1、关于轨迹画法:
(1)利用对称性
(2)结合几何关系
注意“三点(射入点、射出点、圆心点)”、“三线(射入线、射出线、射入射入点连线即弦长线)”、“三角(圆心角、弦切角、偏向角)”的应用
径向射入 径向射出(1)
径向射入径向射出(2)
与径向θ射入 与径向θ射入
磁发散
磁聚焦
2、定圆心的三种方法
作初末速度垂线 交点
作初速度垂线+初末连线中垂线交点
作初速度垂线+切点垂线交点
3、半径求解
(2)几何方法:
①构造三角形相似或直角三角形(勾股定理求半径)
②利用三角函数(通过角度关系求半径、通过正、余弦定理求半径)
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α时,其运动时间可由下式表示:
【调研1】(常规半径求解)如图所示,abcd为一个边长为L的正方形区域,e、f分别是ad、cd的中点。若该区域内只存在有垂直纸面向内的匀强磁场,沿对角线ac方向以速度v0入射的质量为m、带电量为q的带电粒子(不计粒子的重力)恰好从f点射出,,磁场的磁感应强度为 ( )
解析:结合初末点作初速度垂线及初末连线的中垂线定圆心如图所示,
求半径:有两种方法
方法一 构建三角形相似
方法二 利用数学公式—正弦定理
设射入角为θ,在△acf中,由正弦定理
所以粒子运动的半径
跟踪练习.
1如图,一半径为R的圆表示一柱形区域的横截面(纸面)。在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场,一质量为m、电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点以速度v射入柱形区域,在圆上的b点离开该区域,离开时速度方向与直线垂直。圆心O到直线的距离为3R/5 ,不计重力,求磁感应强度的大小。
2、图中有一边长为a的正三角形区域EFG,在此区域内及其边界上也有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面朝里。假设一系列电荷量为q的正离子沿平行方向以速度v垂直于EF边由H点射入磁场区域,H为EF边的中点。不计重力
求已知这些离子中的离子乙从EG边上的I点(图中未画出)穿出磁场,且GI长为3a/4,求离子的质量。
解析:当粒子圆半径R=磁场圆半径r时为磁聚焦、磁发散问题
当粒子圆半径R>磁场圆半径r时,粒子在磁场中运动最长时间为弦长对应时间
当粒子圆半径R<磁场圆半径r时,粒子在磁场中运动时磁场圆与轨迹圆的交线为粒子圆的直径时,粒子离开磁场时位置距出发点最远
本题中射出最大范围为磁场边界上有六分之一,画最远距离如图,可求得R=r/2
若粒子速度变为原来2倍,则R=r,为磁发散问题
所以有一半的区域有粒子射出,C对
若将粒子源发射的粒子速度变为原来的4倍,R=2r,粒子运动最长时间为直径对应时间
练习、
1如图所示,在xOy平面内有一半径为R、与x轴相切于原点的圆形区域,该区域内有垂直于xOy平面的匀强磁场。在圆的左边0<><2r的区间内有一束具有相同质量m、电荷量q(q>0)和初速度v的带电微粒沿x轴正方向射向该区域,其中沿半径AO'方向进入磁场区域的带电微粒经磁场偏转后,从坐标原点O沿y轴负方向离开。
(1)求磁感应强度B的大小和方向。
(2)请指出这束带电微粒与x轴相交的区域,并说明理由。
【分析】(1)从A点进入磁场区域的微粒轨迹圆心在A点正下方相距R的C处,微粒轨迹如图所示,可知微粒轨迹半径为R=mv/qB;
(2)所有这些微粒进入磁场后做圆周运动的圆心均在如图所示半圆虚线O'CD上,在该曲线上由上到下取点作为圆心、以R为半径作一系列轨迹圆,易由图可知这些微粒均与x轴相交于原点——因为圆心所在曲线半圆O'CD的圆心是原点O。
答案:B D
答案:C
4、(多选)如图所示,在半径为R的圆心区域内(圆心为O)有匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于圆平面(未画出).一群具有相同比荷的负离子以相同的速率由P点在纸平面内向不同方向射入磁场中,发生偏转后又飞出磁场,若离子在磁场中运动的轨道半径大于R,则下列说法中正确的是(不计离子的重力)( )
A.从Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长
B.沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大
C.所有离子飞出磁场时的动能一定相等
D.在磁场中运动时间最长的离子不可能经过圆心O点
答案:A D
5、如图所示,半径为R的一圆柱形匀强磁场区域的横截面,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,磁场外有一粒子源,能沿一直线发射速度大小不等的在一范围内的同种带电粒子,带电粒子的质量为m,电荷量为q(q>0),不计重力.现粒子以沿正对cO中点且垂直于cO方向射入磁场区域,发现带电粒子恰能从bd之间飞出磁场.则( )
A.从b点飞出的带电粒子的速度最大
B.从d点飞出的带电粒子的速度最小
C.从d点飞出的带电粒子的运动时间最长
D.从b点飞出的带电粒子的运动时间最短
答案: A C D
答案:D
解析:(1)画轨迹如图,有几何关系的
做法:①做初末速度的延长线相交
②画粒子轨迹与延长线相且,确定弦长和半径
③矩形区域是包含转过轨迹的最小矩形(如图1中PACD对应面积),
(拓展最小圆形面积为以弦长PD为直径的圆如图2)
练习题
答案:D
答案:
解析 (1)设电子在电场中运动的加速度为a,时间为t,离开电场时,沿y轴方向的速度大小为v,
所以,DQ平行于y轴,电子在磁场中做匀速圆周运动的轨道的圆心在DQ上,电子运动轨迹如图所示.
设电子离开电场时速度为v,在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r,
(3)以切点F、Q的连线长为矩形的一条边,与电子的运动轨迹相切的另一边作为其FQ的对边,有界匀强磁场区域面积为最小.
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