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【精选】高考物理磁倡讲精练有界磁场

2023-12-20 来源:好土汽车网
导读 【精选】高考物理磁倡讲精练有界磁场
有界磁场

1.带电粒子在匀强磁场中运动圆心、半径及时间的确定方法. (1)圆心的确定

①已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示,P为入射点,M为出射点).

②已知入射方向、入射点和出射点的位置时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图乙所示,P为入

射点,M为出射点).(2)半径的确定

可利用物理学公式或几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小.

(3)运动时间的确定

粒子在磁场中运动一周的时间为T,当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为θ时,其运动

θθR

时间表示为:t=T(或t=).

2πv

2.重要推论

(1)当速度v一定时,弧长(或弦长)越长,圆心角越大,则带电粒子在有界磁场中运动的

考向1:圆形磁场区域

时间越长.

(2)当速率v变化时,圆心角大的运动时间长.

(1)圆形边界中,若带电粒子沿径向射入必沿径向射出,如图所示,轨迹圆与区域圆形成相交圆,巧用几何关系解决.

(2)带电粒子在圆形磁场中不沿径向,轨迹圆与区域圆相交,抓住两圆心,巧用对称性解

决.

[典例1] (多选)如图所示,以O为圆心、MN为直径的圆的左半部分内有垂直纸面向里的匀强磁场,三个不计重力、质量相同、带电荷量相同的带正电粒子a、b和c以相同的速率分别沿aO、bO和cO方向垂直于磁场射入磁场区域,已知bO垂直MN,aO、cO与bO的夹角都为30°,a、b、c三个粒子从射入磁场到射出磁场所用时间分别为ta、tb、tc,则下列给出的时

B.ta>tb>tcD.ta=tb=tc间关系可能正确的是()

A.ta<tb<tcC.ta=tb<tc

解析 粒子带正电,偏转方向如图所示,粒子在磁场中的运动周期相同,在磁场中运动θ

的时间t=T,故粒子在磁场中运动对应的圆心角越大,运动时间越长.设粒子的运动半

2π径为r,圆形区域半径为R,当粒子a恰好从M点射出磁场时,r=

13

R,当粒子b恰好从M点射出磁场时,r=R,如图甲所示,ta<tb=tc.当r>R时,粒子a对应的圆心角最小,c对应的圆心角最大,tc>tb>ta;当r≤13

R,轨迹如图乙所示,ta=tb=tc.同理,R1

=tc.A、D正确.

答案 AD

[典例2] 一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向与筒的轴平行,筒的横截面如图所示.图中直径MN的两端分别开有小孔,筒绕其中心轴以角速度ω顺时针转动.在该截面内,一带电粒子从小孔M射入筒内,射入时的运动方向与MN成30°角.当筒转过90°时,该粒子恰好从小孔N飞出圆筒.不计重力.若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞,

ω

B.2B

则带电粒子的比荷为()

A.ω3B

D.

2ωB

C.

ω B

解析 如图所示,粒子在磁场中做匀速圆周运动,圆弧

所对应的圆心角由几何知

π2πm30°qω

识知为30°,则=·,即=,选项A正确.

2ωqB360°m3B

答案 A

考向2:直线边界(进、出磁场具有对称性,如图所示)

[典例3] (多选)如图,两个初速度大小相同的同种离子a和b,从O点沿垂直磁场方向

进入匀强磁场,最后打到屏P上,不计重力,下列说法正确的有()

A.a、b均带正电

B.a在磁场中飞行的时间比b的短C.a在磁场中飞行的路程比b的短

D.a在P上的落点与O点的距离比b的近

mv

解析 a、b粒子做圆周运动的半径都为R=,画出轨迹如图所示,圆O1、O2分别为b、

qB

a的轨迹,a在磁场中转过的圆心角大,由t=

θθm

T=和轨迹图可知A、D选项正确.2πqB

答案 AD

考向3:平行边界(存在临界条件,如图所示)

[典例4] 如图所示,一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域,磁场宽度为d,方向垂直纸面向里.一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场.若电子在磁场中运动的轨道

半径为2d.O′在MN上,且OO′与MN垂直.下列判断正确的是()

A.电子将向右偏转

B.电子打在MN上的点与O′点的距离为dC.电子打在MN上的点与O′点的距离为3d

πdD.电子在磁场中运动的时间为3v0

解析 电子带负电,进入磁场后,根据左手定则判断可知,所受的洛伦兹力方向向左,电子将向左偏转,如图所示,A错误;设电子打在MN上的点与O′点的距离为x,则由几何知识得:x=r-r2-d2=2d-(2d)2-d2=(2-3)d,故B、C错误;设轨迹对应的圆心dπ

角为θ,由几何知识得:sin θ==0.5,得θ=,则电子在磁场中运动的时间为t=

2d6

θrπd

=,故D正确.v03v0

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法

答案 D

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对于有界磁场,太有现实意义实际意义了,比如通电螺线管内的磁场就近似为有界匀强磁场,别的例子还很多,我不一一举例了。如果没有对最基本最理想的物理原理的研究哪来突飞猛进的科技成果,就不会有你用的电脑,手机,不能坐车出行...我认为你关键的问题是对科学对物理的看法认识理念上,改变提高一下吧...

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