趣话高中物理选修第章磁场第节带电粒子在匀强磁场中的运动.docxVIP

第6节带电粒子在匀强磁场中的运动本节内容为高中物理的重点和难点，从2007-2012，我省连续6年高考物理压轴题均为本节内容，分值18-22分。有时还有选择题出现，可见高考命题对这个内容的照顾。当然，作为压轴题，难度有些大是必然的，也就是由这道题区分优秀和一般考生的，所以，作为一个想考上好大学的学生，对这个内容不能掉以轻心。一般来说，带电粒子是不考虑重力的，因为其重力远小于电磁力。所以我们只考虑洛伦兹力的情况。如果带电粒子进入匀强磁场，其速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力，则粒子做匀速直线运动。如果垂直进入磁场，其所受洛伦兹力与速度和磁场方向都垂直，其运动平面垂直与磁场方向，由于洛伦兹力不做功，只改变速度的方向，不改变大小，正好用来充当匀速圆周运动的向心力，因此，垂直进入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。如果进入磁场的粒子与磁场有一定的夹角，则会做螺旋运动。我们主要研究做匀速圆周运动的情况。我们在平面几何中知道，圆的题目中可以找到的关系最多，因此，圆周运动中的题目变化也是较大的，所以，出题者喜欢出这类题目也就不言而喻了。由于洛伦兹力提供向心力，则有解得，圆周运动的半径圆周运动的周期可见，其周期与速度大小无关，因为速度越大，其半径越大，周长也大。当带电粒子从直线边界进入磁场后，出磁场时与进入时对称，如图1，垂直进入磁场后垂直出来。以一定夹角进入磁场，如图2、3，出来时夹角相同，方向与进入时对称。对于圆形区域的磁场，如果粒子射向圆心，出来时背离圆心如果粒子的圆周运动的半径与圆的半径相同，平行射入的一束粒子，出来时交于一点，这点与圆心的连线，垂直于入射方向延长线。反之亦然。圆周运动的回旋角等于偏向角。图中α=对于这类题，找到圆周运动的圆心和半径往往是解题的关键，找圆心的办法，如果知道入射的位置和方向，由于切线方向与半径垂直，则圆心一定在这个速度的垂线上，如果知道圆周轨迹上的两个点，则圆心一定在这两个点的中垂线上。找到圆心后，可以根据几何关系与三角函数计算半径。还记得老式电视机吗？最大的一个部件就是显像管，电子枪在显像管中的扫描，使屏幕发亮，根据接收到的信号，改变电子的强度，可以得到图像，这个扫描就是磁场控制的，与前面学习到的示波器不同，哪个是电场中的偏转。辞色显像管是由三个电子枪组成。速度选择器：质谱仪为分析同位素的含量，用上图的装置，首先，带电荷相同的粒子进入加速电场S1,加速后经过速度选择器S2，在速度选择器中，粒子受到方向相反的电场和磁场力的作用，当二力相等时，粒子才能从对面出来，由于只有符合的粒子才能进入回旋磁场，因此，只有一种速度的粒子进入。根据质量不同的粒子会从不同的地方射出，打在底片上，根据不同位置的黑度不同，可以分析出相同质子数不同中子数的粒子的比例。回旋加速器是核试验中常用的设备，原子核只有在速度很大时才能克服库伦斥力而发生碰撞进行反应，因此，必须加速，由于加速需要的位移很大，无法进行直线加速，因此采用了回旋加速的方法。图中中间的条形区域是电场区，电场方向的改变随着粒子的旋转而改变，与粒子同步，由于粒子的周期不变，电场改变的周期也可以事先算好。每次加速的动能与电场的电压有关，为qU,随着速度的增加，回旋的半径也逐渐增大，当旋转半径接近加速器半径时，不能再加速，需要将粒子导出，去参加试验。因此，最大速度由磁场与加速器的大小决定。当年，我国研制的世界最先进的正负电子对撞机，其主体结构，就是回旋加速器。2005年高考第20题．如图，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里。许多质量为m带电量为+q的粒子，以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向，由小孔O射入磁场区域。不计重力，不计粒子间的相互影响。下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中R= 。哪个图是正确的? 【解析】根据左手定则，向右射出的粒子，受力方向向上，其圆心在入射口的正上方，其轨迹如图。其它方向的圆轨迹如图，可判断正确答案为A。2007年高考第25题．（22分）两平面荧光屏互相垂直放置，在两屏内分别取垂直于两屏交线的直线为x轴和y轴，交点O为原点，如图所示。在y 0，0 x a的区域有垂直于纸面向里的匀强磁场，在y 0，x a的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场，两区域内的磁感应强度大小均为B。在O点处有一小孔，一束质量为m、带电量为q（q0）的粒子沿x轴经小孔射入磁场，最后打在竖直和水平荧光屏上，使荧光屏发亮。入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值.已知速度最大的粒子在0 x a的区域中运动的时间与在x a的区域中运动的时间之比为2:5，在磁场中运动的总时间为7T/12，其中T为该粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中作圆周运动的周期。试求两个荧光屏上亮线的范围（不计重力的影响）。