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带电粒子在有界匀强磁场中运动的问题

来源:用户分享 时间:2025/5/29 9:48:52 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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解析:由左手定则判得粒子在磁场中间向上偏,而作匀速圆周运动,很明显,圆周运动的半径大于某值r1时粒子可以从极板右边穿出,而半径小于某值r2时粒子可从极板的左边穿出,现在问题归结为求粒子能在右边穿出时r的最小值r1以及粒子在左边穿出时r的最大值r2,由几何知识得:

粒子擦着板从右边穿出时,圆心在O点,有: r12=L2+(r1-L/2)2得r1=5L/4,

又由于r1=mV1/Bq得V1=5BqL/4m,∴V>5BqL/4m时粒子能从右边穿出。

粒子擦着上板从左边穿出时,圆心在O'点,有r2=L/4,又由r2=mV2/Bq=L/4得V2=BqL/4m

∴V2

O l r1 v r2 +q

v l

(4)带电粒子在圆形磁场区域中做匀速圆周运动的几个特点。

特点1 入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心,则出射速度方向的反向延长线必过该区域圆的圆心。

例1。 如图1,圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,现有一电荷量为q,质量为m的正离子从a点沿圆形区域的直径入射,设正离子射出磁场区域方向与入射方向的夹角为60?,求此离子在磁场区域内飞行的时间。

★解析:设正离子从磁场区域的b点射出,射出速度方向的延长线与入射方向的直径交点为O,如图2,

正离子在磁场中运动的轨迹为一段圆弧,该轨迹圆弧对应的圆心O’位于初、末速度方向垂线的交点,也在弦ab的垂直平分线上,O’b与区域圆相切,弦ab既是轨迹圆弧对应的弦,也是区域圆的弦,由此可知,OO’就是弦ab的垂直平分线,O点就是磁场区域圆的圆心。

又因为四边形OabO’的四个角之和为360?,可推出?aO'b?60?,因此,正离子在磁场中完成了1/6圆周,即

1?mt?T?63qB

特点2 入射速度方向(不一定指向区域圆圆心)与轨迹圆弧对应的弦的夹角为?(弦切角),则出射速度方向与入射速度方向的偏转角为2?,轨迹圆弧对应的圆心角也为2?,并且初末速度方向的交点、轨迹圆的圆心、区域圆的圆心都在弧弦的垂直平分线上。

如图3,带电粒子从a点射入匀强磁场区域,初速度方向不指向区域圆圆心,若出射点为b,轨迹圆的圆心O’在初速度v0方向的垂线和弦ab的垂直平分线的交点上,入射速度方向与该中垂线的交点为d,可以证明:出射速度方向的反向延长线也过d点,O、d、O’都在弦ab的垂直平分线上。

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