高中物理带电粒子在匀强磁场中的运动.doc

第四节 带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动1若vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做_运动2若vB，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做_运动(1)向心力由洛伦兹力提供：qvB_；(2)轨道半径公式：R；(3)周期：T(周期T与速度v、轨道半径R无关)；(4)频率：f；(5)角速度：_.二、带电粒子在有界磁场中的运动1分析方法：找圆心、求半径、确定转过的圆心角的大小是解决这类问题的前提，确定轨道半径和给定的几何量之间的关系是解题的基础，有时需要建立运动时间t和转过的圆心角之间的关系作为辅助(1)圆心的确定基本思路：与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心两种情形a已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图所示，图中P为入射点，M为出射点)b已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图所示，图中P为入射点，M为出射点)(2)半径的确定用几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小(3)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时，其运动时间为：tT(或tT)2规律总结带电粒子在不同边界磁场中的运动(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图)(2)平行边界(存在临界条件，如图)(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图)典例分析：例1、在磁感应强度为B的匀强磁场中，一带电粒子做匀速圆周运动，又垂直进入磁感应强度为2B的匀强磁场中，则()A粒子速率加倍，周期减半B粒子速率不变，半径减半C粒子速率减半，半径变为原来的1/4D粒子速率不变，周期减半例2.一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图所示,径迹上的每小段都可以近似看成圆弧,由于带电粒子使沿途空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变),从图中情况可以确定 ()。A.粒子从a到b,带正电B.粒子从b到a,带正电C.粒子从a到b,带负电D.粒子从b到a,带负电例3、如图所示，在有界匀强磁场边界线SPMN，速度不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场，其中穿过a点的粒子速度v1与MN垂直，穿过b点的粒子，其速度方向与MN成60角设两粒子从S到a、b所需时间分别为t1、t2，则t1t2为()A13 B43C11 D32例4、如图所示，平面直角坐标系的第象限内有一匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的粒子以速度v从O点沿着与y轴夹角为30的方向进入磁场，运动到A点时速度方向与x轴的正方向相同，不计粒子的重力，则( )A该粒子带正电BA点与x轴的距离为C粒子由O到A经历时间tD运动过程中粒子的速度不变例5、如图所示，在一底边长为2a，30的等腰三角形区域内(D在底边中点)，有垂直纸面向外的匀强磁场现有一质量为m，电荷量为q的带正电的粒子，从静止开始经过电势差为U的电场加速后，从D点垂直于EF进入磁场，不计重力与空气阻力的影响(1)若粒子恰好垂直于EC边射出磁场，求磁场的磁感应强度B为多少？(2)改变磁感应强度的大小，粒子进入磁场偏转后能打到ED板，求粒子从进入磁场到第一次打到ED板的最长时间是多少？课堂针对练习：1、关于带电粒子在匀强磁场中运动，不考虑其他场力(重力)作用，下列说法正确的是()A可能做匀速直线运动 B可能做匀变速直线运动C可能做匀变速曲线运动 D只能做匀速圆周运动2、一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场粒子的一段径迹如下图所示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)从图中情况可以确定 ()A粒子从a到b，带正电B粒子从a到b，带负电C粒子从b到a，带正电D粒子从b到a，带负电3、如图所示，比荷为e/m的电子从左侧垂直于界面、垂直于磁场射入宽度为d、磁感受应强度为B的匀强磁场区域，要从右侧面穿出这个磁场区域，电子的速度至少应为（ ）A、2Bed/m B、Bed/m C、Bed/(2m) D、Bed/m4、如图所示，圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场，三个质量和电荷量相同的带电粒子a、b、c，以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入磁场，其运动轨迹如图。若带电粒子只受磁场力的作用。则下列说法正确的是()Aa粒子动能最大Bc粒子速率最大Cb粒子在磁场中运动时间最长D它们做圆周运动的周期TaTbTc5如图所示，质量为m，电荷量为q的带电粒子，以不同的初速度两次从O点垂直于磁感线和磁场边界向上射入匀强磁场，在洛伦兹力作用下分别从M、N两点射出磁场，测得OMON34，则下列说法中错误的是()A两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为34B两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为34C两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为34D两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为436、如图所示，在y0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸里，磁感应强度为B.一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为.求：（1）该粒子射出磁场的位置；（2）该粒子在磁场中运动的时间.（粒子所受重力不计）1、两个电荷量相等的带电粒子，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动下列说法中正确的是()A若它们的运动周期相等，则它们的质量相等B若它们的运动周期相等，则它们的速度大小相等C若它们的轨迹半径相等，则它们的质量相等D若它们的轨迹半径相等，则它们的速度大小相等2、如图所示，在垂直于纸面向内的匀强磁场中，垂直于磁场方向发射出两个电子1和2，其速度分别为v1和v2.如果v22v1，则1和2的轨道半径之比r1r2及周期之比T1T2分别为() Ar1r212，T1T212 Br1r212，T1T211 Cr1r221，T1T211 Dr1r211，T1T2213、质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示下列表述正确的是() AM带负电，N带正电 BM的速率小于N的速率 C洛伦兹力对M、N做正功 DM的运行时间大于N的运行时间4、如图所示，水平导线中有稳恒电流I通过，导线正下方的电子初速度方向与电流方向相同，其后电子将（ ）A沿路径运动，轨迹是圆；B沿路径运动，曲率半径变小；C沿路径运动，曲率半径变大；D沿路径运动，曲率半径变小5、边长为a的正方形，处于有界磁场，如图所示，一束电子以v0水平射入磁场后，分别从A处和C处射出，则vA：vC=_；所经历的时间之比tA：tB=_。6如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一带电粒子（不计重力）以某一初速度沿圆的直径方向射入磁场，粒子穿过此区域的时间为t，粒子飞出此区域时速度方向偏转角为60，根据以上条件可求下列物理量中的（ ）A带电粒子的比荷 B带电粒子的初速度C带电粒子在磁场中运动的周期 D带电粒子在磁场中运动的半径7、如图所示，M、N为两块带等量异种电荷的平行金属板，两板间电压可取从零到某一最大值之间的各种数值静止的带电粒子带电荷量为 +q，质量为m（不计重力），从点P经电场加速