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带电粒子在磁场中运动的问题,往往会涉及带电粒子在有界磁场中运动的最长、最短时间,粒子在磁场中运动时所能到达的范围,有界磁场的最小面积等问题的讨论,这类问题如能牢牢抓住轨迹圆的“弦”机,就能轻松解答.
分析粒子在磁场中做逆时针方向的圆周运动,由于所有粒子的速度大小相同,粒子在磁场中运动的半径相等r=mvBq=0.2 m>R,通过作图分析可知,粒子在有界磁场中运动圆弧所对的弦越长,则圆弧越长,射出磁场时速度的偏转角就越大,本案例中,当轨迹圆弧所对的弦等于边界圆的直径时,轨迹圆弧最长,偏转角最大,偏转角为60°.
评析解决此类问题的关键在于画出轨迹,明确在圆周运动半径一定时,利用圆弧所对的弦与偏转角的关系分r>R,r
分析粒子在磁场中做逆时针方向的圆周运动,由于所有粒子的速度大小相同,粒子在磁场中运动的半径一定,要画出粒子所能到达的范围,相当于分析粒子在运动过程中,离O最远能达到哪里,根据粒子的速度方向,作图如图6所示,在PQ的右边,速度方向水平向右的粒子沿半圆运动,离O的距离即为弦的长度,弦的长度不断增长,最长为直径,所以左边运动区域的边界就是半圆边界;在PQ的左边,不同方向的粒子,在圆周运动过程中,弦最长也就是弦长等于直径时,离O点最远,所以粒子活动范围的边界就是以OC为直径的1/4圆弧,故答案应为A.
评析粒子在磁场中圆周运动半径一定时,轨迹圆弧所对的弦等于轨迹圆直径,此时粒子离出发点最远,利用这一点再结合粒子的初速度方向范围以及有界磁场的边界,即可画出粒子在磁场中活动的区域,此为“弦”机之三.
分析做出P点的速度延长线,与Q点速度方向的反向延长线交于S点,作∠S的角平分线,在角平分线上找到一点O,这点到两速度延长线的垂线距离均等于轨迹圆的半径R=mvBq,这点即为轨迹圆的圆心O,如图8所示,两垂足M、N即分别为射入和射出磁场的点,连接MN,MN=3R,MN即是轨迹圆的弦,也是磁场边界圆的弦,当MN成为磁场边界圆的直径时,边界圆最小,其半径r=MN2=32R,最小磁场圆的面积为
Smin=πr2=34πR2=3π4(mvBq)2.
总之,在分析带电粒子在磁场中运动时,如涉及最短运动时间、粒子到达范围、最小面积这三方面问题,通过画出圆弧轨迹以及圆弧所对的弦,利用弦从几何角度去分析讨论,往往能够以最短的时间得出结论,正所谓洞悉“弦”机 ,出奇制胜.
分析粒子在磁场中做逆时针方向的圆周运动,由于所有粒子的速度大小相同,粒子在磁场中运动的半径相等r=mvBq=0.2 m>R,通过作图分析可知,粒子在有界磁场中运动圆弧所对的弦越长,则圆弧越长,射出磁场时速度的偏转角就越大,本案例中,当轨迹圆弧所对的弦等于边界圆的直径时,轨迹圆弧最长,偏转角最大,偏转角为60°.
评析解决此类问题的关键在于画出轨迹,明确在圆周运动半径一定时,利用圆弧所对的弦与偏转角的关系分r>R,r
分析粒子在磁场中做逆时针方向的圆周运动,由于所有粒子的速度大小相同,粒子在磁场中运动的半径一定,要画出粒子所能到达的范围,相当于分析粒子在运动过程中,离O最远能达到哪里,根据粒子的速度方向,作图如图6所示,在PQ的右边,速度方向水平向右的粒子沿半圆运动,离O的距离即为弦的长度,弦的长度不断增长,最长为直径,所以左边运动区域的边界就是半圆边界;在PQ的左边,不同方向的粒子,在圆周运动过程中,弦最长也就是弦长等于直径时,离O点最远,所以粒子活动范围的边界就是以OC为直径的1/4圆弧,故答案应为A.
评析粒子在磁场中圆周运动半径一定时,轨迹圆弧所对的弦等于轨迹圆直径,此时粒子离出发点最远,利用这一点再结合粒子的初速度方向范围以及有界磁场的边界,即可画出粒子在磁场中活动的区域,此为“弦”机之三.
分析做出P点的速度延长线,与Q点速度方向的反向延长线交于S点,作∠S的角平分线,在角平分线上找到一点O,这点到两速度延长线的垂线距离均等于轨迹圆的半径R=mvBq,这点即为轨迹圆的圆心O,如图8所示,两垂足M、N即分别为射入和射出磁场的点,连接MN,MN=3R,MN即是轨迹圆的弦,也是磁场边界圆的弦,当MN成为磁场边界圆的直径时,边界圆最小,其半径r=MN2=32R,最小磁场圆的面积为
Smin=πr2=34πR2=3π4(mvBq)2.
总之,在分析带电粒子在磁场中运动时,如涉及最短运动时间、粒子到达范围、最小面积这三方面问题,通过画出圆弧轨迹以及圆弧所对的弦,利用弦从几何角度去分析讨论,往往能够以最短的时间得出结论,正所谓洞悉“弦”机 ,出奇制胜.