圆形有界磁场问题的分类及解析 1、对心飞入问题 【例1】电视机的显像管中,电子束的偏转是用磁偏转技术实现的
电子束经过电压为U的加速电场后,进入一圆形匀强磁场区,如图1所示
磁场方向垂直于圆面
磁场区的中心为O,半径为r
当不加磁场时,电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点
为了让电子束射到屏幕边缘,需要加磁场,使电子束偏转一已知角度θ,此时磁场的磁感应强度B应为多少
解析:如图2所示,电子在磁场中沿圆弧ab运动,圆心为C,半径为R
可证三角形△CaO ≌ △CbO,则∠CbO=90°,电子离开磁场时速度的反向延长线经过O点
由几何关系可知 tanθ2=rR 又有 eU = 12mv2 evB=mv2R 三式联立解 B = 1r2mUe tanθ2 点评:粒子沿半径方向飞入圆形匀强磁场,必沿半径方向飞出磁场
2、圆心出发问题 【例2】 一匀强磁场,磁场方向垂直于xOy平面,在xOy平面上,磁场分布在以O点为中心的一个圆形区域内
一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,由原点O开始运动,初速度为v,方向沿x轴正方向
后来粒子经过y轴上的P点,此时速度方向与y轴的夹角为30°,P到O的距离为L,如图3所示
不计重力的影响
求磁场的磁感应强度B的大小和xy平面上磁场区域的半径R
解析:如图4所示,粒子在磁场中轨迹的圆心C必在y轴上,且P点在磁场区之外
粒子从A点离开磁场区,设轨迹半径为r
则 L= r+rsin30°=3r 又 qvB=mv2r 可求得 B=3mvqL 磁场区域的半径 R=2rcos30°= 3r= 3 3L 点评:画轨迹时可先画一个完整的圆,然后分析粒子从圆周上哪一点离开,速度方向才会与题意相符,只要找到了离场点,问题就能解决了
3、最长时间(最大偏角)问题 【例3】如图5所示,在真空中半径r=3
0×10-2m的圆形区域内,有磁感应强度B=0