带电粒子在匀强磁场中的运动专题复习总结doc.docx
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带电粒子在匀强磁场中的运动专题复习总结doc
带电粒子在匀强磁场中的运动
1.若v//Bf带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做运动.
2.若卩丄〃，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度川故运动.
1•圆心的确定
（1）基本思路：
过轨迹上某点作与速度方向垂直的直线和
弦的中垂线一定过圆心.
（2）两种情形
①已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心（如11一2—7甲所示，图中P为入射点,M为出射点）.
②已知入射方向、入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其屮垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心（如图11-2-7乙所示，
；XXX；
P为入射点,M为出射点）.
2.带电粒子在不同边界磁场中的运动
⑴直线边界（进出磁场具有对称性，如图11-2-8所示）
（2）平行边界（存在临界条件，如图11-2-9所示）
（3）圆形边界（沿径向射入必沿径向射出，如图11-2-10所示）
3.半径的确定
用几何知识（勾股定理、三角函数等）求出半径大小.
4.运动时间的确定
粒子在磁场中运动一周的时间为T,当粒子运动的圆弧所
对应的圆心角为a时，其运动时间由下式表示：
aaq
r=36（Fr（或t=2^'
5.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法——三步法
（1）刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹和边界相切.
ry
（2）当速度一定时，弧长越长，圆心角越大，则带电粒子在磁场中运动的时间越长，可由t=^T或
/=制为弧长）來计算（3）在同一磁场中，同一带电粒子的速率e变化时，7不变，其运动轨迹对
应的圆心角越大，运动时间越长.
题型一洛伦兹力大小的计算与方向判断
1.如图所示，一个带正电的小球沿光滑的水平绝缘桌面向右运动，速度的方向垂直于一个水平方向的匀强磁场，小球飞离桌子边缘落到地板上.设其飞行吋间为S，水平射程为S"落地速率为V—撤去磁场，其余条件不变时，小球飞行时间为t2,水平射程为S2,落地速率为陀，则（）
A・ti_>t2B.S1>S2C・S1V2加小
2.摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动平面与磁场方向垂直，如图所示，球在最高点A
时，摆线与竖直角度为°且摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为q,质量为m,磁感
应强度为B,当球从最高处摆到最低处吋，摆线上的拉力F多大?
题型二带电粒子在有界磁场中的运动问题
3.带电粒子的质量m二1.7X10_27kg,电荷量q二1.6X1O'19C,以速度v=3.2X106m/s沿着垂直于磁场方向又垂直磁场边界的方向进入匀强磁场，磁场的磁感应强度为B二0.17T,磁场宽度为＞10cm,求：
（不计重力）.
（1）带电粒子离开磁场时的偏转角多大？
（2）带电粒子在磁场中运动的时间是多少？
子在离开磁场时偏离入射方向的距离d多大？
4.
题型三
“对称法”在带电粒子圆周运动中的应用
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60。
，求此离子在磁场区域内飞行的时间。
5.如图所示，在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，一个不计重力的带电粒子从坐标原点0处以速度v进入磁场，粒子进人磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120°角，若粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a,则该粒子的比荷和所带电荷的正负是（）
X
XV4
X
X
X
X
■
-
X
Bx
X
-
X
X
O
X
D・―,負輪
6•如右图所示，在某空间实验室小，有两个靠在一起的等大的圆柱形区域，分别存在着等大反向的匀强磁二L
场，磁感应强度B=0.10T,磁场区域半径r=亏⑴皿左侧区圆心为01,磁场向里，右侧区圆心为02,
磁场向外.两区域切点为C.今有质量m=3.2X10-26kg.带电荷量q=l.6X10-19C的某种离子，
从左侧区边缘的A点以速度v=106m/s正对01的方向垂直磁场射入，它将穿越C点后再从右侧区穿出.求:
（1）该离子通过两磁场区域所用的时间.
（2）离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离为多大？
（侧移距离指垂直初速度方向上移动的距离）
y
1►
Q
a-
0
X
例1.如图11-2-18所示，在第一彖限有一匀强电场，场强大小为E,方向与y轴平行；在x轴下方有一匀强磁场，磁场方向与纸而垂直.一质量为加、电荷量为一>0）的粒子以平行于兀轴的速度从y轴上的P点处射入电
场，在兀轴上的0点处进入磁场，并从坐标原点0离开磁场.粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点.已知OP=l,0Q=2©.不计重力.求：
（1）M点与坐标原点0间的距离；
（2）粒子从P点运动到M点所用的时间.
例2・（2010-宁波模拟）如图11—2—26所不，一个质量为加、电荷量为q的正离子，
从A点正对着圆心O以一定的速度射入半径为R的绝缘圆筒中.圆筒中存在垂育纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.若离子与圆筒内壁碰撞2次后仍从4点射出.设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和屯荷量损失，不计粒子的重力.求：
（1）离子速度需要满足的条件.
（2）
离子在磁场屮运动的时间.
例3、（2010全国卷）如图11-2-11,在0WxWyfia区域内存在
y与厂平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的人小为B.在
t=0时刻，一位于坐标原点的粒子源在厂平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y轴正方向的夹角°
分布在0。
〜180。
范围内.已知沿y轴正方向发射的粒子在/=/（）吋刻刚好从磁场边界上P心,点离开磁场.
求：
（1）粒子在磁场屮做圆周运动的半径R及粒子的比荷q/m；
（2）此时刻仍在磁场中的粒了的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围;
⑶从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间.
［思路点拨］解答本题应把握以下三点:
U）所有粒子运动的轨迹半径相同.
（2）粒子在磁场中的运动时间与圆孤的长度成正比.
（3）把粒子运动的各种情形画出来进行比较分析.
V0
X、
、、
、
11-2-17
例4、在如图11—2—17所示宽度范围内，用场强为E的匀强电场可使初速度是vO的某种正粒子偏转〃角.在同样宽度范围内，若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场，使该粒子穿过该区域，并使偏转角也为9（不计粒子的重力），问：
（1）匀强磁场的磁感应强度是多大？
（2）粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大？
［审题指导］解答木题应注意把握以下三点:
（1）带电粒子在电场屮做类平抛运动,应用运动的合成与分解求解.
（2）带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,应用圆周运动规律分析.
（3）两段运动的连接点处的速度是求解问题的关键.
练习题
1•图是质谱仪的工作原理示意图。
带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。
速度选择器内相互正交
的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和Eo平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子
位置的胶片A.A2O平板S下方有强度为3。
的匀强磁场。
下列表述正确的是
A.
加速电场二
速度选择器厂EA】Az
质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器屮的磁场方向垂直纸面向外
C.能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的荷质比越小
2、如图所示，在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。
一个不计重力的带电粒子从坐标原点0处以速度卩进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120。
角，若
粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为g则该粒子的比荷和所带电荷的正负是（
3v
A.——
2aB
B.
C.
v
2aB
3p
2aB
V
D.——
2aB
正电荷
正电荷
负电荷
负电荷
如图所示，在屏』御的上方有磁感应强度为〃的匀强磁场，磁场
XX丿
XXX
XX
XXX
XX\
XXX
0
X
的方向
垂直纸面向里.P为屏上的一个小孔.％与丿郝垂直.一群质量为〃人
带电量为一g的粒子（不计重力），以
相同的速率r,从"处沿垂直于磁场的方向射入磁场区域.粒
子入射方向在与磁场〃垂直的平面内，且散开在与％夹角为0的范围内，则在屏航V上被粒子打中的区域的长度为（）
.2mv2加hcosO
A.B-
qBqB
C.
2〃7V（1一COS。
）
2加v（l-sin。
）
qB
4.如图，在宽度分别为厶和厶的两个毗邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右。
一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上的Q点射出。
已知PQ垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为血不计重力,求电场强度与磁感应强度大小之比
及粒子在磁场与电场屮运动时间之比。
X
5.如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应为B,方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴。
一质量为m、电荷量为q的带正电的小球，从y轴上的A点水平向右抛出，经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从x轴上的N点第一
次离开电场和磁场，MNZ间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为.不计空气阻力,
重力加速度为g,求
（1）电场强度E的大小和方向；
（2）
小球从A点抛出时初速度vo的大小;
（3）A点到x轴的高度h.
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