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带电粒子在有界磁场中运动的分析方法

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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 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、速度与延长线)。 a、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)。 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 (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 [例 1](2001 年省高考试题)如图 5 所示,在 y<0 的区域存在匀强磁场,磁场方向垂直于 xy 平面并指向纸面外,磁感应强度为 B。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,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。 解析:带正电粒子射入磁场后,由于受到洛仑兹力的作用,粒子将沿图 6 所示的轨迹运动,从 A 点射出磁场,O、A 间的距离为 l,射...

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