资源简介

带电粒子在匀强磁场中的运动 学习任务单
【学习目标】
1.知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，能推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式，能解释有关的现象，解决有关实际问题。
2.经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动以及其运动半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关的过程，体会物理理论必须经过实验检验。
3.知道洛伦兹力作用下带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关，能够联想其可能的应用。能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。
【重点难点】
教学重点：1. 掌握运动电荷在匀强磁场中做圆周运动的规律
2.会处理匀强磁场中的临界问题
教学难点：处理粒子在有界匀强磁场中的轨迹及临界问题
【学习过程】问题情境—自主学习—合作探究—展示交流—总结提升。（每个环节要求预设时间）
(5分钟)问题情境：在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动轨迹，你猜想的依据是什么？
（10分钟）自主学习：1、当带电粒子的初速度方向与磁场方向平行时，粒子在匀强磁场中做什么运动 为什么
2、当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做什么运动
画出其运动轨迹并说明理由。
3、一为带电量q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大
（20分钟）合作探究：利用粒子在磁场中的受力，引导同学们自主动手画图，结合圆性质得出本节知识点，从而为下节的粒子在磁场的应用做下铺垫。
（5分钟）展示交流：利用所学，设计课堂练习，自主及小组合作，展示习题，各组同学进行交流。
（5分钟）总结提升：让学生自己分析探究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，推导粒子运动的轨道半径和周期公式，与此同时培养学生的类比模型和转移模型的能力。
【达标检测】
1.质子pH)和α粒子He)以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道半径分别为Rp和Rα,周期分别为Tp和Tα,则下列选项正确的是(　　)
A.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶2
B.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶1
C.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶2
D.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶1
2.如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有一个质量和电荷量确定的正离子，从O点第一次以速度v射入磁场中，射入方向与边界成θ角，第二次以速度2v射入，其他不变。若不计重力，则（　　）
A．运动的轨道半径相同
B．重新回到边界的速度大小不相同
C．重新回到边界的位置与O点距离相同
D．运动的时间相同
3.如图所示，在以原点为圆心、半径为的圆形区域内，存在磁感应强度大小为方向垂直于纸面向里的匀强磁场，、、为磁场边界上的点，、为边界与坐标轴的交点，连线与轴负方向成45°。一带负电粒子从点以速度沿方向射入磁场，恰好从点飞出，粒子在磁场中运动的时间为（ ）
A． B． C． D．
4.如图所示,一束电子(电荷量为e)以速度v由A点垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的有界匀强磁场中,在C点穿出磁场时的速度方向与电子原来的入射方向成30°夹角,则电子的质量是多少 电子穿过磁场的时间是多少
【拓展延伸】
1、带电粒子在有界匀强磁场中的运动
有界匀强磁场是指在局部空间内存在着匀强磁场。如：单直线边界磁场、平行直线边界磁场、矩形边界磁场、圆形边界磁场、三角形边界磁场等。
有界磁场中的对称及临界问题：
(1)直线边界
粒子进出磁场时的速度关于磁场边界对称。
(②)圆形边界
①沿半径方向射入磁场，必沿半径方向射出磁场。
②射入磁场的速度方向与所在半径间夹角等于射出磁场的速度方向与所在半径间的夹角。
(3)平行边界
存在着临界条件:
(4)相交直边界
带电粒子在有界磁场中的临界与极值问题的解法：
认真分析系统所经历的物理过程，找出与临界状态相对应的临界条件，是解答这类题目的关键，寻找临界条件，方法之一是从
最大静摩擦力、极限频率、临界角、临界温度等具有临界含义的物理量及相关规律人手：方法之二是以题目叙述中的一些特殊词语如“恰好”、“刚好”“最大”、“最高”、“至少”为突破口，挖掘隐含条件，探求临界位置或状态。如:
(1)刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。据此可以确定速度、磁感工作应强度、轨迹半径、磁场区域面积等方面的极值。
(2)当速度v一定时，弧长(或弦长)越大，圆周角越大，则带电粒子在有界磁场巾运动的时间越长。

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