有界磁场中粒子运动问题归类分析

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带电粒子在有界匀强磁场中的运动问题分类解析

带电粒子在有界匀强磁场中的运动问题分类解析
射磁 场 时 的速 度方 向和从 磁 场射 出时 的速度方

× × × × ×
】 C m
× ×
q / 3
向, 作 出入射 点和 出射点 速度 的垂 线 , 两垂 线 的
×
1 n r m
交点即为轨迹的圆心. 若 已知入射点和出射点 ,
则轨 迹 的 圆心 一定 在入射 点 和 出射 点 的连 线 的
1 0 c m.
× ×
× ×
粒 子 进 出磁 场 边 界其 轨 迹 都 具有 对 称 性. 若粒 子 源 处 在磁 场 中 , 则 当带 电粒 子 的运 动 轨 迹 与
边 界相 切 时为 临界条 件.
例 1 . ( 2 0 1 6・ 辽 宁沈 阳一模 ) 如图 1 所示 ,
图 1

解 题 探 讨
— — —
垂 直平 分 线 上. 平 行 边 界 磁场 问题 中常常 存 在
临界 问 题 , 找到相应 的临界状态 , 画 出临 界 轨
迹, 是解 题 的突破 口.
2 0 3 6 0 。

2 7 C T / I 2a m
_
q B1
9 q B’
在 区域 1 I中 的 运 行 时 间 为 : £ z 一 2 d 一
点评 : 此 题 中 带 电 粒 子
图 2
源处 于磁 场 中 , 在 x o y平 面
内向各个 方 向发 射 速 率 相 同 的粒 子 , 一般 有两 个 临界条 件 : 1 . 最值 相切 : 当带 电粒 子 的运 动轨

在真空中坐标 z 0 平 面的 >0区域 内, 有磁
纵轴 离 开 磁 场 , 所 以 B 点 即

带电粒子在有界磁场中运动的分析方法

带电粒子在有界磁场中运动的分析方法

带电粒子在有界磁场中运动的分析方法一、带电粒子在有界磁场中运动的分析方法1.圆心的确定因为洛伦兹力F指向圆心,根据F⊥v,画出粒子运动轨迹中任意两点(一般是射入和射出磁场两点),先作出切线找出v的方向再确定F的方向,沿两个洛伦兹力F的方向画其延长线,两延长线的交点即为圆心,或利用圆心位置必定在圆中一根弦的中垂线上,作出圆心位置,如图1所示。

2.半径的确定和计算2利用平面几何关系,求出该圆的可能半径(或圆心角),并注意以下两个重要的几何特点:①粒子速度的偏向角φ等于转过的圆心角α,并等于AB弦与切线的夹角(弦切角)θ的2倍,如图2所示,即φ=α=2θ。

②相对的弦切角θ相等,与相邻的弦切角θ′互补,即θ+θ′=180°。

3.粒子在磁场中运动时间的确定3若要计算转过任一段圆弧所用的时间,则必须确定粒子转过的圆弧所对的圆心角,利用圆心角α与弦切角的关系,或者利用四边形内角和等于360°计算出圆心角α的大小,并由表达式,确定通过该段圆弧所用的时间,其中T即为该粒子做圆周运动的周期,转过的圆心角越大,所用时间t越长,注意t与运动轨迹的长短无关。

4.带电粒子在两种典型有界磁场中运动情况的分析①穿过矩形磁场区:如图3所示,一定要先画好辅助线(半径、速度及延长线)。

4a、带电粒子在穿过磁场时的偏向角由sinθ=L/R求出;(θ、L和R见图标)b、带电粒子的侧移由R2=L2-(R-y)2解出;(y见所图标)c、带电粒子在磁场中经历的时间由得出。

②穿过圆形磁场区:如图4所示,画好辅助线(半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线)。

5a、带电粒子在穿过磁场时的偏向角可由求出;(θ、r和R见图标)b、带电粒子在磁场中经历的时间由得出。

二、带电粒子在有界磁场中运动类型的分析(一)轨迹的确定(1)确定入射速度的大小和方向,判定带电粒子出射点或其它6【例1】(2001年江苏省高考试题)如图5所示,在y<0的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外,磁感应强度为B。

带电粒子在有界磁场中运动解题方法总结

带电粒子在有界磁场中运动解题方法总结

带电粒子在有界磁场中运动解题方法总结此类问题的解题关键是寻找临界点,寻找临界点的有效方法是:①轨迹圆的缩放:当入射粒子的入射方向不变而速度大小可变时,粒子做圆周运动的圆心一定在入射点所受洛伦兹力所表示的射线上,但位置(半径R)不确定,用圆规作出一系列大小不同的轨迹图,从圆的动态变化中即可发现“临界点”.例1一个质量为m,带电量为+q的粒子(不计重力),从O点处沿+y方向以初速度射入一个边界为矩形的匀强磁场中,磁场方向垂直于xy平面向里,它的边界分别是y=0,y=a,x=-1.5a,如图所示,那么当B满足条件_________时,粒子将从上边界射出:当B满足条件_________时,粒子将从左边界射出:当B满足条件_________时,粒子将从下边界射出:例2 如图9-8所示真空中宽为d的区域内有强度为B的匀强磁场方向如图,质量m带电-q的粒子以与CD成θ角的速度V0垂直射入磁场中。

要使粒子必能从EF射出,则初速度V0应满足什么条件?EF上有粒子射出的区域?【审题】如图9-9所示,当入射速度很小时电子会在磁场中转动一段圆弧后又从同一侧射出,速率越大,轨道半径越大,当轨道与边界相切时,电子恰好不能从另一侧射出,当速率大于这个临界值时便从右边界射出,依此画出临界轨迹,借助几何知识即可求解速度的临界值;对于射出区域,只要找出上下边界即可。

【解析】粒子从A点进入磁场后受洛伦兹力作匀速圆周运动,要使粒子必能从EF射出,则相应的临界轨迹必为过点A并与EF相切的轨迹如图9-10所示,作出A、P点速度的垂线相交于O/即为该临界轨迹的圆心。

临界半径R0由dCosθRR0=+有: θ+=Cos1dR 0;故粒子必能穿出EF的实际运动轨迹半径R≥R0即:θ+≥=Cos1dqBmvR0有:)Cos1(mqBdv0θ+≥。

图9-8 图9-9 图9-10由图知粒子不可能从P 点下方向射出EF ,即只能从P 点上方某一区域射出;又由于粒子从点A 进入磁场后受洛仑兹力必使其向右下方偏转,故粒子不可能从AG 直线上方射出;由此可见EF 中有粒子射出的区域为PG ,且由图知:θ+θ+θ=θ+θ=cot d Cos 1dSin cot d Sin R PG 0。

带电粒子在有界匀强磁场中运动问题分类分析

带电粒子在有界匀强磁场中运动问题分类分析
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专题07【补充】带电粒子在有界磁场中运动问题

专题07【补充】带电粒子在有界磁场中运动问题

带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析带电粒子在有界磁场中的运动问题,综合性较强,解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、圆周运动的知识,又要用到数学中的平面几何中的圆及解析几何知识。

下面按照有界磁场的形状对这类问题进行分类解析,供参考。

一、带电粒子在半无界磁场中的运动例1、一个负离子,质量为m ,电量大小为q ,以速率V 垂直于屏S 经过小孔O 射入存在着匀强磁场的真空室中(如图1).磁感应强度B 的方向与离子的运动方向垂直,并垂直于图1中纸面向里.(1)求离子进入磁场后到达屏S 上时的位置与O 点的距离. (2)如果离子进入磁场后经过时间t 到达位置P ,证明:直线OP 与离子入射方向之间的夹角θ跟t 的关系是t mqB2=θ。

解析:(1)离子的初速度与匀强磁场的方向垂直,在洛仑兹力作用下,做匀速圆周运动.设圆半径为r,则据牛顿第二定律可得:rVmB q V 2= ,解得Bq m V r =如图2所示,离了回到屏S 上的位置A 与O 点的距离为:AO =2r所以Bqm VAO 2=(2)当离子到位置P 时,圆心角(见图2):t mBq r Vt ==α 因为θα2=,所以t mqB 2=θ. 带电粒子的半无界磁场中的运动问题在高考试题中多次出现:如99年全国高考物理试题第24题、2001年全国高考理科综合试题第30题等。

二、带电粒子在圆形磁场中的运动 例2、圆心为O 、半径为r 的圆形区域中有一个磁感强度为B 、方向为垂直于纸面向里的匀强磁场,与区域边缘的最短距离为L 的O '处有一竖直放置的荧屏MN ,今有一质量为m 的电子以速率v 从左侧沿OO'方向垂直射入磁场,越出磁场后打在荧光屏上之P 点,如图3所示,求O 'P 的长度和电子通过磁场所用的时间。

解析 :电子所受重力不计。

它在磁场中做匀速圆周运动,圆心为O ″,半径为R 。

圆弧段轨迹AB 所对的圆心角为θ,电子越出磁场后做速率仍为v 的匀速直线运动, 如图4所示,连结OB ,∵△OAO ″≌△OBO ″,又OA ⊥O ″A ,故OB ⊥O ″B ,由于原有BP ⊥O ″B ,可见O 、B 、P 在同一直线上,且∠O 'OP =∠AO ″B =θ,在直角三角形OO BSVθ P图1 O BSV θP图2 O / αM NO ,LA O 图3 P M N O ,LA O R θ/2θ θ/2 B P //O'P 中,O 'P =(L +r )tan θ,而)2(tan 1)2tan(2tan 2θθθ-=,Rr =)2tan(θ,所以求得R 后就可以求出O 'P 了,电子经过磁场的时间可用t =VRV AB θ=来求得。

带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析1

带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析1

带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析一、带电粒子在半无界磁场中的运动 【例1】如图所示,真空室内有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度的大小B =0.60T ,磁场内有一块平行感光板ab ,板面与磁场方向平行,在距ab 的距离l =16cm 处,有一个点状的α粒子发射源S ,它向各个方向发射α粒子,α粒子的速度都是v =3.0×106m/s .已知α粒子的电量与质量之比q/m =5.0×107C/kg ,现只考虑在纸平面中运动的α粒子,求ab 上被α粒子打中的区域长度.二、带电粒子在长足够大的长方形磁场中的运动【例2】长为L 间距为d 的水平两极板间,有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感强度为B ,两板不带电,现有质量为m ,电量为q 的带正电粒子(重力不计),从左侧两极板的中心处以不同速率v 水平射入,欲使粒子不打在板上,求粒子速率v 应满足什么条件.图3v 2v【例3】如图4所示,A 、B 为水平放置的足够长的平行板,板间距离为m d 2100.1-⨯=,A 板中央有一电子源P ,在纸面内能向各个方向发射速度在s m /102.3~07⨯范围内的电子,Q为P 点正上方B 板上的一点,若垂直纸面加一匀强磁场,磁感应强度T B 3101.9-⨯=,已知电子的质量kg m 31101.9-⨯=,电子电量C e 19106.1-⨯=,不计电子的重力和电子间相互作用力,且电子打到板上均被吸收,并转移到大地.求:(1)沿P Q方向射出的电子击中A 、B 两板上的范围.(2)若从P点发出的粒子能恰好击中Q点,则电子的发射方向(用图中θ角表示)与电子速度的大小v 之间应满足的关系及各自相应的取值范围..【例4】如图11-3-16所示,一足够长的矩形区域abcd 内有磁感应强度为B ,方向垂直纸面向里的匀强磁场,现从ad 边的中点O 处,以垂直磁场且跟ad 边成30º角的速度方向射入一带电粒子.已知粒子质量为m ,带电量为q ,ad= l ,不计粒子重力.(1)若粒子从ab 边上射出,则入射速度v 0的范围是多少? (2)粒子在磁场中运动的最长时间为多少? 三、带电粒子在“三角形磁场区域”中的运动 【例5】在边长为2a 的三角形ABC 内存在垂直纸面向里的磁感强度为B的匀强磁场,有一带正电q ,质量为m 的粒子从距A点a 3的D点垂直AB 方向进入磁场,如图7所示,若粒子能从AC 间离开磁场,求粒子速率应满足什么条件及粒子从AC 间什么范围内射出.图7DB【例6】边长为100cm 的正三角形光滑且绝缘的刚性框架ABC 固定在光滑的水平面上,图内有垂直于框架平面B =0.5T 的匀强磁场.一质量m =2×10-4kg ,带电量为q =4×10-3C 小球,从BC 的中点小孔P 处以某一大小的速度垂直于BC 边沿水平面射入磁场,设小球与框架相碰后不损失动能.求:(1)为使小球在最短的时间内从P 点出来,小球的入射速度v 1是多少? (2)若小球以v 2=1m/s 的速度入射,则需经过多少时间才能由P 点出来?练习:1.如图所示有一边界为矩形的磁场,一带电量为q 、质量为m 的带负电的粒子到达坐标中(a ,b )点时速度为v ,方向与x 轴方向相同,欲使粒子到达坐标原点时速率仍为v ,但方向与x 轴方向相反,则所在磁场的方向应为_____,磁感应强度的大小B =________,在图中标出磁场分布的最小范围.2.一个负离子,质量为m ,电量大小为q ,以速率V 垂直于屏S 经过小孔O 射入存在着匀强磁场的真空室中(如图1).磁感应强度B 的方向与离子的运动方向垂直,并垂直于图1中纸面向里.(1)求离子进入磁场后到达屏S 上时的位置与O 点的距离.(2)如果离子进入磁场后经过时间t 到达位置P ,证明:直线OP 与离子入射方向之间的夹角θ跟t 的关系是θ=qBt/2m 。

带电粒子在“有界”磁场中运动问题分类解析

带电粒子在“有界”磁场中运动问题分类解析

带电粒子在“有界”磁场中运动问题分类解析2带电粒子在“有界”磁场中运动问题分类解析一、求解带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动时,一般先根据题意画出运动的轨迹,确定圆心,从而根据几何关系求出半径或圆心角,然后利用半径公式、周期公式求解。

1、首先确定圆心:一个基本思路:圆心一定在与速度方向垂直的直线上。

三个常用方法:方法一:利用两个速度垂线的交点找圆心由于向心力的方向与线速度方向互相垂直,洛伦兹力(向心力)沿半径指向圆心,知道两个速度的方向,画出粒子轨迹上两个对应的洛伦兹力,其延长线的交点即为圆心。

例1:如图1所示,一个质量为m 电荷量为q 的带电粒子从x 轴上的P (a ,0)点以速度v ,沿与x 正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中,并恰好垂直于y 轴射出第一象限。

求匀强磁场的磁感应强度B 和射出点的坐标。

解析:分别由射入、射出点做两条与速度垂直的线段,其交点O 即为粒子做圆运动的圆心,由图可以看出,轨道半径为3260sin a a r ==,洛仑兹力是向心力r mv qBv 2= ,由①②解得aq mv B a r 23,32==.射出点的纵坐标为(r+rsin30°)=1.5r,因此射出点坐标为(0,a 3)。

方法二:利用速度的垂线与弦的中垂线的交点找圆心带电粒子在匀强磁场中做匀速运动时,如果已知轨迹上的两点的位置和其中一点的速度方向,可用联结这两点的弦的中垂线与一条半径的交点确定圆心的位置。

例2:电子自静止开始经M 、N 板间(两板间的电压为U )的电场加速后从A 点垂直于磁场边界射入宽度为d 的匀强磁场中,电子离开磁场时的位置P 偏离入射方向的距离为L ,如图2所示,求:(1)正确画出电子由静止开始直至离开磁场时的轨迹图; (2)匀强磁场的磁感应强度.(已知电子的质量为m ,电量为e )解析:(1)联结AP 的线段是电子圆运动轨道上的一条弦,做弦AP 的中垂线,由于电子通过A 点时的速度方向与磁场左边界垂直,因此过A 点的半径与磁场的左边界重合。

试析高中物理带电粒子在有界磁场中运动问题的解题规律及方法

试析高中物理带电粒子在有界磁场中运动问题的解题规律及方法

试析高中物理带电粒子在有界磁场中运动问题的解题规律及方法摘要:高中阶段对于物理的学习,带电粒子在有界磁场中的运动绝对是一个重难点,也是高考物理拿分制胜的关键。

本文详细归纳了此类问题的注意事项及解题策略,通过对不同边界形状磁场问题的分析,总结了相应的解题思路及解题方法。

关键词:有界磁场;洛伦兹力;解题方法带电粒子在有界磁场里的运动这类问题在高考物理中出现的频率很高,这类问题有很强的综合性和逻辑性。

我们在学习中往往由于没有掌握做题方法而出现解题错误。

有界磁场中,掌握磁场的界对解题有重要的帮助,能够有效提高我们的解题能力。

另外,由于这部分内容不仅在高考中所占比重大,也能够锻炼我们的思维能力,所以我们必须对其加强学习,注意思考和总结。

本文通过严谨的思考,归纳出了一整套基本的解题方法及思路,并通过具体例题加以强化。

1.注意事项及解题策略1.1注意“界”的概念提到对有界磁场的分析,我们首先要明确“界”的概念。

很多时候磁场的界并不是直接给出的,而是隐藏在题目中,需要我们通过分析去发现隐藏条件。

比如,题目中出现“恰好静止、刚好匀速、最大速度、最小速度”之类的字眼,我们就需要注意了,这些都是界的提示,我们在解题过程中一定要抓住这些隐藏条件。

找出磁场边界的位置是正确解题的前提条件,所以我们必须重视这一点。

1.2解题策略探讨掌握了“界”的概念,我们还要有正确的解题策略。

无论是数学问题还是物理问题,一套逻辑严谨的解题策略对于解答问题都有着至关重要的作用。

有界磁场中的运动分析的问题主要有两种解题策略。

一是直接解题,二是间接解题。

直接解题就是直接利用我们提炼出来的“界”的条件,然后利用基本公式按部就班的解题,这种方法简单易懂,是简单题中的常用方法。

间接解题要求我们利用已知条件,结合相关物理规律做出合理的假设,也可以利用数学模型,或者作图法对题目进行分析。

通过分析得出场的边界条件,再利用相关公式进行计算。

这种方法综合性较强,但是在综合题中也比较常用,我们必须掌握。

带电粒子在有界磁场中的运动分析

带电粒子在有界磁场中的运动分析

成为带电粒子轨迹圆的弦, 带电粒子进磁场时速度与边界的
夹角和出磁场时速度与边界的夹角相同, 即具有对称性; 若
粒子源处在磁场中, 则当带电粒子的运动轨迹与边界相切时
为临界约束条件。 这类题型解题的关键是要抓住粒子的入射
点和出射点, 通过找圆心、 描轨迹、 定角度、 作辅助线的画
图程序, 构建与磁场边界因素有关的直角三角形, 求出带电
GUANG DONG JIAO YU GAO ZHONG
作 OP 的垂直平分线与 x 轴的交点为圆心, 如图 3 (甲) 所 示, 根据直角三角形有:
子在有界匀强磁场中作匀速圆周运动的一般方法是弄清有界
磁场边界的特点和涉及的临界情况, 确定圆弧轨迹的圆心位
置, 准确画出运动轨迹图 (或动态轨迹图), 灵活运用数学知
识和物理规律, 找到已知量与轨迹半径 R、 周期 T 的关系来
求解。
1. 单直线边界磁场 (1 条边界线)
解题策略: 若带电粒子从单直线边界射入, 磁场边界则
R
qB
或根据轨迹图和几何约束条件, 利用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ面几何关系求出轨迹
半径。
4. 求时间:
利用周期公式
T=
2仔m qB
和轨迹圆弧所对应的圆
心角可得,
t=
琢 2仔
T;
或由
t=
R兹 v

可求出粒子在磁场中的运
动时间。
二、 边界磁场的分类与解题策略
按照有界磁场的形状来分, 有界磁场可分为单直线边界
磁场、 三角形边界磁场、 圆形边界磁场等类型。 解决带电粒
得边界条件和临界条件就不尽相同, 但此类题型终归是属于
带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动的问题, 所以处理这

带电粒子在有界磁场中运动的极值问题归类分析

带电粒子在有界磁场中运动的极值问题归类分析

带电粒子在有界磁场中运动的极值问题归类分析
1、偏爱伽马带:由于引力场中带有一个外力源,使得粒子处于一个较低的偏爱伽马带,其磁场偏折或升力变化极值范围内的偏爱伽马带的形状也发生变化。

2、电流极值:由于粒子受到一个外力源的影响,使其电流发生变化,从而引起粒子运动的极值问题。

3、电荷极值:当粒子受到电力以外的影响时,其电荷也将发生变化,对粒子运动的极值分析也有一定影响。

4、有限磁场:有限磁场能够促进电子及粒子运动,有限磁场会引起粒子运动的极值问题。

5、粒子势能极值:由于受外力的影响,粒子的势能会发生偏移,这会影响其运动的极值问题。

带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题分析

带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题分析

带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题分析带电粒子在有界匀强磁场中的运动是物理学中一个重要的研究课题,其研究已被广泛应用于宇宙航行、太空探测、激光前沿技术等领域。

本文主要就带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题作一个较为详细的分析,以期更好地理解其在物理学上的重要意义。

首先,我们先介绍一下带电粒子在有界匀强磁场中运动的基本原理。

由于带电粒子处于磁场中,粒子会受到一种被称之为磁力线圈的作用,磁力线圈构成的磁力线将使粒子在其中运动时产生一种恒定的力,从而使粒子留在磁场中。

其次,由于粒子运动的力学原理,粒子的运动轨迹并非直线,而是一个曲线,这是由于粒子在运动过程中产生的旋转作用力而实现的。

最后,由于粒子在磁场中受到摩擦力的作用,使粒子在磁场中运动时会受到一定的减速作用,从而使磁场有一定的收容能力。

接下来,我们就如何分析带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题作一个详细的分析。

先,要研究带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题,需要先计算出粒子的动量方程。

此外,由于粒子在磁场的运动方式是有界的,所以要求将它的动量方程添加上一个边界条件。

在这里,边界条件应当是粒子在磁场中的最大动量。

其次,在粒子运动过程中,它会受到一定大小的摩擦力,产生减速作用。

因此,分析此类问题,还需要考虑运动方程中的摩擦力项,以及其对粒子运动引起的减速作用。

最后,为了更好地分析带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题,可以使用数值模拟的方法,计算粒子的运动轨迹并实现一个虚拟的磁场。

通过对带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题的分析,我们可以看出,这一课题在物理学方面有着极为重要的意义。

它不仅可以让我们更加深入的理解磁场的作用机理,更可以应用到航天等领域,为技术发展和宇宙航行提供一定的指导和帮助。

总之,本文通过对带电粒子在有界匀强磁场中运动的动态问题的详细分析,使我们更加清楚了带电粒子在有界匀强磁场中的运动轨迹,理解了它在物理学中的重要意义,并指出了其在宇宙航行和先进技术中的应用可能性。

有界磁场中带电粒子的运动性质研究

有界磁场中带电粒子的运动性质研究

有界磁场中带电粒子的运动性质研究在物理学中,磁场是一种基本的力场,它对带电粒子的运动产生重要影响。

当带电粒子在一个有界的磁场中运动时,其运动性质表现出一系列有趣的现象。

本文将就有界磁场中带电粒子的运动性质进行研究。

1. 磁场的定义磁场是由磁荷产生的一种力场,在物理学中用矢量场表示。

磁场中的磁感应强度可以用磁感线来表示,磁感线的密度表示磁场的强度。

当带电粒子进入有界磁场中时,它将受到磁场力的作用,从而影响其运动轨迹。

2. 圆周运动当带电粒子以一定的速度进入有界磁场中时,它将沿着磁感线方向受到一个向心力的作用,导致带电粒子围绕磁场中心轴线做圆周运动。

这种运动被称为磁场中的圆周运动。

根据洛伦兹力的公式,可以得到带电粒子在磁场中受到的力和加速度,进而推导出圆周运动的半径和周期。

3. 螺旋运动在特定条件下,带电粒子在有界磁场中的运动可能表现出螺旋运动。

当带电粒子的运动轨迹不仅有径向分量,还有沿磁感线方向的分量时,将出现螺旋运动的情况。

螺旋运动可以由洛伦兹力的公式和粒子动力学方程推导得出,通过调整磁场强度和粒子的初始条件,可以实现不同类型的螺旋运动,如椭圆螺旋和螺线管运动。

4. 偏转角度与速度关系在有界磁场中,带电粒子的偏转角度与其速度有着密切的关系。

通常情况下,速度越快的带电粒子在磁场中偏转的角度越小,而速度较慢的带电粒子则会偏转更多。

这是因为洛伦兹力与带电粒子的速度成正比,速度越快,作用时间越短,从而产生较小的偏转角度。

5. 色散效应在磁场中,带电粒子的运动也会受到色散效应的影响。

色散现象是指带电粒子在磁场中的运动轨迹与其动能有关,不同动能的粒子将表现出不同的运动性质。

例如,具有较高动能的带电粒子将沿着更大的半径做圆周运动,而低能量的带电粒子则会偏转更大的角度。

总结:有界磁场中带电粒子的运动性质是一个复杂而有趣的研究领域。

通过研究磁场对带电粒子的力学作用,我们可以揭示带电粒子在不同磁场中的运动规律,并深入理解基本粒子的物理性质。

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2 粒 子 初速 度 的大小确 定 , 向变化 . 方
放大轨迹圆: 根据初速度方 向确定 圆心所在 的
、 × 直线 , 逐渐放大粒子运动的轨迹 圆, 找到临界点.×


O 、 、Fra bibliotek_ ×l x
_ _
例 1 如 图 1所 示 ,

截 面为直 角三 角形 的 区
e 为 使 电 子 能从 a , c边 射 出 , 电子 入 射 速 度 求
应 该 满足 的条 件.
都 是 口一 3 0 0 m/ . . ×1 s 已知 口 粒子 的 电量 与质
分 析 如 图 2 ,电
子 入 射 速 度 。方 向 一
量 之 比 q m 一 5 0×1 / g 现 只考 虑在 纸平 / . 0C k , 面 中运 动 的 a粒子 , 求 上被 粒 子 打 中的 区
垂 直 于 纸 面 , 子 飞 出磁 场 区 粒
万摄 氏 度 以 上 的 高 温 , 把 高 温 为 条 件 下 高速 运 动 的 离子 约 束 在 小 范 围 内 , 常 采 用磁 约 束 的 方 法 . 通
a 子做 圆周 运 动的半 径 一定. 粒 子 的速 度 方 粒 向为各个 方 向, 意作 出以 S点为起 点 , 任 半径 为 1 c 的一 个轨 迹 圆 , S点 旋转 该 轨迹 圆 , 0m 绕 与 边有 一系 列 的 交点 , 图 4 a , 图 中 可 以 如 ()从
找 出满足 题 意 的临界条 件.
21 0 1年第 1 O期
物 理 中 的思 想 和 方 法
《 理 天 地 》 中版 数 高

物理 中的思想和方法 ・
有 界 磁 场 中粒 子 运 动 问 题
石 超 黄 卫 红 ( 苏省邗江 中学 250) 江 209 1 粒 子 初 速 度 的 方 向 确 定 。 小 变 化 . 大
例 4 核 聚 变反 应 需要 几 百
所 以 P】 P2一 MPl MP2— 2 c + 0 m.
3 粒 子初 速 度的 大小 、 向均 确定 . 方 平移 轨迹 圆 : 据 初 速 度 的 大 小 和方 向求 根 出轨迹 圆的半径 , 出任 意一 轨迹 圆 , 渐平 移 画 逐 该 轨迹 圆 , 到满足 题 意 的条件 . 找
《 理 天 地 》 中 版 数 高
物 理 中 的 思 想 和 方 法
21 O 1年第 1 0期
M N — S — r一 1 c , N 一 6 m 。 Q 0m S c
4 粒 子 初 速 度 的 大 小 、 向 均 不 确 定 . 方

MPl一 8 m , c
放大 旋转 轨迹 圆 : 电粒子 的初 速度 大小 、 带 方 向均不 确 定 时 , 采 用 边 放 大边 旋 转 轨迹 圆 可 的方法 找 到满足 题 意 的条件 .
例 3 如 图 5 所 示 , 质 量 为 一 = 1× 1 。 g 带 电 量 为 q一 2 1 C 的 粒 子 以初 速 0 k 、 × O 度 o一 2 s从 0 点 沿 轴 正 方 向射 入 磁 感 应 m/
强 度 为 B 一 1 的 圆 形 匀 强 磁 场 区域 , 场 方 向 T 磁
= = = = = =

磁 场 ,磁 场 方 向 垂 直 × X × ×L< × X t X
于纸 面 向 里 , 感 应 × × × 磁
0 6 磁 场 内 有 一 块 . T,
×x × ×
图3
感 应 强 度 为 B, 角 形 三
区 域 的 边 长 为 L , 0— 3 。 一 电 子 从 边 界 0.
域 长度.
定 , 匀 速 圆周 运 动 的 做 圆心 在 与 垂 直 的 直 线∞ . 上 随着 。的增 大, 圆的半 径 增大 , 圆心
从 0 一 0 一 0 —0, 3
图 2
其 中 电子 以速度 V l射 人 磁 场 时 轨 迹 恰 好 与 C t C
边 相切 于 E点 , 以速度 射入 磁 场时 轨迹 恰好 与 b c边相 切 于 F点 , 使 电子 能从 a 边 射 出 , 为 c 电子 的速度 应该 满 足 < 7 < 7 . . 1 。 d 电子 以速 度 口 射入 磁场 时 , 有
域 内, 一 个 具 有 理 想 有
边 界 的 匀 强 磁 场 , 场 磁
方向垂直纸 面向里, 磁
一 示 ,真 空 室 内有 匀 强
图1
强 度 的 大 小 B 一
旋转 轨 迹 圆 : 据 初 速 度 大 小 求 出 轨迹 的 根 半径 , 以起始 点和 半径 大小 画 出一轨 迹 圆 , 渐 逐 旋 转该 轨迹 圆 , 找到满 足题 意 的条件 . 例 2 如 图 3所 x x × × × × × × ×
R + R m 3 。一 s 0 L

【) a 图 4
() b
分析
a粒子 的速度 大 小一 定 , 据 根
r —
R 一

my





1 . m




电子 以速度 7 d 射入 磁场 时 , 有
Rz 一 L c o z 一 。s R ,

所 以
一 A


如 图 4 b ,b上 被 a粒 子打 中 的区域 在 P ()a 与P 之 间.
SP = r 一 2 c , M — L 一 1 c 。 z= :2 0m S 6m

< <

fBL 3e


MP,一 1 c 2 m。
・ 33 ・
外侧 经过 的 中点O 与口 6成 3 。 O 角垂直 于磁 场
方 向射 入 磁 场 内 , 已知 电 子 的 质 量 为 m , 量 为 电
平行 感光板 , 面与 磁 场 方 向平 行 , 距 板 在
的距 离L一 1 c 处 , 6m 有一 个点 状 的 a粒子发 射
源 S, 向 各 个 方 向 发 射 a粒 子 , 粒 子 的 速 度 它 0 /
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