【二轮教研】2014届高三物理二轮名师一手课件《第8讲 带电粒子在磁场及复合场中的运动》
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专题四带电粒子在磁场、组合场和复合场中的运动1.带电粒子在几种常见的不同边界磁场中的运动规律(1)直线边界磁场:如图所示,粒子进出磁场具有对称性,且粒子以多大的锐角θ射入磁场,就以多大的锐角θ射出磁场;粒子进入磁场时的速度v垂直于边界时,出射点距离入射点最远,且d max=2R,如图甲所示;同一出射点,可能对应粒子的两个入射方向,且一个“优弧”,一个“劣弧”,如图乙、丙所示。
(2)平行边界磁场:常见的临界情景和几何关系如图所示。
(3)矩形边界磁场:如图所示,可能会涉及与边界相切、相交等临界问题。
(4)三角形边界磁场:如图所示是正△ABC区域内某正粒子垂直AB方向进入磁场的粒子临界轨迹示意图。
已知边长为2a,D点距A点3a,粒子能从AC间射出的两个临界轨迹如图甲、乙所示。
(5)圆形边界磁场带电粒子在圆形边界磁场区域运动的几个特点:①若粒子沿着边界圆的某一半径方向进入磁场,则粒子离开磁场的速度的反向延长线一定过磁场区域的圆心(即沿着另一半径方向射出),如图甲所示。
②若粒子射入磁场时速度方向与入射点对应半径夹角为θ,则粒子射出磁场时速度方向与出射点对应半径夹角也为θ,如图乙所示。
2.解决带电粒子在有界磁场中运动问题的方法解决此类问题时,找到粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心位置、半径大小,以及与半径相关的几何关系是解题的关键。
解决此类问题时应注意下列结论:(1)刚好穿出或刚好不能穿出磁场的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。
(2)当以一定的速率垂直射入磁场时,运动的弧长越长,圆心角越大,则带电粒子在有界磁场中运动时间越长。
(3)当比荷相同、速率v 变化时,在匀强磁场中运动的带电粒子圆心角越大,运动时间越长。
例1 (多选)长为L 的水平极板间有垂直纸面向里的匀强磁场,如图所示,磁感应强度为B ,板间的距离为L ,板不带电,一质量为m 、电荷量为q 带正电的粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直于磁感线以速度v 水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的方法是( )A .使粒子的速度v <BqL4m B .使粒子的速度v >BqL 4mC .使粒子的速度v >5BqL4mD .使粒子的速度BqL 4m <v <5BqL 4m[变式训练1] 如图所示,在平面直角坐标系中有一个垂直纸面向里的圆形匀强磁场,其边界过原点O 和y 轴上的点a (0,2L )。