第3章 磁场附答案
人教选修3—1第三章 磁场
1、磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是( )
A．磁体的吸铁性
B．磁极间的相互作用规律
C．电荷间的相互作用规律
D．磁场对电流的作用原理
2、如图所示，两条通电直导线平行放置，长度为l1的导线中电流为I1，长度为l2的导线中电流为I2，l2所受l1的磁场力大小为F2，且由l1产生的磁场的磁感应强度方向在l2处垂直于纸面向外，其大小为(
)
A．B＝F2I2l2 B．B＝F2I1l1
C．B＝F2I2l1 D．B＝F2I1l2
3、如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为( )
A.1∶1 B．1∶2
C．1∶4 D．4∶1
4、(双选)如图所示，在方框中有一能产生磁场的装置，现在在方框右边放一通电直导线(电流方向如图中箭头方向)，发现通电导线受到向右的作用力，则方框中放置的装置可能是( ) 2 / 11
A B C D
5、如图为电视机显像管的偏转线圈示意图，线圈中心O处的黑点表示电子枪射出的电子，它的方向垂直纸面向外，当偏转线圈中的电流方向如图所示时，电子束应(
)
A．向左偏转 B．向上偏转
C．向下偏转 D．不偏转
6、(双选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。设D形盒半径为R，若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f，则下列说法正确的是( )
高中物理新课标人教版选修3-1优秀教案：3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动
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- 1 - 教学设计
整体设计
教学目标
1．知识与技能
(1)理解洛伦兹力对粒子不做功。
(2)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，并会用它们解答有关问题。
(4)知道质谱仪的工作原理。知道回旋加速器的基本构造、工作原理及用途。
2．过程与方法
通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场(电场、磁场)中的问题，培养学生的分析推理能力。
3．情感、态度与价值观
通过本节知识的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用历程。
教学重点难点
重点：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，并能用来分析有关问题。
难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。
教学方法
实验观察法、讲述法、分析推理法。
教学用具
洛伦兹力演示仪、电源、投影仪、投影片、多媒体辅助教学设备。
教学过程
导入新课
[问题1]什么是洛伦兹力？[磁场对运动电荷的作用力]
[问题2]带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？[不一定，洛伦兹力的计算公式为F＝qvBsinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ＝90°时，F＝qvB；当θ＝0°时，F＝0。]
[问题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？今天我们来学习——带电粒子在匀强磁场中的运动、质谱仪。
推进新课
【演示】 先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理，由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹。后进行实验。
教师进行演示实验。
[实验现象]在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场(这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的)，电子的径迹变弯曲成圆形。
人教版 高二物理 选修3-1 第三章 磁场 知识点学案(含答案)
1 磁场复习学案
姓名 班级
主题 内容 要求
考点 磁场及描述
1．电流的磁场 Ⅰ
2．磁感应强度，磁感线，地磁场 Ⅱ
3．磁性材料，分子电流假说 Ⅰ
磁场对电流的作用力 4．磁场对通电直导线的作用，安培力，左手定则 Ⅱ
5．磁电式电表原理 Ⅰ
磁场对运动电荷的作用力 6．磁场对运动电荷的作用，洛伦兹力，带电粒子在匀强磁场中的运动 Ⅱ
7．质谱仪，回旋加速器 Ⅰ
重点 本章的重点是：描述磁场特性的基本物理量——磁感应强度，表达磁场对电流和运动电荷作用规律的基本公式和基本定则——安培力公式、洛伦兹力公式和左手定则．
难点 本章的难点是：磁感应强度的定义、洛伦兹力公式的导出、带电粒子在匀强磁场中的运动以及带电粒子在复合场中运动问题的分析方法等等，是教学中的难点，在教学中要十分注意讨论问题的逻辑和思想方法．
热点 纵观近几年高考，涉及本章知识点的题目年年都有，考查次数最多的是与洛伦兹力有关的带电粒子在匀强磁场或复合场中的运动，其次是与安培力有关的通电导体在磁场中的加速或平衡问题．
一、磁现象
天然磁石和人造磁铁都叫做 永磁体 ，它们能吸引 铁质物体 的性质-叫磁性．如磁铁能吸引铁屑、铁钉等物质．磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最 强 的区域叫磁极．
能够自由转动的磁体，静止时指 南 的磁极叫做南极(S极)，指 北 的磁极叫做北极(N极)．自然界中的磁体总存在着 两 个磁极，同名磁极相互 排斥 ，异名磁极相互 吸引 ．
二、电流的磁效应
丹麦物理学家奥斯特的贡献是发现了电流的磁效应．著名的奥斯特实验是把导线沿 南 北 方向放置在指南的磁针上方，通电时 磁针转动 ．
三、磁场
磁体与 磁体 之间、磁体与 通电导线 之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的．磁体的周围、电流的周围存在磁场．