磁场综合:磁场中圆周运动的多解及其临界问题.docVIP

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磁场综合:磁场中圆周运动的多解及其临界问题

带电粒子在磁场中运动的多解问题在直径为d 的圆形区域存在匀强磁场,磁场方向垂直于圆面指向纸外,一电荷量为q,质量为m的粒子,从磁场区域的一条直径AC 上的A 点射入磁场,其速度大小为v0,方向与 AC 成α 此粒子恰能打在磁场区域圆周的D 点,AD与AC 的夹角为β 2、三角形的对称性: 1)圆形磁场区域中:入射方向指向圆心,出射方向的反向延长线肯定也指向圆心 2)线性边界:入射角等于出射角 【例1】圆心为O、半径为r的圆形区域中有一个磁感强度为B、方向为垂直于纸面向里的匀强磁场,与区域边缘的最短距离为L的O'处有一竖直放置的荧屏MN,今有一质量为m的电子以速率v从左侧沿OO'方向垂直射入磁场,越出磁场后打在荧光屏上之P点,如图1所示,求O'P的长度和电子通过磁场所用的时间. 【例2】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,已知∠AOB=120°,求该带电粒子在磁场中运动的时间? 【例3】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14所示,磁感强度B的方向与离子的运动方向垂直,并垂直于纸面向里.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)如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P,试证明:直线OP与离子入射方向之间的夹角θ跟t的关系是3、照成多解问题的原因 ? 一、粒子的带电性质不明的情况 ?【例】如图1所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,MN是它的下边界。现有质量为m,电荷量大小为q的带电粒子与MN成30°角垂直射入磁场,求粒子在磁场中运动的时间。 ?二、磁场方向的不确定?【例】如图2所示,一带负电的质点在固定的正的点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动,周期为T0,轨道平面位于纸面内,质点速度方向如图2中箭头所示,现加一垂直于轨道平面的匀强磁场,已知轨道半径并不因此而改变,则(??? ) ?  A.若磁场方向指向纸里,质点运动的周期将大于T0 ?  B.若磁场方向指向纸里,质点运动的周期将小于T0 ?  C.若磁场方向指向纸外,质点运动的周期将大于T0 ?  D.若磁场方向指向纸外,质点运动的周期将小于T0 ?三、临界条件不唯一的10-25为方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域。电场强度为E,磁感强度为B,复合场的水平宽度为d,竖直方向足够长。现有一束电量为+q、质量为m初速度各不相同的粒子沿电场方向进入场区,求能逸出场区的粒子的动能增量ΔEk。 【例2】初速度为零的离子经过电势差为U的电场加速后,从离子枪T中水平射出,与离子枪相距d处有两平行金属板MN和PQ,整个空间存在一磁感强度为B的匀强磁场如图10-26所示。不考虑重力的作用,荷质比q/m(q,m分别为离子的带电量与质量),应在什么范围内,离子才能打到金属板上? 【例】如图3所示,M、N是两块水平放置的平行金属板,板长为L,板间距离为d,两板间存在磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里的匀强磁场。有一质量为m,电荷量为q的带正电粒子从磁场左侧靠近N板处水平射入,欲使粒子不能打到金属板上,则粒子的入射速度v 应满足什么条件? 【例4】如图所示,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ad边的中心O点处,垂直磁场方向射入一速度为v0的带正电粒子,v0与ad边的夹角为30°.已知粒子质量为m,带电量为q,ad边长为L,不计粒子的重力. (1)求要使粒子能从ab边射出磁场,v0的大小范围. (2)粒子在磁场中运动的最长时间是多少?在这种情况下,粒子将从什么范围射? 【例5】在边长为的内存在垂直纸面向里的磁感强度为的匀强磁场,有一带正电,质量为的粒子从距A点的D点垂直AB方向进入磁场,如图7所示,若粒子能从AC间离开磁场,求粒子速率应满足什么条件及粒子从AC间什么范围内射出. ?四、L的单摆在匀强磁场中摆动,摆动平面与磁场方向垂直,如图10-20所示。摆动中摆线始终绷紧,若摆球带正电,电量为q,质量为m,磁感应强度为B,当球从最高处摆到最低处时,摆线上的拉力T多大? 【例2】如图所示,半径R=10 cm的圆形区域边界跟y轴相切于坐标系原点O,磁感强度 B=0.332T,方向垂直于纸面向里,在O处有一放射源S,可沿纸面向各个方向射出速率均为v=3.2 ×106m/s的α粒子,已知α粒子的质量 m=6.64×10-27 kg,电量 q=3. 2 × 10-19 C。(1) 画出α粒子通过磁场空间做圆周运动的圆心的轨迹。(2)求出α粒子通过磁场空间的最大偏转角θ。(3)再以过O点并垂直纸面的直线为轴旋转磁场区域,能使穿过磁场区域且偏转角最大的α粒子射到正方向的y轴上,则圆形磁场直径OA至少应转过多大的

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