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高中物理:带电粒子在磁场中做圆周运动圆心的确定

方法一:两速度垂线的交点即为圆心

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P,需要加磁场,使电子束偏转一已知角度

,则此时磁场的磁感应强度B应为多少?

1

解析:电子先经过加速电场获得一定的速度,然后垂直于磁场方向进入磁场,不考虑电子重力的影响,电子在洛仑兹力的作用下在匀强磁场中做圆周运动,圆周上的两点

分别为进入和射出磁场的点。作电子在
二点速度
的垂线,交点
即为轨迹圆的圆心,如图2所示。设电子的质量为m,电量为e,电子进入磁场时的速度为v,在磁场中做圆周运动的半径为R。电子在电场中加速,有

由牛顿第二定律和洛仑兹力公式有

从图可知

联立以上三式解得


方法二:两条弦的垂直平分线的交点即为圆心

2

2、如图3所示,在垂直于坐标平面的方向有足够大的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。一带正电荷量q的粒子,质量为m,从O点以某一速度垂直射入磁场,其轨迹与

轴的交点A、C到O点的距离分别为
。试求:

1)初速度与x轴的夹角;

2)初速度的大小。

3

解析:(1)粒子垂直射入磁场,在xOy平面内做匀速圆周运动,OA、OC是圆周上的两条弦,做两条弦的垂直平分线,交点

即为圆轨迹的圆心,以
为圆心,以
为半径画圆。正电荷在O点受到的洛仑兹力方向如图4所示。由左手定则知,粒子的初速度方向垂直于
斜向上。

4

设初速度为

,与x轴的夹角为
,由几何关系可知角
,故有

2)据图可知,电子的轨道半径

由牛顿第二定律和洛仑兹力公式有

解得:


方法三:两洛仑兹力作用线的延长线的交点即为圆心

3、如图5所示,有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B。在匀强磁场中做匀速圆周运动的一个电子动量为P,电荷量为e,在A、C点,所受洛仑兹力的方向如图5所示。已知

,求电子从A运动到C的过程中的偏转角。

5

解析:A、C为圆周上的两点,做洛仑兹力作用线的延长线,交点O即为电子的圆周轨迹的圆心。以O为圆心、R=OA为半径作出电子从A到C的运动轨迹,标出电子在A、C两点的速度方向,它们的夹角即为偏转角

,如图6所示。由几何关系有

由牛顿第二定律及洛仑兹力公式有

由动量的定义式有

由以上三式解得

图6

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