求磁场区域最小面积的三类问题及相关摘要.doc

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求磁场区域最小面积的三类问题 1、右图为可测定比荷的某装置的简化示意图,在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=2.0×10-3T,在X轴上距坐标原点L=0.50m的P处为离子的入射口,在Y上安放接收器,现将一带正电荷的粒子以v=3.5×104m/s的速率从P处射入磁场,若粒子在y轴上距坐标原点L=0.50m的M处被观测到,且运动轨迹半径恰好最小,设带电粒子的质量为m,电量为q,不记其重力。 (1)求上述粒子的比荷; (2)如果在上述粒子运动过程中的某个时刻,在第一象限内再加一个匀强电场,就可以使其沿y轴正方向做匀速直线运动,求匀强电场的场强大小和方向,并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加这个匀强电场; (3)为了在M处观测到按题设条件运动的上述粒子,在第一象限内的磁场可以局限在一个矩形区域内,求此矩形磁场区域的最小面积,并在图中画出该矩形。 )垂直于MO从O点射入磁场,所有粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向左,不计粒子的重力和粒子间的相互作用力。求:?? (1)速度最大的粒子在磁场中运动的时间;?? (2)速度最大的粒子打在水平线POQ上的位置离O点的距离;?? (3)磁场区域的最小面积。 3、如图,ABCD是边长为a的正方形。质量为m、电荷量为e的电子以大小为v0的初速度沿纸面垂直于BC变射入正方形区域。在正方形内适当区域中有匀强磁场。电子从BC边上的任意点入射,都只能从A点射出磁场。不计重力,求: (1)次匀强磁场区域中磁感应强度的方向和大小; (2)此匀强磁场区域的最小面积。 4、如图所示,在xoy坐标系第一象限内有一个与x轴相切于Q点的有理想边界圆形匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,一带电粒子(不计重力)质量为m,带电荷量为+q,以初速度v0从P点进入第一象限,已知θ=30°.经过该圆形有界磁场时.速度方向改变了α=60°,并从x轴上的Q点射出.试求: (1)该圆形磁场区域的半径R; (2)该粒子在磁场中的运动时间t. (3)使带电粒子不能穿过x轴时圆形磁场区域的最小半径r. 解析:第(1)问本题考查带电粒子在磁场中的运动。第(2)问涉及到复合场(速度选择器模型)第(3)问是带电粒子在有界磁场(矩形区域)中的运动。 (1)设粒子在磁场中的运动半径为r。如图甲,依题意M、P连线即为该粒子在磁场中作匀速圆周运动的直径,由几何关系得??????① 由洛伦兹力提供粒子在磁场中作匀速圆周运动的向心力,可得 ???????????② 联立①②并代入数据得 =4.9×C/kg(或5.0×C/kg)?? ③ (2)设所加电场的场强大小为E。如图乙,当粒子子经过Q点时,速度沿y轴正方向,依题意,在此时加入沿x轴正方向的匀强电场,电场力与此时洛伦兹力平衡,则有??? ???????④ 代入数据得 ??? ????⑤ 所加电场的长枪方向沿x轴正方向。由几何关系可知,圆弧PQ所对应的圆心角为45°,设带点粒子做匀速圆周运动的周期为T,所求时间为t,则有 ???????⑥ ??????????⑦ 联立①⑥⑦并代入数据得 ??????⑧ (3)如图丙,所求的最小矩形是,该区域面积 ???????⑨ 联立①⑨并代入数据得?????????? 矩形如图丙中(虚线)解:(1)因粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向左,说明粒子速度方向改变了,由几何关系可得粒子的运动轨迹如图所示。设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R,周期为T,粒子在匀强磁场中运动时间为t1 因为 所以?? (2)由,得?? 设粒子自N点水平飞出磁场,出磁场后应做匀速运动至OM,设匀速运动的距离为s,由几何关系知: 过MO后粒子在电场中做类平抛运动,设运动的时间为t2,则:?? 得:??? 由几何关系知,速度最大的粒子打在水平线POQ上的位置离O点的距离 (3)由题知速度大小不同的粒子均要水平通过OM,则其飞出磁场的位置均应在ON的连线上,故磁场范围的最小面积是速度最大的粒子在磁场中的轨迹与ON所围成的面积扇形的面积???? 的面积为: ? 解:(1)设匀强磁场的磁感应强度的大小为B。令圆弧是自C点垂直于BC入射的电子在磁场中的运行轨道。电子所受到的磁场的作用力① 应指向圆弧的圆心,因而磁场的方向应垂直于纸面向外。圆弧的圆心在CB边或其延长线上。依题意,圆心在A、C连线的中垂线上,故B 点即为圆心,圆半径为a按照牛顿定律有?② 联立①②式得 ③ (2)由(1)中决定的磁感应强度的方向和大小,可知自C点垂直于BC入射电子在A点沿DA方向射出,且自BC边上其它点垂直于入射的电子的运动轨道只能在BAEC区域中。因而,圆弧是所求的最小磁场区域的一个边界。为了决定该磁场区域的另一边界,我们来考察射中A点的电子的速度方向与BA的延

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