高中物理新教材同步备课（人教版选择性必修第二册)1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动（教学设计） .pdf

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

本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教材采用了实验探究加理论分析与推导的方式.带着实验

得到的感性材料，再用学过的知识进行理论分析，让学生在这一学习过程中对理论与实践相结合的

研究方法有所体会，并且在学习过程中尝到成功的喜悦。

物理观念：洛伦兹力的性质

科学思维：通过洛伦兹力性质与平面几何知识的结合，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹

科学探究：采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素。

科学态度与责任：研究洛伦兹力在质谱仪、回旋加速器中的应用原理。

1、教学重点：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

2、教学难点：粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动

洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等

一、带电粒子在匀强磁场中的运动

讨论：

若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？

1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变

2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小

所以，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

二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期

匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？

思路:带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。

2mv

v

qvBmr

rqB

可见r与速度v、磁感应强度B、粒子的比荷有关

实验演示：洛伦兹力演示仪

①加速电场：作用是改变电子束出射的速度

②励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场

1.不加磁场时观察电子束的径迹。

2.给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向，由纸内指向读者的磁场，观察电子束

的径迹。

3.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化。

4.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化。

带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期有何特征？

2rmv

根据T结合r

vqB

2m

可知T

qB

可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关

【例题】

27-195

一个质量为1.67×10-kg、电荷量为1.6×10C的带电粒子，以5×10m/s的初速度沿与磁场

垂直的方向射入磁感应强度为0.2T的匀强磁场。求：

（1）粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比；

（2）粒子在磁场中运动的轨道半径；

（3）粒子做匀速圆周运动的周期。

分析

依据所给数据分别计算出带电粒子所受的重力和洛伦兹力，就可求出所受重力与洛伦兹力之比。带

电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力并做匀速圆周运动，由此可以求出粒子运动的轨道半径及周期

解:（1）粒子所受的重力

-27-26

G＝mg＝1.67×10×9.8N＝1.64×10N

所受的洛伦兹力

-195-14

F＝qvB＝1.6×10×5×10×0.2N＝1.6×10N

重力与洛伦兹力之比

G1.64102612

1.0310

F1.61014

可见，带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。

（2）带电粒子所受的洛伦兹力为

F＝qvB

洛伦兹力提供向心力，故

2

v

qvBm

r

由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径

275

mv1.67105102

r