新課標(biāo)魯科版3-1選修三63洛侖茲力的應(yīng)用2-在線瀏覽
2025-02-10 16:10本頁面
【正文】 作圖，我們再一次認(rèn)識到，洛侖茲力總是與粒子的運動方向垂直． 所以洛侖茲力 對帶電粒子究竟會產(chǎn)生什么影響？ 這樣一來粒子還能做直線運動嗎？ —— 改變速度的方向，但不變速度大小，所以如果沒有其他力的作用，粒子將做曲線運動。 板書（課題）：帶 電粒子在磁場中的運動． 【新課內(nèi)容】 1. 帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律 研究帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律應(yīng)從哪里著手呢？我們知道，物體的運動規(guī)律取決于兩個因素：一是物體的受力情況；二是物體具有的速度，因此，力與速度就是我們研究帶電粒子在磁場中運動的出發(fā)點和基本點． 黑板上畫的粒子，其速度及所受洛侖茲力均已知，除洛侖茲力外，還受其它力作用嗎？嚴(yán)格說來，粒子在豎直平面內(nèi)還受重力作用，但通過上節(jié)課的計算，我們知道，在通常情況下，粒子受到的重力遠遠小于洛侖茲力，所以，若在研究的問題中沒有特別說明或暗示，粒子的重力是可以忽 略不計的，因此，可認(rèn)為黑板上畫 的粒子只受洛侖茲力作用． 為了更好地研究問題，我們今天來研究一種最基本、最簡單的情況，即粒子垂直射入勻強磁場，且只受洛侖茲力作用的運動規(guī)律． 下面，我們從洛侖茲力與速度的關(guān)系出發(fā)，研究粒子的運動規(guī)律，洛侖茲力與速度有什么關(guān)系呢？ 第一、洛侖茲力和速度都與磁場垂直，洛侖茲力和速度均在垂直于磁場的平面內(nèi)，沒有任何作用使粒子離開這個平面，因此，粒子只能在洛侖茲力與速度組成的平面內(nèi)運動，即垂直于磁場的平面內(nèi)運動． 第二、洛侖茲力始終與速度垂直，不可能使粒子做直線運動，那做什么運動？— — 勻速 圓周運動，因為洛侖茲力始終與速度方向垂直，對粒子不做功，根據(jù)動能定理可知，合外力不做功，動能不變，即粒子的速度大小不變 ，但速度方向改變；反過來，由于粒子速度大小不變，則洛侖茲力的大小也不變，但洛侖茲力的方向要隨速度方向的改變而改變，因此，帶電粒子做勻速圓周運動，所需要的向心力由洛侖茲力提供． 分析推理得出 的結(jié)果是否正確呢？最好的方法就是用實驗來驗證．教師介紹洛侖茲力演示儀的 構(gòu)造、原理，然后操作演示不加磁場和加磁場兩種情況下，電子射線的徑跡． 從演示中，同學(xué)們觀察到的現(xiàn)象是什么？ —— 在不加磁場的 情況下，電子射線的徑跡是直線；在加垂直于速度的勻強磁場情況下，電子射線的徑跡是圓． 這就證明了上述的分析、推理是正確的，到此，我們就可下結(jié)論了：帶電粒子垂直射入勻強磁場，在只受洛侖茲力作用的情況下，粒子在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動 。 因此周期與速度和半徑無關(guān)。但對這個 規(guī)律必須有一個正確的理解． 憑經(jīng)驗我們知道，跑步比賽時，跑得越快經(jīng)歷的時間就越 短．為什么帶電粒子在磁場中運動的時間與 v、 r無關(guān)呢？它與跑步比賽有何不同呢？ —— 跑步比賽時，跑的是大小相等的圈，速率越大，時間就越短．而粒子在磁場中運動的圓大小是隨速率的增大而增大的．從半徑公式可知：速率增大一倍，半徑也增大一倍，圓周長也 增大一倍，所以周期不變，因此帶電粒子在磁場中的運動周期與 v、 r
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