- 1、本文档共20页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
微专题15带电粒子在组合场中的运动
磁场与磁场的组合
磁场与磁场的组合问题实质就是两个有界磁场中的圆周运动问题,带电粒子在两个磁场中的速度大小相同,但轨迹半径和运动周期往往不同.解题时要充分利用两段圆弧轨迹的衔接点与两圆心共线的特点,进一步寻找边角关系.
(2023·浙江卷)利用磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术.如图所示,xOy平面(纸面)的第一象限内有足够长且宽度均为L、边界均平行x轴的区域Ⅰ和Ⅱ,其中区域存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场,区域Ⅱ存在磁感应强度大小为B2的磁场,方向均垂直纸面向里,区域Ⅱ的下边界与x轴重合.位于(0,3L)处的离子源能释放出质量为m、电荷量为q、速度方向与x轴夹角为60°的正离子束,沿纸面射向磁场区域.不计离子的重力及离子间的相互作用,并忽略磁场的边界效应.
(1)求离子不进入区域Ⅱ的最大速度v1及其在磁场中的运动时间t.
答案:eq\f(2B1qL,m)eq\f(2πm,3qB1)
解析:当离子不进入磁场Ⅱ速度最大时,轨迹与边界相切,则由几何关系r1cos60°=r1-L
解得r1=2L
根据qv1B1=meq\f(veq\o\al(2,1),r1)
解得v1=eq\f(2B1qL,m)
在磁场中运动的周期T=eq\f(2πm,qB1)
运动时间t=eq\f(2×60°,360°)T=eq\f(2πm,3qB1)
(2)若B2=2B1,求能到达y=eq\f(L,2)处的离子的最小速度v2.
答案:eq\f(4B1qL,m)
解析:若B2=2B1,根据r=eq\f(mv,qB)
可知r1=2r2
离子在磁场中运动轨迹如图所示,设O1O2与磁场边界夹角为α,由几何关系
r1sinα-r1sin30°=L
r2-r2sinα=eq\f(L,2)
解得r2=2L,sinα=eq\f(3,4)
根据qv2B2=meq\f(veq\o\al(2,2),r2)
解得v2=eq\f(4B1qL,m)
(3)若B2=eq\f(B1,L)y,且离子源射出的离子数按速度大小均匀地分布在eq\f(B1qL,m)~eq\f(6B1qL,m)范围,求进入第四象限的离子数与总离子数之比η.
答案:60%
解析:当最终进入区域Ⅱ的离子若刚好到达x轴,则由动量定理B2qvyΔt=mΔvx
即eq\f(B1,L)yqΔy=mΔvx
求和可得∑eq\f(B1,L)yqΔy=∑mΔvx
离子从区域Ⅰ到区域Ⅱ最终到x轴上的过程中
m(v-vcos60°)=B1qL+eq\f(B1,L)·eq\f(0+L,2)·qL
解得v=eq\f(3B1qL,m)
则速度在eq\f(3B1qL,m)~eq\f(6B1qL,m)之间的离子才能进入第四象限;因离子源射出离子的速度范围在eq\f(B1qL,m)~eq\f(6B1qL,m),又离子源射出的离子个数按速度大小均匀分布,可知能进入第四象限的离子占离子总数的比例为η=60%
类题固法1
1.(2023·高邮期中)在如图所示的平面内,分界线SP将宽度为L的矩形区域分成两部分,一部分充满方向垂直于纸面向外的匀强磁场,另一部分充满方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小均为B,SP与磁场左右边界垂直.离子源从S处射入速度大小不同的正离子,离子入射方向与磁场方向垂直且与SP成30°角.已知离子比荷为k,不计重力.若离子从Р点射出,设出射方向与入射方向的夹角为θ,则离子的入射速度v和对应θ角的可能组合为(B)
A.eq\f(1,3)kBL,0° B.eq\f(1,2)kBL,0°
C.eq\f(1,2)kBL,60° D.2kBL,60°
解析:若粒子通过下部分磁场直接到达P点,如图1所示,根据几何关系则有R=L,qvB=meq\f(v2,R),可得v=eq\f(qBL,m)=kBL,根据对称性可知出射速度与SP成30°角向上,故出射方向与入射方向的夹角为θ=60°.当粒子上下均运动一次时,如图2所示,因为上下磁感应强度均为B,则根据对称性有R=eq\f(1,2)L,根据洛伦兹力提供向心力有qvB=meq\f(v2,R),可得v=eq\f(qBL,2m)=eq\f(1,2)kBL,此时出射方向与入射方向相同,即出射方向与入射方向的夹角为θ=0°.通过以上分析可知,当粒子从下部分磁场射出时,需满足v=eq\f(qBL,(2n-1)m)=eq\f(1,2n-1)kBL(n=1,2,3…),此时出射方向与入射方向的夹角为θ=60°;当粒子从上部分磁场射出时,需满足v=eq\f(qBL,2nm)=eq\f
文档评论(0)