2013带电粒子在有界磁场中运动的临界问题

《2013带电粒子在有界磁场中运动的临界问题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、带电粒子在有界磁场中运动的临界问题带电粒子在有界磁场中运动的临界问题一、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　　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

2、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　　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）。　　a、带电粒子在穿过磁场时的偏向角由sinθ

3、=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）7带电粒子在有界磁场中运动的临界问题　　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）。　　a、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　　1．给定有界磁场　　（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　　【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

4、于xy平面并指向纸面外，磁感应强度为B。一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ。若粒子射出磁场时的位置与O点的距离为l，求该粒子的电量和质量之比q/m。　　　　（2）确定入射速度的方向，而大小变化，判定粒子的出射范围　　【例2】如图7所示，矩形匀强磁场区域的长为L，宽为L/2。磁感应强度为B，质量为m，电荷量为e的电子沿着矩形磁场的上方边界射入磁场，欲使该电子由下方边界穿出磁场，求：电子速率v的取值范围？7带电粒子在有界磁场中运动的临界问题　　（3）确定入射速度的大小，而方向变化，判定粒子的出射范围　　【例3】（2004年广东省高考试题

5、）如图8所示，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度的大小B=0．60T，磁场内有一块平面感光板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放射源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粒子的电荷与质量之比q/m=5．0×107C/kg，现只考虑在图纸平面中运动的α粒子，求ab上被α粒子打中的区域的长度。　　　　2．给定动态有界磁场　　（1）确定入射速度的大小和方向，判定粒子出射点的位置　　【例4】（2006年天津市理综试题）在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B、方向垂直

6、于纸面向里的匀强磁场，如图10所示。一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿-x方向射入磁场，恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿+y方向飞出。　　（1）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷q/m；　　（2）若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为B′，该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60°角，求磁感应强度B′多大？此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少？　　　　（2）确定入射速度和出射速度的大小和方向，判定动态有界磁场的边界位置　　【例5】（1994年全国高考试题）如图12所示，一带电质点，质量为m，电量为

7、q，以平行于Ox轴的速度v从y轴上的a点射入图中第一象限所示的区域。为了使该质点能从x轴上的b点以垂直于Ox轴的速度v射出，可在适当的地方加一个垂直于xy平面、磁感应强度为B的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆形区域内，试求这圆形磁场区域的最小半径。重力忽略不计。7带电粒子在有界磁场中运动的临界问题　　【巩固练习】　　1．（2005年理综I）如图14所示，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里。许多质量为m带电量为+q的粒子，以相同的速