江蘇省東臺(tái)市高中物理 第三章 磁場(chǎng) 3.6.3 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（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(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) （三） 班級(jí) 姓名 ， 1課時(shí) 使用時(shí)間 一.學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．學(xué)會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問題。 2．掌握帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題的解題方法，會(huì)分析多解問題、臨界問題、極值問題。 重點(diǎn)： 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題 難點(diǎn)： 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題 二、自學(xué)檢測(cè) 1．當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，帶電粒子所受洛倫茲力F＝0 ，粒子做 運(yùn)動(dòng)． 2．當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，帶電粒子所受洛倫茲力F＝qvB ，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做 運(yùn)動(dòng),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(chǎng)中會(huì)受到安培力作用，由于安培力的方向與電流的方向、磁場(chǎng)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(qiáng)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(diǎn)： (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(qiáng)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(shí)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(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.金屬桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上．當(dāng)回路總電流為I1時(shí)，金屬桿正好能靜止．求： (1)這時(shí)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(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷施加作用，從而控制其運(yùn)動(dòng)方向，但電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)電荷的作用特點(diǎn)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(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)，使該離子穿過該區(qū)域，并使偏轉(zhuǎn)角也為θ，(不計(jì)離子的重力)求： (1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？ (2)離子穿過電場(chǎng)和磁場(chǎng)的時(shí)間之比是多大？ 三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 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(chǎng)中所受的洛倫茲力會(huì)隨速度的變化而變化，而洛倫茲力的變化可能會(huì)引起帶電粒子(帶電體)運(yùn)動(dòng)情況的變化，因此應(yīng)把帶電粒子(帶電體)的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)情況分析，明確帶電粒子(帶電體)的運(yùn)動(dòng)過程和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，選擇恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)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(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往同時(shí)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(chǎng)中做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，常選用動(dòng)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(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直xOy平面向外,電場(chǎng)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(diǎn)以水平速度v0向右拋出，與x軸成45角經(jīng)x軸上M點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)和磁場(chǎng)，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從坐標(biāo)原點(diǎn)第一次離開電場(chǎng)和磁場(chǎng)．不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g.求： (1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向； (2)磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，電場(chǎng)豎直向上，磁場(chǎng)垂直紙面向里．一帶電小球從軌道上的A點(diǎn)由靜止滑下，經(jīng)P點(diǎn)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后，恰好沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng)．則可判定 (　　) A．小球帶負(fù)電 B．小球帶正電 C．若小球從B點(diǎn)由靜止滑下，進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后將立即向上偏 D．若小球從B點(diǎn)由靜止滑下，進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后將立即向下偏 2．如圖5所示，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(chǎng)時(shí)不偏轉(zhuǎn)(不計(jì)重力)，則磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)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(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O′，并處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)，懸線與豎直方向夾角為θ.則磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)同時(shí)又垂直于磁場(chǎng)邊界的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.17 T,磁場(chǎng)的寬度L＝10 cm，如圖7所示． (1)帶電粒子離開磁場(chǎng)時(shí)的速度多大？ (2)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)多長(zhǎng)時(shí)間？ (3)帶電粒子在離開磁場(chǎng)時(shí)偏離入射方向的距離d為多大？(g取10 m/s2) 四、檢測(cè)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(yùn)動(dòng)情況，下述說法中正確的是(　　) A．沿路徑a運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑越來越大 B．沿路徑a運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑越來越小 C．沿路徑b運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑越來越小 D．沿路徑b運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)磁場(chǎng)，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(chǎng)，初速度的大小為v1，從D點(diǎn)射出磁場(chǎng)時(shí)的速率為v2，則下列說法中正確的是(粒子重力不計(jì))(　　) A．v2>v1，v2的方向的反向延長(zhǎng)線必過圓心 B．v2＝v1，v2的方向的反向延長(zhǎng)線必過圓心 C．v2>v1，v2的方向的反向延長(zhǎng)線可能不過圓心 D．v2＝v1，v2的方向的反向延長(zhǎng)線可能不過圓心 3．如圖3所示，在xOy平面內(nèi)，勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向沿x軸正向，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直于xOy平面向里．一電子在xOy平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度方向保持不變．則電子的運(yùn)動(dòng)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(gè)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(jìn)入水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，b球進(jìn)入垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖4所示，它們到達(dá)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(qiáng)磁場(chǎng)，下列判斷正確的是 (　　) A．電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，其軌跡越長(zhǎng) B．電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，其軌跡線所對(duì)應(yīng)的圓心角越大 C．在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的電子，其軌跡一定重合 D．電子的速率不同，它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)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(diǎn)靜止釋放，下落一段距離后進(jìn)入正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向左，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，則小球在通過正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況是 (　　) A．一定做曲線運(yùn)動(dòng) B．軌跡一定是拋物線 C．可能做勻速直線運(yùn)動(dòng) D．可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 五．學(xué)有所得