高中物理知識點:帶電粒子在勻強磁場中的運動

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


帶電粒子在勻強磁場中的運動形式:




電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn)的對比:






關(guān)于角度的兩個結(jié)論:


(1)粒子速度的偏向角φ等于圓心角α,并等于AB弦與切線的弦切角θ的2倍(如圖所示),即。

(2)相對的弦切角θ相等,與相鄰的弦切角θ'互補,即

有界磁場中的對稱及臨界問題:

(1)直線邊界
粒子進出磁場時的速度關(guān)于磁場邊界對稱.如圖所示。

(2)圓形邊界
①沿半徑方向射入磁場,必沿半徑方向射出磁場。
②射入磁場的速度方向與所在半徑間夾角等于射出磁場的速度方向與所在半徑間的夾角。

(3)平行邊界
存在著臨界條件:

(4)相交直邊界



帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動:




確定軌跡圓心位置的方法:






帶電粒子在磁場中做圓周運動時間和轉(zhuǎn)過圓心角的求解方法:




帶電粒子在有界磁場中的臨界與極值問題的解法:

當某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象,或物體從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)時,發(fā)生這種質(zhì)的飛躍的轉(zhuǎn)折態(tài)通常稱為臨界狀態(tài),涉及臨界狀態(tài)的物理問題叫做臨界問題,產(chǎn)生臨界狀態(tài)的條件叫做臨界條件,臨界問題能有效地考查學(xué)生多方面的能力,在高考題中屢見不鮮。認真分析系統(tǒng)所經(jīng)歷的物理過程,找出與臨界狀態(tài)相對應(yīng)的臨界條件,是解答這類題目的關(guān)鍵,尋找臨界條件,方法之一是從最大靜摩擦力、極限頻率、臨界角、臨界溫度等具有臨界含義的物理量及相關(guān)規(guī)律人手:方法之二是以題目敘述中的一些特殊詞語如“恰好”、“剛好”、“最大”、“最高”、“至少”為突破口,挖掘隱含條件,探求臨界位置或狀態(tài)。如:
(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切。據(jù)此可以確定速度、磁感應(yīng)強度、軌跡半徑、磁場區(qū)域面積等方面的極值。
(2)當速度v一定時,弧長(或弦長)越大,圓周角越大,則帶電粒子在有界磁場巾運動的時間越長。(前提條件是弧是劣弧)
(3)當速率v變化時,圓周角大的,運動時間越越長。


“動態(tài)圓”問題的解法:


1.入射粒子不同具體地說當入射粒子的比荷不同時,粒子以相同的速度或以相同的動能沿相同的方向射人勻強磁場時,粒子在磁場中運動的周期必不相同;運動的軌跡半徑,在以不同的速度入射時不相同,以相同動能入射時可能不同。
2.入射方向不同相同的粒子以相同的速率沿不同方向射人勻強磁場中,粒子在磁場中運動的軌道中,運動周期是相同的,但粒子運動徑跡所在空間位置不同,所有粒子經(jīng)過的空間區(qū)域在以入射點為圓心,運動軌跡圓的直徑為半徑的球形空間內(nèi)。當磁場空間有界時,粒子在有界磁場內(nèi)運動的時間不同,所能到達的最遠位置不同,從而形成不同的臨界狀態(tài)或極值問題,此類問題中有兩點要特別注意:一是旋轉(zhuǎn)方向?qū)\動的影響,二是運動中離入射點的最遠距離不超過2R,因R是相同的,進而據(jù)此可利用來判定轉(zhuǎn)過的圓心角度、運動時間等極值問題,其中l是最遠點到入射點間距離即軌跡上的弦長。
3.入射速率不同
相同的粒子從同一點沿同一方向以不同的速率進入勻強磁場中,雖然不同速率的粒子運動半徑不同,但圓心卻在同一直線上,各軌跡圓都相切于入射點。在有界磁場中會形成相切、過定點等臨界狀態(tài),運動時間、空間能到達的范圍等極值問題。當粒子穿過通過入射點的直線邊界時,粒子的速度方向相同,偏向角相同,運動時間也相同。
4.入射位置不同
相同的粒子以相同的速度從不同的位置射入同一勻強磁場中,粒子在磁場中運動的周期、半徑都相同,但在有界磁場中,對應(yīng)于同一邊界上的不同位置,會造成粒子在磁場巾運動的時間不同,通過的路程不同,出射方向不同,從而形成不同的臨界狀態(tài),小同的極值問題。
5.有界磁場的邊界位置變化
相同粒子以相同的速度從同定的位置出發(fā),途經(jīng)有界磁場Ⅸ域,若磁場位置發(fā)生變化時,會引起粒子進入磁場時的入射位置或相對磁場的入射方向發(fā)生變化,從而可能引起粒子在磁場中運動時間、偏轉(zhuǎn)角度、出射位置與方向等發(fā)生變化,進而形成臨界與極值問題。



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