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高中物理:帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)

 太極混元天尊 2018-07-05

帶電粒子僅受洛侖茲力時(shí)的勻速圓周運(yùn)動(dòng),是比較常見的一種運(yùn)動(dòng)形式。

這類題目的解決辦法是九個(gè)字:找圓心,定半徑,畫軌跡。

找圓心,就是根據(jù)題目所描述的已知條件,找出帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心(找圓心的方法參見特別提示);

定半徑,根據(jù)平面幾何的知識(shí)(一般是三角形的關(guān)系:邊邊關(guān)系、邊角關(guān)系、全等、相似等等),表示出帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑來,以便利用相關(guān)的規(guī)律列方程;

畫軌跡,并不是可有可無的,一個(gè)準(zhǔn)確的圖形可以幫助判斷分析問題的正確與否,對(duì)順利的確定半徑也很有幫助。


1、圓心的確定

由圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和幾何關(guān)系,可以用圖所示方法:

(1)圓心在入射點(diǎn)和出射點(diǎn)所受洛倫茲力作用線的交點(diǎn)上,即線速度垂線的交點(diǎn)上。

(2)圓心在入射點(diǎn)和出射點(diǎn)連線構(gòu)成的弦的中垂線上。


2、帶電粒子在不同邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

(1)直線邊界(進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性)

(2)平行邊界(存在臨界條件)

(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出)

3、運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定:根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期,確定粒子轉(zhuǎn)過的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角,由即可確定。

 

例、電視機(jī)的顯像管中,電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場(chǎng)后,進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),如圖所示。磁場(chǎng)方向垂直于圓面。磁場(chǎng)區(qū)的中心為O,半徑為r。當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí),電子束將通過O點(diǎn)而打到屏幕的中心M點(diǎn)。為了讓電子束射到屏幕邊緣P,需要加磁場(chǎng),使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度,此時(shí)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)為多少?

解析:電子在磁場(chǎng)中沿圓弧ab運(yùn)動(dòng),圓心為C,半徑為R。如圖所示。以v表示電子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度,m、e分別表示電子的質(zhì)量和電量,則

eU=mv2

evB=

又有tg

由以上各式解得

B=

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