江蘇省東臺市高中物理 第三章 磁場 3.6.3 帶電粒子在勻強磁場中的運動（三）導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-1.doc

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3.6 帶電粒子在勻強磁場中的運動 （三） 班級 姓名 ， 1課時 使用時間 一.學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．學(xué)會推導(dǎo)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式、周期公式，并會用它們解答有關(guān)問題。 2．掌握帶電粒子在磁場中的運動問題的解題方法，會分析多解問題、臨界問題、極值問題。 重點： 帶電粒子在磁場中的運動問題 難點： 帶電粒子在磁場中的運動問題 二、自學(xué)檢測 1．當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場方向平行時，帶電粒子所受洛倫茲力F＝0 ，粒子做 運動． 2．當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場方向垂直時，帶電粒子所受洛倫茲力F＝qvB ，粒子在勻強磁場中做 運動,半徑為r＝ ，周期為T＝ . 三．合作探究 一、安培力作用下導(dǎo)體的平衡 1．通電導(dǎo)線在磁場中會受到安培力作用，由于安培力的方向與電流的方向、磁場的方向之間存在著較復(fù)雜的空間方位關(guān)系，因此要求學(xué)生有較強的空間想像力,并且善于把立體圖改畫成平面圖.將此類題目處理好要注意兩點： (1)分析安培力的方向應(yīng)牢記安培力方向既跟磁感應(yīng)強度方向垂直又跟電流方向垂直； (2)畫出導(dǎo)體受力的平面圖． 2．安培力與以前各章節(jié)知識均能綜合到一起，其分析和解決問題的方法與力學(xué)方法相同，只不過是在分析受力時再加一種安培力而已． 例1　如圖1所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成α角，導(dǎo)軌寬L.勻強磁場磁感應(yīng)強度為B.金屬桿長為L，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上．當(dāng)回路總電流為I1時，金屬桿正好能靜止．求： (1)這時B至少多大？B的方向如何？ (2)若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應(yīng)把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？ 二、“磁偏轉(zhuǎn)”與“電偏轉(zhuǎn)”的區(qū)別 所謂“電偏轉(zhuǎn)”與“磁偏轉(zhuǎn)”是分別利用電場和磁場對運動電荷施加作用，從而控制其運動方向，但電場和磁場對電荷的作用特點不同，因此這兩種偏轉(zhuǎn)有明顯的差別. 例2　如圖2所示，在虛線所示寬度范圍內(nèi)，用場強為E的勻強電場可使初速度是v0的某種正離子偏轉(zhuǎn)θ角．在同樣寬度范圍內(nèi)，若改用方向垂直紙面向外的勻強磁場，使該離子穿過該區(qū)域，并使偏轉(zhuǎn)角也為θ，(不計離子的重力)求： (1)勻強磁場的磁感應(yīng)強度是多大？ (2)離子穿過電場和磁場的時間之比是多大？ 三、帶電粒子在復(fù)合場中的運動 1．正確分析帶電粒子(帶電體)的受力特征 帶電粒子(帶電體)在磁場中所受的洛倫茲力會隨速度的變化而變化，而洛倫茲力的變化可能會引起帶電粒子(帶電體)運動情況的變化，因此應(yīng)把帶電粒子(帶電體)的運動情況和受力情況結(jié)合起來分析，通過正確的受力分析和運動情況分析，明確帶電粒子(帶電體)的運動過程和運動性質(zhì)，選擇恰當(dāng)?shù)倪\動規(guī)律解決問題． 2．靈活選用力學(xué)規(guī)律 (1)當(dāng)帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場中做勻速運動時，就根據(jù)平衡條件列方程求解． (2)當(dāng)帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場中做勻速圓周運動時，往往同時應(yīng)用牛頓第二定律和平衡條件列方程求解． (3)當(dāng)帶電粒子(帶電體)在復(fù)合場中做非勻變速曲線運動時，常選用動能定理或能量守恒定律列方程求解． 例3　如圖3所示，直角坐標(biāo)系位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強磁場和勻強電場，磁場的方向垂直xOy平面向外,電場線方向平行于y軸.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球，從y軸上的A點以水平速度v0向右拋出，與x軸成45角經(jīng)x軸上M點進入電場和磁場，恰能做勻速圓周運動，從坐標(biāo)原點第一次離開電場和磁場．不計空氣阻力，重力加速度為g.求： (1)電場強度E的大小和方向； (2)磁感應(yīng)強度的大?。? 【當(dāng)堂訓(xùn)練】1.　如圖4所示，光滑絕緣軌道ABP豎直放置，其軌道末端切線水平，在其右側(cè)有一正交的勻強電場、勻強磁場區(qū)域，電場豎直向上，磁場垂直紙面向里．一帶電小球從軌道上的A點由靜止滑下，經(jīng)P點進入場區(qū)后，恰好沿水平方向做直線運動．則可判定 (　　) A．小球帶負(fù)電 B．小球帶正電 C．若小球從B點由靜止滑下，進入場區(qū)后將立即向上偏 D．若小球從B點由靜止滑下，進入場區(qū)后將立即向下偏 2．如圖5所示，有一磁感應(yīng)強度為B、方向豎直向上的勻強磁場，一束電子流以初速度v從水平方向射入，為了使電子流經(jīng)過磁場時不偏轉(zhuǎn)(不計重力)，則磁場區(qū)域內(nèi)必須同時存在一個勻強電場，這個電場的場強大小和方向是(　　) A.B/v，豎直向上 B.B/v，水平向左 C.Bv，垂直于紙面向里 D.Bv,垂直于紙面向外 3．如圖6，質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細線懸掛于O、O′，并處于勻強磁場中，當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x軸正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為θ.則磁感應(yīng)強度方向和大小可能為 (　　) A.沿z軸正方向，tan θ B.沿y軸正方向, C.沿z軸負(fù)方向，tan θ D.沿懸線向上,sin θ 4．帶電粒子的質(zhì)量m＝1.710－27 kg，電荷量q＝1.610－19 C，以速度v＝3.2106 m/s沿垂直于磁場同時又垂直于磁場邊界的方向進入勻強磁場中,磁場的磁感應(yīng)強度為B＝0.17 T,磁場的寬度L＝10 cm，如圖7所示． (1)帶電粒子離開磁場時的速度多大？ (2)帶電粒子在磁場中運動多長時間？ (3)帶電粒子在離開磁場時偏離入射方向的距離d為多大？(g取10 m/s2) 四、檢測清盤 1．如圖1所示，一水平導(dǎo)線通以電流I，導(dǎo)線下方有一電子，初速度方向與導(dǎo)線平行，關(guān)于電子的運動情況，下述說法中正確的是(　　) A．沿路徑a運動，其軌道半徑越來越大 B．沿路徑a運動，其軌道半徑越來越小 C．沿路徑b運動，其軌道半徑越來越小 D．沿路徑b運動，其軌道半徑越來越大 2．如圖2所示，一圓形區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，AC為直徑，O為圓心，一帶電粒子從A沿AO方向垂直射入磁場，初速度的大小為v1，從D點射出磁場時的速率為v2，則下列說法中正確的是(粒子重力不計)(　　) A．v2>v1，v2的方向的反向延長線必過圓心 B．v2＝v1，v2的方向的反向延長線必過圓心 C．v2>v1，v2的方向的反向延長線可能不過圓心 D．v2＝v1，v2的方向的反向延長線可能不過圓心 3．如圖3所示，在xOy平面內(nèi)，勻強電場的方向沿x軸正向，勻強磁場的方向垂直于xOy平面向里．一電子在xOy平面內(nèi)運動時，速度方向保持不變．則電子的運動方向沿(　　) A．x軸正向 B．x軸負(fù)向 C．y軸正向 D．y軸負(fù)向 4.三個完全相同的小球a、b、c帶有相同電量的正電荷，從同一高度由靜止開始下落，當(dāng)落下h1高度后a球進入水平向左的勻強電場，b球進入垂直紙面向里的勻強磁場，如圖4所示，它們到達水平面上的速度大小分別用va、vb、vc表示，它們的關(guān)系是 (　　) A．va>vb＝vc B．va＝vb＝vc C．va>vb>vc D．va＝vb>vc 5．如圖5所示，一束電子以不同的速率沿圖示方向飛入橫截面是一正方形的勻強磁場，下列判斷正確的是 (　　) A．電子在磁場中運動的時間越長，其軌跡越長 B．電子在磁場中運動的時間越長，其軌跡線所對應(yīng)的圓心角越大 C．在磁場中運動時間相同的電子，其軌跡一定重合 D．電子的速率不同，它們在磁場中運動的時間一定不相同 6．如圖6所示，質(zhì)量為m，帶電荷量為q的小球從P點靜止釋放，下落一段距離后進入正交的勻強電場和勻強磁場，電場方向水平向左，磁場方向垂直紙面向里，則小球在通過正交的電場和磁場區(qū)域時的運動情況是 (　　) A．一定做曲線運動 B．軌跡一定是拋物線 C．可能做勻速直線運動 D．可能做勻加速直線運動 五．學(xué)有所得