高中物理带电粒子在圆形匀强磁场区域中运动的两个特点.docx

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1、特点1入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心,则出射速度方向的反向延长线必过该区域圆的圆心。例1.如图1,圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,现有一电荷量为q,质量为m的正离子从a点沿圆形区域的直径入射,设正离子射出磁场区域方向与入射方向的夹角为,求此离子在磁场区域内飞行的时间。图1解析:设正离子从磁场区域的b点射出,射出速度方向的延长线与入射方向的直径交点为O,如图2,正离子在磁场中运动的轨迹为一段圆弧,该轨迹圆弧对应的圆心O位于初、末速度方向垂线的交点,也在弦ab的垂直平分线上,Ob与区域圆相切,弦ab既是轨迹圆弧对应的弦,也是区域圆的弦,由此可知,OO就是弦ab的垂直平分

2、线,O点就是磁场区域圆的圆心。图2又因为四边形OabO的四个角之和为,可推出,因此,正离子在磁场中完成了1/6圆周,即特点2入射速度方向(不一定指向区域圆圆心)与轨迹圆弧对应的弦的夹角为(弦切角),则出射速度方向与入射速度方向的偏转角为,轨迹圆弧对应的圆心角也为,并且初末速度方向的交点、轨迹圆的圆心、区域圆的圆心都在弧弦的垂直平分线上。如图3,带电粒子从a点射入匀强磁场区域,初速度方向不指向区域圆圆心,若出射点为b,轨迹圆的圆心O在初速度方向的垂线和弦ab的垂直平分线的交点上,入射速度方向与该中垂线的交点为d,可以证明:出射速度方向的反向延长线也过d点,O、d、O都在弦ab的垂直平分线上。图3

3、如果同一种带电粒子,速度方向一定、速度大小不同时,出射点不同,运动轨迹对应的弦不同,弦切角不同,该轨迹圆弧对应的圆心角也不同,则运动时间也不同。例2.如图4所示,在xOy坐标系第一象限内有一个与x轴相切于Q点的圆形有界匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,一带电粒子(不计重力)质量为m,带电荷量为+q,以初速度从P点进入第一象限,经过该圆形有界磁场时,速度方向偏转了,从x轴上的Q点射出。问:在第一象限内圆形磁场区域的半径多大?分析:根据上述特点2可知,速度偏转角为,那么弦切角就为,我们可以先做出弦,并且弦一定过Q点,因此,做出过Q点且平行于y轴的直线,与初速度方向的交点为A,A点就是入射点,AQ就是弦,又因为区域圆在Q点与x轴相切,AQ也是区域圆的直径,如图4。轨迹圆心为Q,圆心角为,为等边三角形,半径,所以圆形磁场区域的半径为也可在图4中体会一下,如果区域圆半径过大或过小,弦(入射点和Q点的连线)也会发生变化,可以看出弦切角不再是,那么偏转角也就不会是了。

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