1、带电粒子在匀强磁场中的运动知识回顾一一 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向二二 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小四四 力和运动的关系力和运动的关系三三 洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点一一 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向左手定则左手定则伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直；伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直；并且都与手掌在同一个平面内；并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。在磁场中所受洛伦兹力的方向。知识回顾二二 洛伦兹
2、力的大小洛伦兹力的大小知识回顾三三 洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点1. 1.洛伦兹力始终与带电粒子的速度方向和磁场方向垂直，洛伦兹力始终与带电粒子的速度方向和磁场方向垂直，永不做功永不做功；2. 2.洛伦兹力只改变带电粒子的速度方向，不改变带电粒子的洛伦兹力只改变带电粒子的速度方向，不改变带电粒子的速度大小；速度大小；3. 3.当带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力。当带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力。知识回顾知识回顾四四 力和运动的关系力和运动的关系静止直线运动曲线运动匀速直线运动匀变速直线运动平抛运动匀速圆周运动合力为零合力恒定，与初速度共线只受重力，初速度沿水平
3、方向合力指向圆心，与速度方向垂直带电粒子在匀强磁场中的运动思考：思考：如果沿着与磁场垂直的方向发射如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带正电粒子，这束粒子在匀强磁场中一束带正电粒子，这束粒子在匀强磁场中的运动轨迹会是什么样的呢？的运动轨迹会是什么样的呢？F分析受力分析受力力与速度不力与速度不在一条直线在一条直线曲线运动曲线运动带电粒子在匀强磁场中的运动FF思考：思考：那是怎样的曲线运动呢？那是怎样的曲线运动呢？由于初速度和洛伦兹力都在跟磁场方向垂直的平面内，没有其他作用使粒子离开这平面。所以粒子只能在这个平面内运动，洛伦兹力又总是跟粒子的运动方向垂直，只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以粒子的
4、速率是恒定的。由F=Bqv可知，洛伦兹力的大小也是恒定的，洛伦兹力对粒子起到向心力的作用，可见如果沿着与磁场方向垂直的方向发射带电粒子，粒子将在匀强磁场中做匀速圆周运动匀速圆周运动的动力学规律：匀速圆周运动的动力学规律：万有引力提供向心力：万有引力提供向心力：F例如：例如：行星绕太阳做匀速圆周运动行星绕太阳做匀速圆周运动行星受的万有引力：行星受的万有引力：v.Mrm带电粒子在匀强磁场中的运动合力提供向心力合力提供向心力思考：思考：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径，与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么关系？与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么
5、关系？ 什么力提供带电粒子做匀速圆周运动的什么力提供带电粒子做匀速圆周运动的向心力？向心力？ 向心力的计算公式是什么？向心力的计算公式是什么？洛伦兹力带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径匀速圆周运动匀速圆周运动带电粒子受到洛伦兹力：带电粒子受到洛伦兹力：洛伦兹力提供向心力：洛伦兹力提供向心力：圆周运动的半径：圆周运动的半径：F=Bqv带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期匀速圆周运动匀速圆周运动匀速圆周运动的周期：匀速圆周运动的周期：将将 代入，可得：代入，可得：注：注：周期周期T T与运动与运动速度速度及运动及运动半径半径无关。无关。想一想想一想带电粒子如何
6、获得初速度？带电粒子如何获得初速度？ 炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加一电压炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加一电压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0。已。已知电子的质量知电子的质量 ，电子的电荷量为，电子的电荷量为 。 由动能定理，由动能定理， 洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪励磁线圈电子枪玻璃泡加速极电压选择档励磁电流选择档观察带电粒子在磁场中的运动轨迹构造:工作原理工作原理:
7、 :由由电子枪电子枪发出的发出的电子射线电子射线可以使玻璃可以使玻璃泡内的稀薄气体泡内的稀薄气体发出辉光发出辉光, ,显示出显示出电子的径迹。电子的径迹。 励磁线圈：励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心连线的匀强磁场中心连线的匀强磁场加速电场：加速电场：作用是改变电子束出射作用是改变电子束出射的速度的速度电子枪电子枪 ：射出电子射出电子洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪观察带电粒子在磁场中的运动轨迹1.若不加磁场，电子做什么运动？若不加磁场，电子做什么运动？v观察带电粒子在磁场中的运动轨迹匀速直线运动2.电子以垂直于磁场方向的速度射入，做什么运动？电
8、子以垂直于磁场方向的速度射入，做什么运动？v电子的运动轨迹是什么样的？电子的运动轨迹是什么样的？FB观察带电粒子在磁场中的运动轨迹电子的运动轨迹为圆电子的运动轨迹为圆 加垂直于线圈平面向里磁场，加垂直于线圈平面向里磁场，电子初速度向左，与磁场方向垂电子初速度向左，与磁场方向垂直进入匀强磁场。直进入匀强磁场。电子的运动轨迹为圆观察带电粒子在磁场中的运动轨迹2.电子以垂直于磁场方向的电子以垂直于磁场方向的速度射入，做什么运动？速度射入，做什么运动？匀速圆周运动3.仅改变电子初速度的大小，电子运动有什么变化？仅改变电子初速度的大小，电子运动有什么变化？Bv观察带电粒子在磁场中的运动轨迹速度增大速度增
9、大轨迹的半径增大轨迹的半径增大 顺时针旋转加速电压旋钮，顺时针旋转加速电压旋钮，加速电压逐渐增大，电子进入加速电压逐渐增大，电子进入磁场的速度增大磁场的速度增大电子运动轨迹的半径逐渐增大电子运动轨迹的半径逐渐增大观察带电粒子在磁场中的运动轨迹3.仅改变电子初速度的大小，电子运动有什么变化？仅改变电子初速度的大小，电子运动有什么变化？4.仅改变磁感应强度的大小，电子运动有什么变化？仅改变磁感应强度的大小，电子运动有什么变化？Bv观察带电粒子在磁场中的运动轨迹磁感应强度增大磁感应强度增大轨迹的半径逐渐减小轨迹的半径逐渐减小 顺时针旋转励磁电流旋钮，励顺时针旋转励磁电流旋钮，励磁电流逐渐增大，匀强磁
10、场磁感应磁电流逐渐增大，匀强磁场磁感应强度逐渐增大强度逐渐增大电子运动轨迹的半径逐渐减小电子运动轨迹的半径逐渐减小观察带电粒子在磁场中的运动轨迹4.仅改变磁感应强度的大小，电子运动有什么变化？仅改变磁感应强度的大小，电子运动有什么变化？5.当电子运动方向与磁场方向平行时，电子做什么运动？当电子运动方向与磁场方向平行时，电子做什么运动？B观察带电粒子在磁场中的运动轨迹匀速直线运动 调整电子枪的方向，将电调整电子枪的方向，将电子初速度的方向调整为与磁场子初速度的方向调整为与磁场方向平行方向平行电子的运动轨迹变成直线电子的运动轨迹变成直线观察带电粒子在磁场中的运动轨迹5.当电子运动方向与磁场方向平行
11、时，电子做什么运动？当电子运动方向与磁场方向平行时，电子做什么运动？匀速直线运动想一想想一想 若电子初速度方向与磁场成一定的夹角，若电子初速度方向与磁场成一定的夹角，电子的运动轨迹是什么样的呢电子的运动轨迹是什么样的呢?vv1v2观察带电粒子在磁场中的运动轨迹轨迹变成螺旋线轨迹变成螺旋线电子的运动轨迹变成螺旋线电子的运动轨迹变成螺旋线观察带电粒子在磁场中的运动轨迹 调整电子枪的方向，将电调整电子枪的方向，将电子初速度的方向调整为与磁场子初速度的方向调整为与磁场方向成一定角度方向成一定角度课堂小结1.带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动（1 1）当带电粒子速度与磁场方向垂直时：）
12、当带电粒子速度与磁场方向垂直时：（2 2）当带电粒子速度与磁场方向平行时：）当带电粒子速度与磁场方向平行时：匀速圆周运动匀速圆周运动匀速直线运动匀速直线运动洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向心力圆周运动的半径圆周运动的半径2.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律圆周运动的周期圆周运动的周期课堂小结一个质量为一个质量为 、电荷量为、电荷量为 的带电粒子，的带电粒子，以以 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为为0.2T的匀强磁场。求：的匀强磁场。求：（1）粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比；）粒子所受的重力和洛
13、伦兹力的大小之比；（2）粒子在磁场中运动的轨道半径；）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。）粒子做匀速圆周运动的周期。55 10 m/s271.67 10kg191.6 10C解解：（：（1）粒子所受重力）粒子所受重力重力与洛伦兹力之比重力与洛伦兹力之比可见，带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远可见，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大于重力，重力作用的影响可以忽略所受洛伦兹力所受洛伦兹力（2）带电粒子所受的洛伦兹力为带电粒子所受的洛伦兹力为洛伦兹力提供向心力，因此洛伦兹力提供向心力，因此由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径由此得到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）粒子做匀速圆周运动的周期
