高中物理带电粒子在匀强磁场中的运动2新人教版选修.doc

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1、带电粒子在匀强磁场中的运动（一）无边界磁场：粒子轨迹为完整的圆。（二）单边界磁场：轨迹为部分圆弧。关键提示：连接入射点和出射点（或轨迹上任两点）得到弦，做速度方向的垂线（亦即洛伦兹力方向）和弦的中垂线，交点即为圆心。几何关系：（弦长），（如图）OBSvθP【例1】一个负离子，质量为m，电量大小为q，以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图中纸面向里。（1）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。（2）如果离子进入磁场

2、后经过时间t到达位置P，证明：直线OP与离子入射方向之间的夹角θ跟t的关系是。解析：（1）离子的初速度与匀强磁场的方向垂直，在洛仑兹力作用下，做匀速圆周运动。设圆半径为r，则据牛顿第二定律可得：，解得如图所示，离了回到屏S上的位置A与O点的距离为：AO=2r所以（2）当离子到位置P时，圆心角：因为，所以。θθ针对练习1如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子同时从同一点O以与MN成30°角的同样速度v射入磁场（电子质量为m，电荷为e），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？（三

3、）双边界磁场关键提示：一定要先画好辅助线（半径、速度及延长线）。偏转角由sinθ=L/R求出。侧移由R2=L2+（R-y）2求出。经历时间由得出。注意，这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交点不再是宽度线段的中点，这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同！【例2】如图所示，一束电子（电量为e）垂直磁场边界以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是45°，则电子的质量是，穿过磁场的时间是。［拓展］若已知带电粒子的质量m和电量e，若要带电粒子能（

4、或不能）从磁场的右边界射出，粒子的速度v必须满足什么条件？变式：电子与磁场边界成θ角（不垂直）以速度v垂直射入匀强磁场……（四）矩形界磁场【例3】（2003潍坊）如图所示，一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场。现从矩形区域ad边的中点O处垂直磁场射入一速度方向跟ad边夹角为30°，大小为v0的带电粒子。已知粒子质量为m，电量为+q，ad边长为L，重力影响忽略不计。（1）试求粒子能从ab边上射出磁场的v0的大小范围？（2）问粒子在磁场中运动的最长时间是多少？在这种情

5、况下，粒子从磁场区域的某条边射出，试求射出点在这条边上的范围。注意：粒子在矩形界磁场中的运动多伴有临界问题与极值问题针对练习2长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是：（）A．使粒子的速度v5BqL/4mC．使粒子的速度v>BqL/mD．使粒子速度BqL/4m

6、拓展］此题也可以问，能使粒子打在极板上，可采用的办法是……rvRvO/O（五）圆形界磁场关键提示：画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）。偏角可由求出。经历时间由得出（如图）。【例4】如图所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力），从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出，∠AOB=120°，则该带电粒子在磁场中运动的时间为_______A．2πr/3v0B．2πr/3v0C．πr/3v0D．πr/3v0vAB解析：首先通过已知条件找到所对

7、应的圆心O′，由图可知θ=60°，得t=，但题中已知条件不够，没有此选项，必须另想办法找规律表示t，由圆周运动和t==。其中R为AB弧所对应的轨道半径，由图中ΔOO′A可得R=r，所以t=r×π/3r0，D选项正确。针对练习3（2002年全国理综卷）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域，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区中心为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点，需要加一匀

8、强磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应强度B应为多少？专题训练11、如图所示，一个带负电的粒子以速度v由坐标原点射入磁感应强度为B的匀强磁场中，速度方向与x轴、y轴均成45°。已知该粒子电量为-q，质量为m，则该粒子通过x轴和y轴的坐标分别是多少？2．如图所示，一个质量为m、电量为q的正离子，从A点正对着圆心O以速度v射入半径为R的绝缘圆筒中。圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后仍从A点射出，